本发明属于电磁干扰仿真与抑制，具体涉及一种电动汽车多合一驱动模块共模干扰的建模及抑制方法。
背景技术：
1、电动汽车多合一驱动模块广泛运用于新能源电动汽车中，最初汽车电驱系统的电磁兼容设计相对简单，但是为了提高电驱系统的工作效率，同时降低生产成本和减小系统体积，汽车厂商开始推出集逆变、控制、充电等功能于一体的多合一电驱模块，这导致系统内部的共模电磁干扰(electromagnetic interference，emi)问题愈发严重，尤其是由于共模电流谐振，进而引起电流法测试及单极天线辐射测试超标。因此构造精确的多合一驱动模块共模干扰模型，研究共模电流谐振的产生机理至关重要；同时，为了抑制共模电流电磁干扰谐振，需要对多合一驱动模块进行电磁兼容量化设计。
2、通常多合一驱动模块共模电磁干扰模型的建模及仿真方法有两种：频域法和时域法，频域法在已知或计算得到干扰源频谱后，通过建立共模电磁干扰耦合路径的阻抗-频率模型，直接在频域上进行扫频仿真计算，能够快速得到系统共模电磁干扰频谱特性，但频域模型的准确建立需要对传导干扰源和干扰回路具有清晰的认识。时域法是建立在对多合一驱动模块传导电磁干扰回路各元器件建立高频等效电路模型的基础上，通过电路仿真得到关键节点的电压电流时域波形，借助快速傅里叶变换将时域波形转换为频谱，该方法较为直观，但元器件电路模型的建立较为复杂困难，且可能存在仿真速度过慢甚至仿真计算不收敛问题。多合一驱动模块驱动系统高频建模和干扰抑制的难点在于：三相逆变器中直流母排杂散电感的精确提取、多端口母线电容高频建模和基于电磁兼容量化设计的谐振抑制。
3、针对驱动模块传导电磁干扰建模及仿真方法，华中科技大学的周作坚等人在文献《逆变电源系统传导电磁干扰建模与抑制技术研究[d].华中科技大学,2019》中提出一种针对传统逆变器系统传导电磁干扰简化计算模型和抑制方法，但未考虑多合一模块内无源元件电容的高频模型以及未说明各元器件高频参数的提取方法。浙江大学的牛剑锋等人在文献《基于高压sic mosfet模块的anpc变流器叠层母排分析与设计研究[d].浙江大学,2023.doi:10.27461/d.cnki.gzjdx.2023.000207》中提出了一种基于sic器件的直流母排杂散参数提取方法，但没有考虑到测试回路中的高频参数影响。
技术实现思路
1、鉴于上述，本发明提供了一种电动汽车多合一驱动模块共模干扰的建模及抑制方法，能够加速传导电磁干扰仿真分析速度，从而快速评估电动汽车多合一驱动模块传导电磁干扰水平，通过仿真分析不同电路参数下系统传导电磁干扰水平的变化规律，为电动汽车多合一驱动模块电磁兼容正向设计提供依据。
2、一种电动汽车多合一驱动模块共模干扰的建模及抑制方法，所述电动汽车多合一驱动模块由直流电源、人工电源网络、直流线缆、电磁干扰滤波器、快充线缆、多端口母线电容、逆变器、直流母排、电机依次连接组成，所述建模及抑制方法包括如下步骤：
3、(1)建立驱动模块共模干扰的电磁干扰源模型；
4、(2)建立驱动模块共模干扰的线缆高频电路模型；
5、(3)建立驱动模块共模干扰的滤波器及电机高频等效电路模型；
6、(4)建立驱动模块共模干扰的直流母排高频阻抗模型；
7、(5)建立驱动模块共模干扰的多端口母线电容高频电路模型；
8、(6)将上述步骤建立得到的模型进行连接得到电动汽车多合一驱动模块共模干扰的全电路仿真模型，在逆变器的直流侧和交流侧端口添加电压电流测量装置，对全电路仿真模型的谐振路径和机理进行分析；
9、(7)根据步骤(6)的分析结果通过电磁兼容量化设计对电动汽车多合一驱动模块共模干扰进行抑制。
10、进一步地，所述步骤(1)的具体实现方式为：首先将逆变器内igbt模块开关动作产生的电压变化率和电流变化率作为干扰源，提取不同输出电压和电流情况下的波形特征；然后根据器件数据手册中的开通关断特性参数提取igbt模块的模型动态参数，采用器件参数化特征建模工具通过对不同电压和电流下的igbt模块输出变化波形进行插值和拟合得到igbt模块的模型静态参数，从而生成可导入电路仿真平台的igbt模块器件级行为模型，最后将其结合驱动模块采用的svpwm调制得到驱动模块的电磁干扰源模型。
11、进一步地，所述步骤(2)的具体实现方式为：首先在三维机械设计软件中建立线缆的三维结构尺寸模型，并将其导入高频寄生参数仿真软件中，然后通过在宽频带内进行有限元扫频仿真分析，得到传导电磁干扰频率范围内的结构件高频电路模型，其中扫频范围为150khz～30mhz，覆盖整个共模传导电磁干扰频率范围，扫频步长为10khz，保证足够频率点下的高频寄生参数数据用于模型拟合；进而通过有限元扫频仿真提取出能够体现线缆高频特性的高频寄生参数，从而得到单位长度线缆的高频电路模型，最后通过将多个单位长度线缆高频电路模型级联的方式，建立线缆实际长度下的高频电路模型。
12、进一步地，所述步骤(3)的具体实现方式为：首先采用阻抗分析仪测试电磁干扰滤波器和电机的共模及差模阻抗频率特性曲线，然后运用矢量匹配法结合网络函数的等效电路，将阻抗频率特性曲线的近似有理函数表达式z(s)中的部分分式等效为电路模型进行串联，并根据阻抗频率特性曲线中谐振点个数及类型构建电磁干扰滤波器及电机的高频等效电路模型；
13、
14、其中：极点pn的个数n大于等于阻抗频率特性曲线中的谐振点个数，常数项d和一次项h分别对应为采用电阻串联和采用电感串联的等效电路，留数rn为实数或共轭复数，s为拉普拉斯算子。
15、进一步地，所述步骤(4)的具体实现方式为：首先搭建双脉冲测试平台，利用该平台中igbt模块开通关断电流波形中的振荡频率信息作为直流母排高频阻抗模型的谐振频率f0，进而计算提取出直流母排的杂散电感，具体地：
16、所述双脉冲测试平台由直流母排的杂散电感lbusbar、直流支撑电容c、谐振回路电阻rs、功率器件模块电感ls以及两个带反并联二极管的igbt模块t1～t2依次串联组成，t1两端并联有等效电容cj，t2两端并联有空芯电感l，直流支撑电容c为一个rlc串联高频等效电路，其由等效电感lc、等效电容cc、等效电阻rc串联组成，空芯电感l为一个rlc并联高频等效电路，其由等效电阻rl、等效电感ll、等效电容cl串联组成，空芯电感l的正极与t2的集电极之间存在引线电感llead，t1的集电极以及空芯电感l的负极处设有电流测量端口，用于测试电流频谱；所述直流母排高频阻抗模型由阶跃电压源vstep、测试回路的总分布电阻rsum、额外分布电感lsum、额外分布电容csum、空芯电感的等效电容cl以及直流母排的杂散电感lbusbar依次串联组成；最后将测量所得的f0、cl以及lsum代入以下表达式中计算得到直流母排的杂散电感lbusbar；
17、
18、其中：额外分布电感lsum为直流支撑电容、空芯电感引线以及igbt模块的寄生电感。
19、进一步地，所述步骤(5)的具体实现方式为：首先在三维机械设计软件中建立多端口母线电容的铜排三维结构尺寸模型，并将其导入高频寄生参数仿真软件中，赋予导体以及绝缘体相应电气属性，然后通过在宽频带内进行有限元仿真分析，得到铜排高频电路模型；进而采用遗传算法对输入端阻抗测试结果进行拟合，以求取内嵌电容的高频等效模型；最后通过将铜排高频电路模型与内嵌电容高频等效模型并联的方式，即可得到多端口母线电容高频电路模型。
20、进一步地，所述步骤(6)在测量得到电压电流时域波形后，通过快速傅里叶变换将电压电流时域波形转换为频谱，实现驱动模块共模干扰的快速仿真分析；然后针对电路参数对系统共模干扰水平的影响，通过在全电路仿真模型中按增加一倍步长或根据实际可选参数值改变模型参数值，进行变参数仿真分析，得到不同模型参数下的系统传导电磁共模干扰水平仿真结果，总结变化规律，为电动汽车多合一驱动模块电磁兼容正向设计提供依据；最后对全电路仿真模型进行简化，对简化电路中的电气参数进行灵敏度分析，判断影响谐振频率的主要电气参数，确定谐振路径，并依靠谐振路径获得共模干扰谐振机理。
21、进一步地，所述步骤(7)中依据插入损耗原则为系统设计滤波器，即根据共模干扰谐振机理得到电磁干扰插入损耗表达式，依据插入损耗所需最低限值要求，确定滤波器的拓扑结构及参数选型，进而在快充线缆与多端口母线电容的连接处添加滤波器以实现系统电磁干扰谐振的抑制。
22、基于上述技术方案，本发明具有以下有益技术效果和价值：
23、1.本发明系统性地提出电动汽车多合一驱动模块共模干扰建模及抑制方法，根据电动汽车多合一驱动模块传导电磁干扰耦合路径上不同元器件特性，采用特定的建模方法分别建立宽频共模等效电路模型；针对现有方法提取直流母排杂散电感困难且误差大的问题，本发明提出了电流振荡频率的方法求取杂散电感。
24、2.为解决多合一模块多端口母线电容各端口阻抗不一致的问题，本发明构建了符合实际物理结构的多端口母线电容高频模型，在此基础上根据传导电磁干扰机理，建立了适用于150khz～30mhz频率范围的电动汽车多合一驱动模块共模干扰仿真电路模型，关键频段仿真误差小于6db；本发明依靠等效仿真电路模型分析共模谐振回路和机理，提出了基于电磁兼容量化设计的抑制方法，所提供的抑制方法具有6db以上的裕量。
25、3.本发明提供了精确的杂散参数求取方法，通过对仿真电路关键节点选择特定电压电流仿真初值，加速传导电磁干扰仿真分析速度，仿真速度加快了60％，从而快速评估电动汽车多合一驱动模块共模电磁干扰水平，通过仿真分析不同电路参数下系统传导电磁干扰水平的变化规律，提供电动汽车多合一驱动模块电磁兼容正向设计的依据。
1.一种电动汽车多合一驱动模块共模干扰的建模及抑制方法，所述电动汽车多合一驱动模块由直流电源、人工电源网络、直流线缆、电磁干扰滤波器、快充线缆、多端口母线电容、逆变器、直流母排、电机依次连接组成，所述建模及抑制方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的建模及抑制方法，其特征在于：所述步骤(1)的具体实现方式为：首先将逆变器内igbt模块开关动作产生的电压变化率和电流变化率作为干扰源，提取不同输出电压和电流情况下的波形特征；然后根据器件数据手册中的开通关断特性参数提取igbt模块的模型动态参数，采用器件参数化特征建模工具通过对不同电压和电流下的igbt模块输出变化波形进行插值和拟合得到igbt模块的模型静态参数，从而生成可导入电路仿真平台的igbt模块器件级行为模型，最后将其结合驱动模块采用的svpwm调制得到驱动模块的电磁干扰源模型。
3.根据权利要求1所述的建模及抑制方法，其特征在于：所述步骤(2)的具体实现方式为：首先在三维机械设计软件中建立线缆的三维结构尺寸模型，并将其导入高频寄生参数仿真软件中，然后通过在宽频带内进行有限元扫频仿真分析，得到传导电磁干扰频率范围内的结构件高频电路模型，其中扫频范围为150khz～30mhz，覆盖整个共模传导电磁干扰频率范围，扫频步长为10khz，保证足够频率点下的高频寄生参数数据用于模型拟合；进而通过有限元扫频仿真提取出能够体现线缆高频特性的高频寄生参数，从而得到单位长度线缆的高频电路模型，最后通过将多个单位长度线缆高频电路模型级联的方式，建立线缆实际长度下的高频电路模型。
4.根据权利要求1所述的建模及抑制方法，其特征在于：所述步骤(3)的具体实现方式为：首先采用阻抗分析仪测试电磁干扰滤波器和电机的共模及差模阻抗频率特性曲线，然后运用矢量匹配法结合网络函数的等效电路，将阻抗频率特性曲线的近似有理函数表达式z(s)中的部分分式等效为电路模型进行串联，并根据阻抗频率特性曲线中谐振点个数及类型构建电磁干扰滤波器及电机的高频等效电路模型；
5.根据权利要求1所述的建模及抑制方法，其特征在于：所述步骤(4)的具体实现方式为：首先搭建双脉冲测试平台，利用该平台中igbt模块开通关断电流波形中的振荡频率信息作为直流母排高频阻抗模型的谐振频率f0，进而计算提取出直流母排的杂散电感，具体地：
6.根据权利要求1所述的建模及抑制方法，其特征在于：所述步骤(5)的具体实现方式为：首先在三维机械设计软件中建立多端口母线电容的铜排三维结构尺寸模型，并将其导入高频寄生参数仿真软件中，赋予导体以及绝缘体相应电气属性，然后通过在宽频带内进行有限元仿真分析，得到铜排高频电路模型；进而采用遗传算法对输入端阻抗测试结果进行拟合，以求取内嵌电容的高频等效模型；最后通过将铜排高频电路模型与内嵌电容高频等效模型并联的方式，即可得到多端口母线电容高频电路模型。
7.根据权利要求1所述的建模及抑制方法，其特征在于：所述步骤(6)在测量得到电压电流时域波形后，通过快速傅里叶变换将电压电流时域波形转换为频谱，实现驱动模块共模干扰的快速仿真分析；然后针对电路参数对系统共模干扰水平的影响，通过在全电路仿真模型中按增加一倍步长或根据实际可选参数值改变模型参数值，进行变参数仿真分析，得到不同模型参数下的系统传导电磁共模干扰水平仿真结果，总结变化规律，为电动汽车多合一驱动模块电磁兼容正向设计提供依据；最后对全电路仿真模型进行简化，对简化电路中的电气参数进行灵敏度分析，判断影响谐振频率的主要电气参数，确定谐振路径，并依靠谐振路径获得共模干扰谐振机理。
8.根据权利要求1所述的建模及抑制方法，其特征在于：所述步骤(7)中依据插入损耗原则为系统设计滤波器，即根据共模干扰谐振机理得到电磁干扰插入损耗表达式，依据插入损耗所需最低限值要求，确定滤波器的拓扑结构及参数选型，进而在快充线缆与多端口母线电容的连接处添加滤波器以实现系统电磁干扰谐振的抑制。
