的性能進(jìn)行驗(yàn)證：在 如圖4所示的Buck電路中，電源El的輸入電壓Vin= 30V，經(jīng)過(guò)Buck電路后，得到15V的 輸出，電感L2 = 100地，電容C3 =lOOuF，電阻R2 = 3Q，開(kāi)關(guān)頻率為50曲z，占空比為0. 5。Buck電路工作在CCM模式。
[0051]Buck變換器中開(kāi)關(guān)電路的后級(jí)含有LC濾波器，因此該LC濾波器可W看做與開(kāi)關(guān) 管級(jí)聯(lián)的結(jié)構(gòu)單元，控制器的傳遞函數(shù)也被稱(chēng)作"控制到輸出的傳遞函數(shù)"，它可W看作是 PWM、開(kāi)關(guān)和LC濾波器的傳遞函數(shù)之積，如下式：
[0052] Gvd(S)=Gp麗X Gswitch X GLCfliter (7)
巧)
[0054] 其中：Vcwtr。巧脈寬調(diào)制器的輸入是控制電壓，D為輸出時(shí)占空比，VKAMP為銀齒波 斜坡的峰峰值，
[0055] 開(kāi)關(guān)的輸入是占空比，設(shè)輸入電壓為Vw輸出電壓為VeuT，則開(kāi)關(guān)的增益為：
(9)
[0057] LC二階濾波器的傳遞函數(shù)為：
幻化)
[0059]由式做、巧）、（10)得；
CU)
[0061]如圖5所示，當(dāng)Buck的輸入端加入LC濾波器時(shí)，輸入輸出的傳遞函數(shù)為：
(12)
[0063]其中，Zw(S)為變換器控制環(huán)路工作在理想狀態(tài)下的變換器的輸入阻抗，Zd(S)為 變換器的開(kāi)環(huán)輸入阻抗，即：
欄
[006引 Zo(S)為輸入濾波器的輸出阻抗：
U4)
[0068] 輸入濾波器的諧振頻率為：
(：1 另）
[0070] 諧振阻抗為： (16)
[0072] 并且，需要滿(mǎn)足W下條件，才能確保傳輸函數(shù)不會(huì)受到較大的影響：
[0073] IIzJI《MzJUIzJI《llzjl(17)
[0074] 將式（13)~（17)中的參數(shù)分別代入式（11)和式（12)，并分別得到如圖6所示的 未加入LC濾波器W及加入LC濾波器兩種情況下的控制到輸出的開(kāi)環(huán)傳輸函數(shù)的幅度和相 位伯德圖。如圖5所示，實(shí)線(xiàn)表示未加濾波器時(shí)的系統(tǒng)傳輸函數(shù)，由自動(dòng)控制理論中的系統(tǒng) 穩(wěn)定性判據(jù)判斷該系統(tǒng)穩(wěn)定，開(kāi)關(guān)管后級(jí)的LC輸出濾波器的極點(diǎn)導(dǎo)致了傳輸函數(shù)的相位 在高頻段改變了 -180° ;而點(diǎn)劃線(xiàn)表示加入理想LC輸入濾波器時(shí)的系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳輸函數(shù)，在 LC輸入濾波器的諧振頻率處存在明顯的響應(yīng)，使得相位改變了 360°。所W，輸入濾波器的 加入會(huì)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性造成巨大的影響，可能會(huì)使后級(jí)變換器工作不正常，嚴(yán)重時(shí)甚至損壞。 [00巧]圖7所示的奈奎斯特圖表示未加入LC濾波器W及加入LC濾波器兩種情況下的 閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，實(shí)線(xiàn)描述的是不加濾波器的傳輸函數(shù)，點(diǎn)劃線(xiàn)表示加濾波器時(shí)的傳輸 函數(shù)，根據(jù)Nyquist判據(jù)，實(shí)線(xiàn)表明此時(shí)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的Nyquist圍道不包圍（-1,jO)運(yùn)一點(diǎn)， 所W不加濾波器時(shí)的閉環(huán)系統(tǒng)也是穩(wěn)定的；點(diǎn)劃線(xiàn)顯示加入輸入濾波器之后的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的 Nyquist圍道順時(shí)針環(huán)繞H，j0)兩次，則閉環(huán)系統(tǒng)在右半平面存在兩個(gè)復(fù)雜的極點(diǎn)，系統(tǒng) 不穩(wěn)定，變成一個(gè)欠阻尼系統(tǒng)。
[0076] 將圖1所示的本電動(dòng)汽車(chē)變換設(shè)備用濾波器應(yīng)用到Buck電路的輸入端時(shí)，根據(jù)式 (12)所述的傳遞函數(shù)，得到如圖2化及圖3所示的本電動(dòng)汽車(chē)變換設(shè)備用濾波器的伯德圖W及奈奎斯特圖。如圖2所示，點(diǎn)劃線(xiàn)是增加本電動(dòng)汽車(chē)變換設(shè)備用濾波器之后的系統(tǒng)傳 輸函數(shù)，可W看出增加阻尼濾波器之后的傳輸函數(shù)與buck變換器的傳輸函數(shù)相比變化很 小。而從圖3所示的奈奎斯特圖中可W看出，閉環(huán)系統(tǒng)的傳輸函數(shù)在右半平面不存在極點(diǎn)， 而奈奎斯特圍道不包圍H，j〇)運(yùn)一點(diǎn)，所W閉環(huán)系統(tǒng)是穩(wěn)定的。
[0077] 為了驗(yàn)證上述對(duì)本電動(dòng)汽車(chē)變換設(shè)備用濾波器分析和模型的正確性，按前面給出 的參數(shù)，利用MATLAB2010的動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)Simulink進(jìn)行建模，采用ode45算法進(jìn)行仿真， 仿真時(shí)長(zhǎng)設(shè)為0.Is,仿真得到相應(yīng)的buck電路的輸出波形：
[007引如圖8所示為圖3所示的buck電路的輸出電壓波形，圖9為輸入端加入LC濾波器 時(shí)的輸出電壓波形，由波形可知，輸出電壓在0. 02s之后有較大的阻尼振蕩，運(yùn)種震蕩如果 發(fā)生在實(shí)際系統(tǒng)中時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的正常工作，并且會(huì)造成嚴(yán)重的電磁干擾；圖10所 示為輸入端加入本電動(dòng)汽車(chē)變換設(shè)備用濾波器的輸出電壓波形，由圖形可知，在buck電路 輸出端加入本電動(dòng)汽車(chē)變換設(shè)備用濾波器之后，輸出電壓波形平穩(wěn)，相比較圖8所示的波 形，紋波也有了一定改善。
[0079] 圖10示的電壓輸出波形雖然輸出電壓比較平穩(wěn)，但是在15V輸出電壓附近仍然存 在一些毛刺尖峰電壓，運(yùn)些電壓包含大量的高頻噪聲，容易在輸出端造成電磁干擾，有可能 會(huì)通過(guò)輸出線(xiàn)纜引起福射干擾。因此在輸出端同樣需要增加濾波器。如圖11所示為輸出 端加入LC濾波器時(shí)的電壓輸出波形，由該圖形可知，在電壓輸出在0.IS內(nèi)有明顯的阻尼振 蕩。圖12為輸出端加入本電動(dòng)汽車(chē)變換設(shè)備用濾波器的輸出電壓波形，由圖形可知，輸出 電壓基本穩(wěn)定在15V，所W為了有效抑制EMI，在輸出端增加一個(gè)含有阻尼設(shè)計(jì)的濾波器也 是尤為必要的。
[0080]W上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非是對(duì)本實(shí)用新型作其它形式 的限制，任何熟悉本專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述掲示的技術(shù)內(nèi)容加W變更或改型為等同 變化的等效實(shí)施例。但是凡是未脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí) 質(zhì)對(duì)W上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與改型，仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的保 護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電動(dòng)汽車(chē)變換設(shè)備用濾波器，其特征在于：包括連接在輸入端與輸出端之間的 阻尼濾波單元W及連接在阻尼濾波單元與接地端之間的用于通過(guò)高頻信號(hào)的阻容濾波單 JL· 〇2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車(chē)變換設(shè)備用濾波器，其特征在于：所述的阻尼濾波 單元為電感L1和電容C1組成的LC濾波電路，所述的阻容濾波單元連接在電容C1與接地 端之間。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動(dòng)汽車(chē)變換設(shè)備用濾波器，其特征在于：所述的阻容濾波 單元為并聯(lián)連接的電阻R1W及電容C2。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動(dòng)汽車(chē)變換設(shè)備用濾波器，其特征在于：所述的電阻R1的 取值為：C 其中? =7^，R。為L(zhǎng)C濾波單元的諧振阻抗。
【專(zhuān)利摘要】一種電動(dòng)汽車(chē)變換設(shè)備用濾波器，屬于電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)領(lǐng)域。其特征在于：包括連接在輸入端與輸出端之間的阻尼濾波單元以及連接在阻尼濾波單元與接地端之間的用于通過(guò)高頻信號(hào)的阻容濾波單元。本實(shí)用新型的電動(dòng)汽車(chē)變換設(shè)備用濾波器包括阻尼濾波單元以及連接在阻尼濾波單元與接地端之間的用于通過(guò)高頻信號(hào)的阻容濾波單元，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。通過(guò)設(shè)置阻容濾波單元，可以使高頻信號(hào)通過(guò)，減小阻尼電阻的能量損耗。通過(guò)進(jìn)行伯德圖和奈奎斯特圖的仿真，結(jié)合穩(wěn)定性判據(jù)，本電動(dòng)汽車(chē)變換設(shè)備用濾波器在實(shí)際使用時(shí)具有性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類(lèi)】H03H7/01
【公開(kāi)號(hào)】CN205029633
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520708945
【發(fā)明人】高小群, 呂宏
【申請(qǐng)人】淄博博酷電子技術(shù)有限公司
【公開(kāi)日】2016年2月10日
【申請(qǐng)日】2015年9月14日...