用于功率变换器应用的电磁干扰滤波器的设计的制作方法
【专利说明】用于功率变换器应用的电磁干扰滤波器的设计
【背景技术】
[0001] 商用飞机可以产生并且使用大量的功率。例如，大的客运或货运飞机可以从其主 要的发动机源产生超过一兆瓦的功率。该功率需要受制约以由功率的不同用户通过功率变 换单元（P⑶）和电机控制器来使用。
[0002] PCU可以将飞机的可变频率高或中电压功率变换到不同的频率和/或电压。例如， 可以产生低电压从而给设备（例如，灯、厨房、冷却风扇）供电。还可以产生高压DC(HVDC) 以给从大电机控制器设备到功率液压栗以及各种类型的压缩机供电。可以产生低压 DC(LVDC)以给航电设备供电，并且中压DC(MVDC)可以被供电从而给电动致动器供电。可以 用来功率变换的一个机构是使用脉冲宽度调制（PffM)技术的开关功率变换器。
[0003] 可以在PCU中采用的开关功率变换器使用开关动作，该开关动作产生可以干扰飞 机的正常操作（例如，航空无线电和导航设备）的电磁干扰（EMI)噪声。为了帮助控制这 种不需要的EMI噪声，EMI滤波器在PCU和电机驱动系统内被采用。在某些航天应用中诸 如飞机上，EMI滤波器可以占功率变换器的重量和体积的50% (或甚至更多）。由于严格 的EMI要求和可以施加在功率变换和电机控制设备上的体积和重量的限制，针对飞机或者 其他航空航天应用的功率变换设备的EMI滤波器设计可以是具有挑战性的。
【发明内容】
[0004] 应了解所提供的本
【发明内容】
以简化形式介绍概念的选择，该概念在以下详细的描 述中进一步被描述。本
【发明内容】
不希望被用于限制所要求保护的主题的范围。
[0005] 在此所描述的方法、计算机可读存储介质以及装置目的在于设计电机驱动功率系 统，该系统包括开关型功率变换设备。根据一个方面，提供方法以设计针对开关型功率变换 设备的EMI滤波器，该开关型功率变换设备可以被使用在航空航天应用中。该方法包括确 定电机驱动系统，该电机驱动系统包括电机控制器和将电机控制器耦接到电动机的馈线。 电机驱动系统的谐振点被确定并且被移位到电机驱动系统的移位谐振点，该电机驱动系统 的移位谐振点相较于原始谐振点处于更高的频率。包括在电机驱动系统中的EMI滤波器针 对移位谐振点而设计。
[0006] 根据另一方面，一种系统被提供，该系统包括针对已经从与较低频率相关联的谐 振点移位的移位谐振点而设计的EMI滤波器。该系统包括一个或多个电机控制器、被耦接 到一个或多个电机控制器的馈线以及被耦接到至少一个电机控制器的一个或多个EMI滤 波器。馈线至少部分基于阻抗规格来设计，该阻抗规格将一个或多个馈线和一个或多个电 动机的结合阻抗的谐振点移位到移位谐振点。该EMI滤波器至少部分基于移位谐振点来设 计。
[0007] 根据另一方面，提供了一种用于设计电机驱动功率系统的计算机可读存储介质， 该电机驱动功率系统包括开关型功率变换设备。计算机可读介质包括在其上存储的计算机 可执行指令，当由包括硬件和软件的计算机执行指令时，该指令使得计算机执行动作。该指 令使该计算机访问包括电机控制器模型和馈线模型的电机驱动系统规范。该指令还使计算 机确定电机驱动系统的谐振点，并且确定阻抗规格以将电机驱动系统的谐振点移位到较高 频率至移位谐振点。指令被用来设计移位谐振点的电磁干扰（EMI)滤波器。
[0008] 已经讨论的特征、功能以及优点可以在本公开的不同实施例中独立地或可以结合 其他实施例来实现，其他实施例的进一步的细节可以参照以下的描述和附图来获知。
【附图说明】
[0009] 图1示出电机驱动系统和显示谐振点和移位谐振点的EMI滤波器的插入增益图；
[0010] 图2示出具有可变交错角的两个逆变器的交错和当特定的交错角被使用时在特 定频率上的裸噪声降低；
[0011] 图3示出在电机控制器的输出端测量传导EMI并且包括交错角控制器的控制系统 的框图；
[0012] 图4示出有源EMI滤波器电机驱动系统；
[0013] 图5A和图5B示出降低EMI的电机驱动系统的说明性程序；以及
[0014] 图6根据在此所呈现的各种实施例示出电机驱动系统可以在其中被设计的计算 机。
[0015] 本公开中所示的每个附图示出所提出的实施例的方面的变体，并且仅有的差别将 详细讨论。
【具体实施方式】
[0016] 以下详细的描述目的在于设计电机驱动功率系统，该电机驱动功率系统包括开关 型功率变换设备。在一个示例中，被包括在电机驱动功率系统中的EMI滤波器针对较高的 频率开关而设计，以使该EMI滤波器与在航空航天应用中所使用的类似的EMI滤波器相比 重量较低。
[0017] 利用在此所描述的概念和技术，EMI滤波器针对用于航空航天应用的开关型功率 变换设备基于移位谐振点而设计，该移位谐振点相较于原始谐振点处于更高的频率。设计 基于移位谐振点的EMI滤波器可以减小EMI滤波器的重量，其原因在于EMI滤波器的重量 受被包括在EMI滤波器中的部件（例如，电感器、电容器）的影响。通常，EMI滤波器的重 量可以通过将EMI滤波器的滤波切换至较高频率来降低。在电机驱动系统的设计工艺中， 当开发被包括在电机驱动系统中的馈线和电机时，不同的电机驱动系统的配置可以被测试 (例如，模拟的）以确定可以被使用的规格（例如，期望的阻抗）。
[0018] 在以下详细描述中，将参考附图，附图构成本发明的一部分，并且通过说明、具体 实施例或示例来示出。现参照附图，其中贯穿几个附图相同的标记代表相同元件，采用根据 各种实施例的附图的可配置的托盘表和方法将被描述。
[0019] 现参照图1，电机驱动系统100与显示谐振点160A和移位谐振点160B的EMI滤波 器的插入增益图150 -起被示出。如所示，电机驱动系统100包括一个或多个电机控制器 110、一个或多个EMI滤波器120、一个或多个馈线130以及一个以上的电机140。通常，电 机控制器110、EMI滤波器120、馈线130以及电机140基于它们在其中被使用的应用来配 置和改变。例如，电机控制器11〇、ΕΜΙ滤波器120、馈线130以及电机140从一个飞机设计 到另一飞机设计通常是不同的。
[0020] 如以上简要讨论的，作为电机驱动系统100的一部分的EMI滤波器120可以占电 机驱动系统100的重量的大的百分比（例如，> 50% )。EMI滤波器120通常被设计以使其 符合作为航空航天标准的一部分的规定的EMI要求。在当前示例中，一个或多个ΕΜΓ滤波器 120基于移位谐振点160B来设计，该移位谐振点160B被移位到相较于原始谐振点160A较 高的频率。EMI滤波器120的重量和体积可以通过避免或调整在电机控制器110、馈线130 以及电机140之间的谐振来减小。在一个示例中，EMI滤波器120可以基于由关联的电机 控制器110产生的最差情况的裸噪声来设计。EMI滤波器120也可以针对其他方案和EMI 规范而被设计。例如，EMI滤波器120可以针对可以不必如最差情况方案那么严格的其他 EMI规范而被设计。
[0021] 在一个示例中，电机控制器110可以控制执行不同操作的不同电机140。例如，电 机140中的一个可以控制液压栗而电机140中的另一个可以驱动空气压缩机。其他电机可 以被配置为执行其他操作。电机140中的每个通过馈线130耦接到电机控制器110。
[0022] 通常，馈线130包括一个或多个向电机140提供功率和可能的其他信息的电缆。馈 线130可以由提供包括谐振点的传递函数的电感和电容来建模。馈线130和电机140分别 具有与它们相关联的阻抗。在示例中，电机140由一个供应商来提供，并且馈线130由不同 的供应商来提供。如在此所讨论的，馈线130和电机140的规格被确定并且提供给供应商， 以使被提供的馈线130和电机140满足所提供的规格。馈线130和电机的规格基于移位谐 振点160B，以使EMI滤波器120的重量可以被减小。
[0023] 更详细地，谐振存在于电机控制器110、馈线130以及电机140之间，该谐振可以放 大在特定频率上的噪声。这种放大影响EMI滤波器120的设计和重量。EMI滤波器插入增 益图150示出谐振点如何影响EMI滤波器的转折频率。
[0024] 插入增益可以通过从EMI规格（例如，D0-160环境条件和机载设备标准或某些其 他标准或规格的测试程序）减去功率变换器的裸噪声来计算。为解释的目的，假设L-C滤 波器（例如，电感-电容滤波器）提供了如由虚线170A和由虚线170B所示的40dB/decade 的衰减。
[0025] 在说明的示例中，滤波器的转折频率
可以通过从最坏情况 的谐振点160A以-40dB/decade的斜率绘制虚线170A直到它与频率轴相交来获得。这有助 于确保滤波器衰减是足够的，即使在最坏的谐振点处，并且因此规定的EMI要求得到满足。 通过参考EMI滤波器插入增益图150可知，如果谐振点具有较低的幅度或出现在较高的频 率，滤波器的转折频率可以被移位到较高频率。在当前的示例中，转折频率165A