专利名称：基于隔离技术的抗电磁干扰点火线圈及其设计方法
技术领域：
本发明涉及电磁干扰抑制技术领域，特别涉及一种基于隔离技术的抗电磁干扰点火线圈，同时还涉及其设计方法。
背景技术：
随着电子产品在汽车中的广泛应用，汽车电气电子系统的电磁兼容性问题变得越来越严峻。如果车载设备之间没有良好的电磁兼容性，严重时甚至会影响到车辆的安全运行，因此解决汽车电磁兼容性问题刻不容缓。汽车点火系统已经被认为是车内最严重的电磁干扰源，而且由它产生的电磁干扰往往使部分汽车厂商的产品难以通过相关的电磁兼容标准测试。近些年，对汽车点火系统产生的电磁干扰的抑制措施主要有在火花塞中安装合适的电阻，选择长度尽量短的高压导线，使用阻尼系数大的高压导线，采用电源线滤波器及光电耦合等。但是，这些方法或措施都是针对点火系统的火花塞、高压导线、电源线及控制线等部件提出，唯独没有针对如何切断点火线圈中干扰传播路径提出相应的方法或装置。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种基于隔离技术的抗电磁干扰点火线圈， 能够阻断了干扰信号直接从次级回路传播到初级回路，而且能够使干扰信号通过金属隔离层转移到接地平面上，避免了干扰信号传播到初级回路上对电源造成影响；本发明的目的之二是提供一种基于隔离技术的抗电磁干扰点火线圈的设计方法。本发明的目的之一是通过以下技术方案实现的
该基于隔离技术的抗电磁干扰点火线圈的初级绕组和次级绕组之间设置有金属隔离层，所述金属隔离层的结构参数通过模拟仿真系统进行设计。进一步，所述金属隔离层的结构参数通过以下步骤进行设计
1)通过计算机仿真软件建立点火线圈的三维仿真模型，计算出点火线圈初级和次级绕组之间的耦合电容，将计算的结果导入到点火系统的电路仿真模型中，并计算出点火系统电源线上的共模干扰电压信号的频谱；
2)在点火线圈的三维仿真模型中导入金属隔离层模型，使隔离层处于初级绕组和次级绕组之间，并且设置隔离层的结构参数；
3)对加入隔离层的点火线圈进行数值仿真，计算出隔离层与初级绕组之间的耦合电容以及隔离层与次级绕组之间的耦合电容，然后将计算出的两个耦合电容导入点火系统的电路仿真模型中，并计算出点火系统电源线上的共模干扰电压信号的频谱；
4)对比分析点火线圈有隔离层和无隔离层时，点火系统电源线上的共模干扰电压的频谱图，得出带有隔离层的点火线圈降低点火系统电源线上电磁干扰的具体情况，通过不断调整金属隔离层模型的结构参数，得到能够实现最佳抗电磁干扰的结构参数；
进一步，所述结构参数包括材料属性、尺寸、位置、电参数和磁参数。本发明的目的之二是通过以下技术方案实现的该基于隔离技术的抗电磁干扰点火线圈的设计方法，包括以下步骤
1)通过计算机仿真软件建立点火线圈的三维仿真模型，计算出初级绕组和次级绕组之间耦合电容的理论值，并导入到点火系统的电路仿真模型中计算出电源线上的共模干扰电压；
2)在点火线圈的三维仿真模型中导入金属隔离层模型，使隔离层处于初级绕组和次级绕组之间，并且设置隔离层的结构参数；
3)对加入隔离层的点火线圈进行数值仿真，计算出隔离层与初级绕组之间的耦合电容以及隔离层与次级绕组之间的耦合电容，然后将计算出的两个耦合电容导入点火系统的电路仿真模型中，并计算出点火系统电源线上的共模干扰电压信号的频谱；
4)对比分析点火线圈有隔离层和无隔离层时，点火系统电源线上的共模干扰电压的频谱图，得出带有隔离层的点火线圈降低点火系统电源线上电磁干扰的具体情况，通过不断调整金属隔离层模型的结构参数，得到能够实现最佳抗电磁干扰的结构参数。进一步，所述结构参数包括材料属性、尺寸、位置、电参数和磁参数；
进一步，在步骤1)之前，还包括根据点火线圈的结构和工作原理，估算出初级绕组与次级绕组之间耦合电容近似值的步骤；
进一步，在步骤1)和步骤2)之间，还包括通过实验验证耦合电容近似值和步骤1)中仿真结果的步骤，以证明前述的耦合电容近似值分析和仿真结果符合真实情况。本发明的有益效果是
1.本发明的点火线圈通过在初级绕组和次级绕组之间增加金属隔离层的方法，不仅阻断了干扰信号直接从次级回路传播到初级回路，而且能够使干扰信号通过金属隔离层转移到接地平面上，避免了干扰信号传播到初级回路上对电源造成影响，相应地也减小了电源线的辐射发射能力；
2.本发明的设计方法能够保证技术人员在进行点火线圈设计或者产品EMC问题整改时，更清晰地了解点火系统电磁干扰的传播路径，并指导设计人员采取相应的隔离措施降低点火线圈的电磁干扰，缩短产品开发周期和降低产品开发成本。本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中
图1为本发明的抗电磁干扰点火线圈结构示意图2是图1中所述点火线圈带有隔离层时的横向二维剖面图3是点火圈带隔离层与不带隔离层时电源线上干扰电压的仿真频谱图。上述图1和图2中，1.铁心，2.初级绝缘骨架，3.次级绝缘骨架，4.次级绕组，5.隔离层，初级绕组绕在初级绝缘骨架上，次级绕组绕在次级绝缘骨架上。
具体实施例方式以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。这里就以一种干式点火线圈总成为例，说明基于隔离技术的抗电磁干扰点火线圈的设计方法。该抗电磁干扰点火线圈，其特点在于所述点火线圈的初级绕组和次级绕组之间设置有金属隔离层，所述金属隔离层的结构参数通过模拟仿真系统进行设计。设计的具体步骤如下
1)如图1所示，通过计算机仿真软件建立点火线圈的三维仿真模型，计算出初级绕组和次级绕组之间耦合电容的理论值，并导入到点火系统的电路仿真模型中计算出电源线上的共模干扰电压；
2)在图1所示的点火线圈的三维仿真模型中导入金属隔离层模型，使隔离层处于初级绕组和次级绕组之间，如图2所示，并且设置隔离层的结构参数，结构参数包括隔离层的材料属性、尺寸、位置、电参数和磁参数；
3)对加入隔离层的点火线圈进行数值仿真，计算出隔离层与初级绕组之间的耦合电容以及隔离层与次级绕组之间的耦合电容，然后将计算出的两个耦合电容导入点火系统的电路仿真模型中，并计算出点火系统电源线上的共模干扰电压信号的频谱，如图3所示；
4)通过类似图3的分析图，对比分析点火线圈有隔离层和无隔离层时，点火系统电源线上的共模干扰电压的频谱，得出带有隔离层的点火线圈降低点火系统电源线上电磁干扰的具体情况，通过不断调整金属隔离层模型的结构参数，得到能够实现最佳抗电磁干扰的结构参数。本发明中，还设计有一个点火系统实验研究平台，该平台的作用在于验证理论分析结果和步骤1)的仿真结果。该平台首先采用金属铜箔将点火系统初级回路和次级回路的所有导线屏蔽包裹，然后测量位于初级回路电源线中LISN上的共模干扰电压信号的频谱。 其次在点火线圈次级绕组端部导线处加入电磁干扰消耗型元件，并获取位于初级回路电源线中LISN上的共模干扰电压信号的频谱。最后将这两组共模干扰信号的频谱特性作比较， 验证共模干扰信号通过点火线圈初次级绕组之间的耦合电容传播到初级回路中的结论。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.基于隔离技术的抗电磁干扰点火线圈，其特征在于所述点火线圈的初级绕组和次级绕组之间设置有金属隔离层，所述金属隔离层的结构参数通过模拟仿真系统进行设计。
2.如权利要求1所述的基于隔离技术的抗电磁干扰点火线圈及设计方法，其特征在于所述金属隔离层的结构参数通过以下步骤进行设计1)通过计算机仿真软件建立点火线圈的三维仿真模型，计算出点火线圈初级和次级绕组之间的耦合电容，将计算的结果导入到点火系统的电路仿真模型中，并计算出点火系统电源线上的共模干扰电压信号的频谱；2)在点火线圈的三维仿真模型中导入金属隔离层模型，使隔离层处于初级绕组和次级绕组之间，并且设置隔离层的结构参数；3)对加入隔离层的点火线圈进行数值仿真，计算出隔离层与初级绕组之间的耦合电容以及隔离层与次级绕组之间的耦合电容，然后将计算出的两个耦合电容导入点火系统的电路仿真模型中，并计算出点火系统电源线上的共模干扰电压信号的频谱；4)对比分析点火线圈有隔离层和无隔离层时，点火系统电源线上的共模干扰电压的频谱图，得出带有隔离层的点火线圈降低点火系统电源线上电磁干扰的具体情况，通过不断调整金属隔离层模型的结构参数，得到能够实现最佳抗电磁干扰的结构参数。
3.如权利要求2所述的基于隔离技术的抗电磁干扰点火线圈，其特征在于所述结构参数包括材料属性、尺寸、位置、电参数和磁参数。
4.基于隔离技术的抗电磁干扰点火线圈的设计方法，其特征在于包括以下步骤1)通过计算机仿真软件建立点火线圈的三维仿真模型，计算出初级绕组和次级绕组之间耦合电容的理论值，并导入到点火系统的电路仿真模型中计算出电源线上的共模干扰电压；2)在点火线圈的三维仿真模型中导入金属隔离层模型，使隔离层处于初级绕组和次级绕组之间，并且设置隔离层的结构参数；3)对加入隔离层的点火线圈进行数值仿真，计算出隔离层与初级绕组之间的耦合电容以及隔离层与次级绕组之间的耦合电容，然后将计算出的两个耦合电容导入点火系统的电路仿真模型中，并计算出点火系统电源线上的共模干扰电压信号的频谱；4)对比分析点火线圈有隔离层和无隔离层时，点火系统电源线上的共模干扰电压的频谱图，得出带有隔离层的点火线圈降低点火系统电源线上电磁干扰的具体情况，通过不断调整金属隔离层模型的结构参数，得到能够实现最佳抗电磁干扰的结构参数。
5.如权利要求4所述的基于隔离技术的抗电磁干扰点火线圈的设计方法，其特征在于在步骤1)之前，还包括根据点火线圈的结构和工作原理，估算出初级绕组与次级绕组之间耦合电容近似值的步骤。
6.如权利要求4或5所述的基于隔离技术的抗电磁干扰点火线圈的设计方法，其特征在于在步骤1)和步骤2)之间，还包括通过实验验证耦合电容近似值和步骤1)中仿真结果的步骤，以证明前述的耦合电容近似值分析和仿真结果符合真实情况。
全文摘要
本发明公开了一种基于隔离技术的抗电磁干扰点火线圈，所述点火线圈的初级绕组和次级绕组之间设置有金属隔离层，所述金属隔离层的结构参数通过模拟仿真系统进行设计，本发明的点火线圈通过在初级绕组和次级绕组之间增加金属隔离层的方法，不仅阻断了干扰信号直接从次级回路传播到初级回路，而且能够使干扰信号通过金属隔离层转移到接地平面上，避免了干扰信号传播到初级回路上对电源造成影响，相应地也减小了电源线的辐射发射能力；本发明还公开了一种抗电磁干扰点火线圈的设计方法。
文档编号F02P3/02GK102222146SQ20111018105
公开日2011年10月19日 申请日期2011年6月30日 优先权日2011年6月30日
发明者刘庆升, 安宗裕, 汪泉弟, 贾晋 申请人:重庆大学