用于电机逆变器的仿真测试装置及测试方法与流程

1.本公开涉及电机逆变器的仿真测试技术领域，具体而言，涉及一种用于电机逆变器的仿真测试装置及测试方法。


背景技术：

2.电驱动动力系统是电动汽车的核心电气系统，由于该系统中包含大功率电力电子装置，相对于其他车辆电气电子器件，其电磁发射更大，更容易影响车载电子设备和其他道路车辆的正常工作而危及道路的安全性。另外，一旦纯电驱动的动力系统的控制部分受到干扰，对车辆驾驶造成影响，从而危及道路的安全性。
3.电动汽车中电驱动动力系统的电磁干扰分为传导干扰和辐射干扰，其中，电机逆变器的功率回路中的功率器件在高速通断中会产生静电干扰，这种静电干扰会在系统元器件、连接件和线缆上以传导的方式进行传播，由于电动汽车用动力线缆长度较长，这种传导干扰会通过直流动力线缆和电机三相交流动力线缆对外产生辐射而成为主要的干扰源。
4.当前对电动汽车的交流电机逆变器的功率回路的传导干扰的分析通常采用实验的方法来测试系统的电磁干扰，具体是通过安装人工电源网络，使用接收机或频谱分析仪测试系统的传导干扰电压。对于出现的电磁干扰，通常采用在电机控制器外部加装滤波器的方法加以抑制，这种抑制方法增加了产品的成本、延长了研发周期，并且不能很好地分析传导干扰产生的根源及传播途径，更无法对电机控制器内部产生的传导干扰进行分析与抑制。目前还不存在产品设计初期对电机逆变器的抗干扰能力进行评估和分析的仿真系统。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本公开旨在提供一种用于电机逆变器的仿真测试装置及测试方法，以解决现有技术中存在的在产品设计初期无法对电机逆变器的抗干扰能力进行评估和分析的问题。
6.第一方面，本公开实施例提供一种用于电机逆变器的仿真测试装置，包括相互连接的敏感电路模型和静电发生器模型，所述敏感电路模型设置在所述电机逆变器的壳体模型中，所述敏感电路模型包括pcb结构，在所述pcb结构上设置敏感电路，所述静电发生器模型用于向所述敏感电路模型发送干扰信号。
7.在一个示例性实施例中，所述静电发生器模型的上部为接地端口，其下部为放电端口，在所述静电发生器模型的中间位置设置激励端口。
8.在一个示例性实施例中，在所述敏感电路中设置用于接收所述干扰信号的信号端口。
9.在一个示例性实施例中，所述仿真测试装置还包括台架模型，所述壳体模型设置在所述台架模型上，在所述台架模型上设置至少一个与所述 pcb连接的接地金属板。
10.在一个示例性实施例中，在所述静电发生器模型中设置等效电路，所述等效电路包括放电模块，所述放电模块的放电端经过第二电阻后分别通过第四电容和第五电容与接
地端连接，在所述第二电阻和所述第五电容之间设置第二电容；所述放电模块的放电端还通过第一电阻、第一电容和第一电感与接地端连接。
11.在一个示例性实施例中，所述放电模块为rcr脉冲成型网络电路，其包括串联连接的第三电阻、第四电阻以及第三电容，在所述第三电阻和所述第四电阻之间设置第三电感。
12.在一个示例性实施例中，在所述静电发生器中还设置验证电路，所述验证电路设置在所述第四电阻和所述第三电容之间，其包括第五电阻和第六电阻，所述第五电阻和所述第六电阻之间接地。
13.第二方面，本公开实施例提供一种用于电机逆变器的仿真测试方法，包括：在所述电机逆变器的壳体模型中设置敏感电路模型；建立静电发生器模型并与所述敏感电路模型连接；通过所述静电发生器模型向所述敏感电路模型发送干扰信号以评估所述电机逆变器的静电放电抗干扰特性。
14.在一个示例性实施例中，所述仿真测试方法还包括，所述敏感电路模型通过以下方式建立：在pcb结构上设置敏感电路以及在所述敏感电路中设置用于接收所述干扰信号的信号端口。
15.在一个示例性实施例中，评估所述电机逆变器的静电放电抗干扰特性包括：获取所述敏感电路模型中具有第一布局方式的所述敏感电路的第一耦合电压；获取所述敏感电路模型中具有第二布局方式的所述敏感电路的第二耦合电压；基于所述第一耦合电压和所述第二耦合电压，评估所述敏感电路的静电放电抗干扰特性。
16.本公开实施例通过建立静电放电发生器的等效电路模型以模拟静电放电行为，同时建立电机逆变器外壳、敏感电路的三维结构模型，能够反映真实静电试验，并能够根据不同放电要求调整电容和电阻，从而分析敏感电路抗静电干扰能力，并给出敏感电路的优化建议。
17.为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
18.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
19.图1是本公开所提供的用于电机逆变器的仿真测试装置的结构模型图；
20.图2是本公开所提供的电机逆变器壳体模型结构示意图；
21.图3是本公开所提供的pcb模型的结构示意图；
22.图4是本公开所提供的用于电机逆变器的仿真台架模型结构示意图；
23.图5是本公开所提供的静电放电发生器简化模型结构示意图；
24.图6是本公开所提供的静电放电仿真电路图；
25.图7是本公开所提供的静电放电仿真电路敏感信号耦合电压仿真曲线图；
26.图8是本公开提供的用于电机逆变器的仿真测试方法的控制流程图；
27.图9a、图9b是本公开提供的敏感信号的耦合电压输出曲线图；
28.图10是图6中b处的放大图；
29.图11是图6中c处的放大图；
30.图12是图6中的放电模块10的放大图。
具体实施方式
31.下面，结合附图对本公开的具体实施例进行详细的描述，但不作为本公开的限定。
32.应理解的是，可以对此处公开的实施例做出各种修改。因此，上述说明书不应该视为限制，而仅是作为实施例的范例。本领域的技术人员将想到在本公开的范围和精神内的其他修改。
33.包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且与上面给出的对本公开的大致描述以及下面给出的对实施例的详细描述一起用于解释本公开的原理。
34.通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本公开的这些和其它特性将会变得显而易见。
35.还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本公开进行了描述，但本领域技术人员能够确定地实现本公开的很多其它等效形式，它们具有如权利要求所述的特征并因此都位于借此所限定的保护范围内。
36.当结合附图时，鉴于以下详细说明，本公开的上述和其他方面、特征和优势将变得更为显而易见。
37.此后参照附图描述本公开的具体实施例；然而，应当理解，所公开的实施例仅仅是本公开的实例，其可采用多种方式实施。熟知和/或重复的功能和结构并未详细描述以避免不必要或多余的细节使得本公开模糊不清。因此，本文所公开的具体的结构性和功能性细节并非意在限定，而是仅仅作为权利要求的基础和代表性基础用于教导本领域技术人员以实质上任意合适的详细结构多样地使用本公开。
38.需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
39.本说明书可使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在又一实施例中”或“在其他实施例中”，其均可指代根据本公开的相同或不同实施例中的一个或多个。
40.下面结合附图和具体的实施例对本公开作进一步的说明。
41.实施例1
42.考虑到在电动汽车中电机逆变器的功率回路中的功率器件在高速通断中会产生静电干扰，这种静电干扰会在系统元器件、连接件和线缆上以传导的方式进行传播并且会导致形成高压电场，这种高压会对导致瞬时放电从而导致电机逆变器等设备暂时性功能失效甚至永久性损伤。
43.为了模拟静电干扰对电机逆变器的影响，本公开的第一方面提供一种用于电机逆变器的仿真测试装置，如图1所示，图1示出用于电机逆变器的仿真测试装置的结构模型图，
所述仿真测试装置包括相互连接的敏感电路模型1和静电发生器模型2，所述敏感电路模型1设置在所述电机逆变器的壳体模型3中，从而通过所述敏感电路模型1和所述壳体模型3模拟所述电机逆变器的结构和工作状态；所述静电放电发生器模型2用于向所述敏感电路模型1发送干扰信号。
44.目前，通常通过pcb模型对电路结构进行建模仿真，因此，如图2和图3所示，为了更真实地模拟所述电机逆变器的结构和工作状态，将所述敏感电路模型1设置在所述电机逆变器的壳体模型3中，这里的所述敏感电路模型1包括pcb结构，在所述pcb结构上设置敏感电路11，在所述敏感电路11中设置用于接收所述干扰信号的信号端口。
45.本实施例通过对现有仿真软件中提供的现有pcb模型的走线和网络以及pcb的结构层进行简化获得所述敏感电路模型1。具体地，例如对现有的pcb模型进行简化处理，仅选取电源、地和敏感信号的走线和网络，删除其余网络结构，对于所述pcb模型的每一层简化为无厚度的平面，通过对所述pcb模型的简化能够减少网格数量，提高仿真效率。
46.例如，可以选用obd++格式的pcb模型进行建模，将其导入si wave 仿真软件中，并对所述pcb模型进行确认，例如确认叠层、过孔、电路元件和网络分布以及每一层的材料、厚度等。在确认所述pcb模型的结构后，选取关键的网络，将其导出至hfss仿真软件中，其中导出的所述pcb模型包含了电容、电感和电阻端口。在完成对所述pcb模型的导出后，根据电路参数定义电气参数，将元件端口设置为lumped rlc boundry，分别定义rlc的参数，从而完成所述敏感电路模型1的构建。
47.此外，为了便于完成仿真模拟测试，所述仿真测试装置还包括台架模型4，所述台架模型4用于承载所述电机逆变器的壳体模型3。具体地，可以依照标准iso11452-4的要求建立所述台架模型4。
48.在具体的实施方式中，如图4所示，所述台架模型4的尺寸例如可以设置为长2.5米、宽1.1米，在所述台架模型4的一侧设置至少一个接地金属板5，例如可以设置三个并排布置的所述接地金属板5，每个所述接地金属板5例如可以设置为宽0.5米、高0.9米，所述电机逆变器的壳体模型3放置在所述台架模型4上，所述接地金属板5与所述敏感电路模型 1中的所述pcb结构连接。
49.现有技术中通常可以采用静电放电发生器对系统级电子设备如手机、电脑的抗人体金属模型进行静电干扰试验来验证电子设备的抗干扰能力。一般地，静电放电发生器的主要结构单元通常包括高压电源、继电器、脉冲成型网络、放电电阻rd、储能电容cs、接地线、机身，当继电器开路时，高压电源对cs充电，当继电器闭合时，引起电容放电。
50.进一步地，在本实施例中，所述静电放电发生器模型2作为现有技术中的静电放电发生器以用于模拟所述电机逆变器使用过程中所产生的静电干扰。如图5所示，这里的所述静电发生器模型2可以具有筒状结构，其上部为接地端口21，其下部为放电端口22；此外，在所述静电发生器模型2的中间位置设置激励端口23。
51.为了实现对静电干扰过程的真实模拟，根据静电放电发生器的结构与原理，建立所述静电发生器模型2的等效电路，通过对结构寄生参数的调整，确定各器件参数值。其中，如图6所示，所述等效电路包括放电模块 10，所述放电模块10的放电端经过第二电阻r2后分别通过第四电容c4 和第五电容c5与接地端连接，在所述第二电阻r2和所述第五电容c5之间设置第二电容c2；所述放电模块10的放电端还通过第一电阻r1、第一电容c1和第一电
感l1与接地端连接。
52.具体地，所述放电模块10为rcr脉冲成型网络电路，其包括串联连接的第三电阻r3、第四电阻r4以及第三电容c3，在所述第三电阻r3和所述第四电阻r4之间设置第三电感l3，其中所述第三电感l3用于表征环路电感。
53.可选地，在一些实施例中，所述放电模块10的放电尖端通过电阻r2 连接有铜环，其中分布电容为第二电容c2，所述放电尖端和机身的对地分布电容为第四电容c4和第五电容c5。在所述静电发生器模型2的等效电路中还可以设置验证电路20，所述验证电路20设置在所述第四电阻r4 和所述第三电容c3之间，其包括第五电阻r5和第六电阻r6，所述第五电阻r5和所述第六电阻r6之间接地，其中所述第五电阻r5为输入电阻，第六电阻r6为接收机内阻。
54.为了保障所述静电发生器模型2的等效电路的仿真效果，需要对所述等效电路进行模型仿真，以验证所述等效电路的准确性。具体地，将所述静电放电的等效电路模型的模拟发生器输出连接2ω阻抗和50ω的接收机内阻，调整模型中的内阻抗值r1、c1，分别产生150/330pf和300/2000 ω，其中150pf电容参数为人体电容量的储能电容标称值，2000ω电阻参数为表示人体握有某个如钥匙或者金属物时的源电阻。同时，按照 iso10605/gb19951道路车辆静止放电产生的电骚扰试验方法，采用电容为 330pf和150pf两放电端，电阻为2000ω，其中150pf、2000ω可表征站在车外及进入车内过程中可方便触及的放电点进行试验，330pf、2000ω用于表征对车内可触及的全部放电点进行试验，如图7所示，采用上述元件参数对所述静电发生器模型2的等效电路进行仿真，获得仿真波形，通过选取波形中的位置不同的三个点值与iso10605的规定值进行比较可以对所述等效电路进行验证。
55.具体地，采用本公开中所提供的所述静电放电发生器模型2的等效电路进行仿真，所得到的仿真波形中选取位置不同的三个点与iso10605进行比较，具体结果如下表所示：
[0056][0057][0058]
可见，本公开所述的静电发生器模型2的等效电路符合iso10605的标准规定，整体
模型建立准确，能够用于向所述敏感电路模型1发送干扰信号，从而完成系统仿真。
[0059]
在建立所述敏感电路模型1之后，将用于模拟静电放电的所述静电发生器模型2添加到hfss中，并将所述敏感电路模型1和所述静电发生器模型2进行协同仿真，形成用于所述电机逆变器测试的静电放电仿真电路。
[0060]
由此可见，本公开通过建立所述静电发生器模型模拟静电放电行为，同时建立所述电机逆变器和所述敏感电路的三维结构模型，能够反映真实静电试验，并能够根据不同放电要求调整电容和电阻，分析所述敏感电路模型抗静电干扰能力，并给出对于敏感电路布局的优化建议。
[0061]
实施例2
[0062]
基于同样的发明构思，本公开第二方面还提供一种用于电机逆变器的仿真测试方法，其采用上述用于电机逆变器的仿真测试装置，从而实现对电机逆变器的静电放电抗干扰特性进行评估，如图8所示，所述仿真测试方法具体包括如下步骤：
[0063]
s101：在所述电机逆变器的壳体模型中设置敏感电路模型。
[0064]
具体地，为了模拟静电放电效应对电机逆变器的影响，将敏感电路模型设置在电机逆变器的壳体模型中，所述电机逆变器的壳体模型可以根据所述电机逆变器的具体结构在matlab/simulink等常规仿真软件中搭建，然后将载有所述敏感电路的pcb模型放置在所述电机逆变器的壳体模型的相应位置上，其中所述敏感电路中设置有用于接收所述干扰信号的信号端口。
[0065]
s102，建立静电发生器模型并与所述敏感电路模型连接。
[0066]
其中，所述静电发生器模型用于模拟电机逆变器使用过程中产生静电干扰的情形，为了保障静电发生器模型的模拟效果，在建立所述静电发生器模型后，需要对所述静电放电发生器模型进行仿真模拟验证，以保障模型的仿真效果。
[0067]
s103，通过所述静电发生器模型向所述敏感电路模型发送干扰信号以评估所述电机逆变器的静电放电抗干扰特性。
[0068]
具体地，可以按照上述所述静电发生器模型的结构设置，所述静电发生器模型可根据不同的放电要求对等效电路中的电容和电阻进行调整实现不同放电模式，例如可以模拟无源器件的特性或人体模型在汽车环境下的实际放电模式。所述静电发生器模型向所述敏感电路模型中接收所述干扰信号的信号端口发送干扰信号，以测试电机逆变器的静电放电抗干扰性能。
[0069]
其中，所述评估所述电机逆变器的静电放电抗干扰特性包括：
[0070]
s201，获取所述敏感电路模型中具有第一布局方式的所述敏感电路的第一耦合电压。
[0071]
在电机逆变器中所述敏感电路模型的结构和电路设计过程中，可以在所述敏感电路模型按照第一布局方式设计完成后进行建模仿真，获得所述敏感电路模型的第一耦合电压。
[0072]
s202，获取所述敏感电路模型中具有第二布局方式的所述敏感电路的第二耦合电压。
[0073]
在完成上述步骤s201后，在本步骤中，可以对所述电机逆变器的所述敏感电路模型的布局进行调整，从而在所述敏感电路模型按照第二布局方式设计完成后进行建模仿
真，并获得第二耦合电压。
[0074]
s203，基于所述第一耦合电压和所述第二耦合电压，评估所述敏感电路的静电放电抗干扰特性。
[0075]
具体地，通过对所述第一耦合电压和所述第二耦合电压的对比，能够获知在对所述电机逆变器产品设计优化改进过程中的改进方向，从而能够给出对产品设计的优化建议和改进方向。这里对所述静电放电仿真电路进行仿真，能够对所述敏感电路的抗静电干扰能力进行预测，如图9为敏感信号的耦合电压输出曲线图，其中图9a为敏感信号机走线不合理时的耦合电压，这里的所述敏感电路模型对应于第一布局方式，其耦合电压输出峰值较高，波动较大，通过对布局和走线进行优化，优化后的所述敏感电路模型对应于第一布局方式，并得到优化后的耦合电压输出曲线图，如图 9b所示。从中可以看出，优化后的耦合电压明显减小，说明优化后的敏感信号的抗干扰性能有所提高，从而能够根据抗干扰性能调整所述敏感电路模型的布局方式。
[0076]
由上述内容可知，本公开提供的用于电机逆变器的仿真测试装置和测试方法通过建立静电放电发生器的等效电路模型，模拟静电放电行为，同时建立电机逆变器系统、敏感电路系统的三维结构模型，能够反映真实静电试验，并能够根据不同放电要求调整电容和电阻，分析敏感电路抗静电干扰能力，并给出敏感电路的优化建议。
[0077]
附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
[0078]
描述于本公开中所涉及到的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。其中，单元的名称在某种情况下并不构成对该单元本身的限定。
[0079]
本文中以上描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑部件来执行。例如，非限制性地，可以使用的示范类型的硬件逻辑部件包括：现场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)、专用标准产品(assp)、片上系统(soc)、复杂可编程逻辑设备(cpld)等等。
[0080]
在本公开的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
[0081]
以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
[0082]
此外，虽然采用特定次序描绘了各操作，但是这不应当理解为要求这些操作以所示出的特定次序或以顺序次序执行来执行。在一定环境下，多任务和并行处理可能是有利的。同样地，虽然在上面论述中包含了若干具体实现细节，但是这些不应当被解释为对本公开的范围的限制。在单独的实施例的上下文中描述的某些特征还可以组合地实现在单个实施例中。相反地，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合的方式实现在多个实施例中。
[0083]
尽管已经采用特定于结构特征和/或方法逻辑动作的语言描述了本主题，但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式。
[0084]
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。