Изилдөө электр унааларынын жогорку чыңалуудагы DC кубат берүү системаларында колдонууга арналган 1 kW галлий нитриди (GaN) негизиндеги phase-shift full-bridge (PSFB) DC–DC өзгөрткүчүнүн электромагниттик шайкештигин кең тилкелүү виртуалдык прототиптөө аркылуу изилдейт. CST Studio Suite ичиндеги толук толкундуу үч өлчөмдүү электромагниттик модель PathWave ADS чынжыр симуляциясы менен бириктирилген; PCB паразиттери, GaN кубат элементтери, трансформатор, DC-link конденсатору, жогорку чыңалуудагы батарея, LISN жана экрандалган кубат кабелдери бирдиктүү симуляциялык чынжырга киргизилген. Өзгөрткүч толук жүктө standalone абалында %97,26, clamping диоддору активдүү болгон толук DC кубат берүү системасында %97,03 натыйжалуулукка жеткен. Бирок 150 kHz–108 MHz CISPR 25 баалоо диапазонундагы common-mode жана differential-mode өткөрүлүүчү эмиссиялар Class 2 чектеринен ашкан. Натыйжалар виртуалдык EMC моделине негизделген; физикалык унаада же лабораторияда CISPR 25 боюнча ырастоо жүргүзүлгөн эмес.

Изилдөөнүн негизги инженердик билдирүүсү — жогорку натыйжалуулук өзүнөн өзү электромагниттик шайкештик дегенди билдирбейт. GaN ачкычтарынын тез өтүүлөрү өзгөрткүчтүн кубат тыгыздыгы жана натыйжалуулук жагынан артыкчылыктуу иштөөсүн колдогону менен, PCBдеги, трансформатордогу жана өзгөчө унаанын кубат кабелдериндеги бөлүштүрүлгөн индуктивдүүлүк жана агып өтүүчү сыйымдуулуктар жогорку жыштыктагы ызы-чуунун таралуу жолдорун аныктайт. Ошондуктан изилдөөчүлөр өзгөрткүчтүн схемасын гана эмес, өзгөрткүч туташкан толук DC кубат тармагын EMC моделине киргизишкен.

Кабелдик топтомдорду системага кошуу өзгөрткүчтүн жүрүм-турумун өлчөнө тургандай өзгөрткөн. Clamping диоддору өчүк кезде standalone өзгөрткүчтүн натыйжалуулугу %97,26 болсо, толук DC powertrain симуляциясында %96,62ге төмөндөгөн; чыгыш чыңалуусунун ripple-ы 403 mVppден 480 mVppге, чыгыш тогунун ripple-ы 175 mAppден 209 mAppге жогорулаган. Изилдөөчүлөр кубат кабелдеринин каршылыгы, бөлүштүрүлгөн индуктивдүүлүгү жана агып өтүүчү сыйымдуулуктары кубатты өзгөртүүгө да, EMIнин таралышына да таасир этерин көрсөтүшөт.

Clamping диоддорун активдештирүү коммутациялык термелүүлөрдү күчтүү басаңдаткан. Трансформатордун экинчи тарабындагы чыңалуунун overshoot мааниси 136,1 V, undershoot мааниси 24,61 V азайган; спектрдик компоненттерде 6,7 MHzде 12,35 dBV жана 102,4 MHzде 19,44 dBV азайуу алынган. Өткөрүлүүчү EMI боюнча differential-mode ызы-чуунун негизги чокусунда болжол менен 70,45 MHzде 12,69 dBµV, common-mode ызы-чуусунда болсо 3,658 MHzде эң көп 20,91 dBµV азайуу билдирилген. Ошого карабастан CISPR 25 Class 2 шайкештиги камсыздалган эмес.

Изилдөө ошондой эле EMI бир гана булактан пайда болбой турганын көрсөтөт. Differential-mode ызы-чуу төмөн жыштыкта негизинен DC-link конденсаторунун импедансы менен аныкталса, жогорку жыштыкта кабель жана PCB индуктивдүүлүктөрү маанилүү болот. Common-mode ызы-чуу болсо GaN коммутация түйүндөрүнөн жерге кеткен паразиттик сыйымдуулуктар жана трансформатордун оромдор аралык сыйымдуулугу аркылуу тарайт. Модель 7 MHz жана болжол менен 75 MHz аймактарында байкалган ачык EMI чокуларын ушул паразиттик LC резонанстары менен байланыштырат.

Түркия жагынан баалоо: Бул изилдөө Түркияда электр унааларынын кубат электроникасы, жергиликтүү DC–DC өзгөрткүч, унаа ичиндеги жогорку чыңалуудагы электр тутуму жана автомобиль EMC дизайны боюнча иштеген топтор үчүн, айрыкча долбоорлоонун алгачкы баскычында, маанилүү. PCB физикалык түрдө өндүрүлө электе эле кубат кабелинин узундугун, трансформатор паразиттерин, DC-link элементтерин жана коммутация түйүндөрүнүн EMIге тийгизген таасирин виртуалдык чөйрөдө изилдөө кымбат кайра долбоорлоо циклдерин азайта ала турган инженердик ыкманы сунуштайт. Бирок изилдөөнүн сандык маанилери белгилүү PSFB геометриясына, GaN элементтерине, 400 V/48 V иштөө чекитине, моделденген кабель түзүлүшүнө жана виртуалдык CISPR 25 сыноо түзмөгүнө тиешелүү; ошол эле эмиссия деңгээлдерин башка унаа платформаларына түздөн-түз көчүрүүгө болбойт.

Изилдөөнүн негизги көйгөйү эмнеде?

Электр унааларында жогорку чыңалуудагы батареядагы энергияны 12 V, 24 V же 48 V сыяктуу төмөн чыңалуудагы көмөкчү системаларга берүү үчүн изоляцияланган DC–DC өзгөрткүчтөр колдонулат. Бул изилдөөдө максат — 400 V DC кириштен 48 V DC чыгыш берүүчү 1 kW PSFB өзгөрткүч.

Кубат электроникасында энергияны өзгөртүүнүн натыйжалуулугу гана жетиштүү эмес. Коммутация элементтериндеги чыңалуу менен токтун тез өзгөрүшү кабелдер, PCB жолдору, конденсаторлор, трансформатор жана шасси аркылуу тараган электромагниттик тоскоолдук жаратышы мүмкүн. Ошондуктан изилдөөнүн негизги суроосу мындай: GaN негизиндеги жогорку натыйжалуу PSFB өзгөрткүчүнүн EMI жүрүм-турумун жалгыз чынжыр моделинин ордуна толук DC кубат берүү чынжырынын паразиттери менен бирге виртуалдык түрдө канчалык деталдуу моделдөөгө болот?

Кайсы кубат берүү системасы моделденген?

Изилдөөдөгү виртуалдык система беш негизги бөлүктөн турат:

• 400 V жогорку чыңалуудагы Li-ion батарея модели,
• CISPR 25 жогорку чыңалуудагы LISN,
• 0,2 m кириш/DC-link экрандалган кабелдик топтом,
• 1 kW GaN негизиндеги PSFB DC–DC өзгөрткүч,
• 1 m чыгыш/жүк кабелдик топтом жана статикалык жүк.

Бул түзүлүш өзгөрткүч платасынын электр схемасын гана эмес, кабелдердин мейкиндиктеги жайгашуусун, жерге карата таяныч тегиздикти жана кабель–шасси сыйымдуулук байланышын да камтыйт.

PSFB өзгөрткүчүнүн негизги өзгөчөлүктөрү кандай?

Өзгөрткүч биринчи тарапта төрт ачкычтуу phase-shift full-bridge, жогорку жыштыктагы трансформатор, экинчи тараптагы түзөткүч, чыгыш индуктивдүүлүгү жана чыпка конденсаторунан турат. Биринчи тараптагы эки clamping диоду commutating inductor ичинде топтолгон энергияны коммутация учурунда башкаруу үчүн колдонулган.

Эмне үчүн GaN колдонулган?

Изилдөөнүн дизайнында GaN кубат элементтери жогорку коммутациялык көрсөткүчтөрдү жана жогорку кубат өзгөртүү натыйжалуулугун камсыз кыла ала турган кең тыюу салынган зонасы бар жарым өткөргүчтөр катары колдонулат. Бирок изилдөө үчүн маанилүү жагдай — тез коммутация EMC моделиндеги жогорку жыштыктагы паразиттерди маанисиз кылбайт, тескерисинче PCB жана кабель паразиттерин туура көрсөтүүнү талап кылат.

Ошондуктан активдүү компоненттер бар болгондо өндүрүүчүнүн SPICE моделдери, пассивдүү элементтер болсо өлчөнгөн Touchstone моделдери же паразиттик ESR, ESL, каныгуу жана агып өтүүчү сыйымдуулукту камтыган моделдер менен көрсөтүлгөн. Идеалдуу L жана C элементтери менен гана чектелген модель колдонулган эмес.

CISPR 25 виртуалдык сыноо түзмөгү кантип түзүлгөн?

Изилдөө 150 kHz–108 MHz CISPR 25 conducted-emission баалоо диапазонун көрсөткөн виртуалдык EMC test rig түзгөн. Жогорку чыңалуудагы батарея менен өзгөрткүчтүн арасына LISN кошулуп, өзгөрткүч жана жүк кабелдери стандарттык геометрияга ылайык ground reference plane үстүндө моделденген.

Кабель жана PCB электромагниттик талаалары CST Studio Suite ичинде, өзгөрткүчтү башкаруу жана электрондук элементтер болсо PathWave ADS ичинде моделденген. Эки чөйрө S-параметрлер аркылуу бириктирилип, убакыт облусунда коммутация transientтери эсептелген, LISN портторундагы чыңалуу жана токтор FFT аркылуу жыштык облусуна өткөрүлүп, CISPR 25 Class 2 чектери менен салыштырылган.

Кабелдик топтомдор эмне үчүн өз-өзүнчө мүнөздөлгөн?

Анткени кабель идеалдуу өткөргүч эмес. Узундугу көбөйгөн сайын катар индуктивдүүлүк, жерге агып өтүүчү сыйымдуулук, кабелдер аралык сыйымдуулук жана жыштыкка көз каранды резонанстар өсөт.

Кириш тарабындагы shielded DC-link harness болжол менен 0,2 m, чыгыштагы load harness болсо 1 m узундукта. Изилдөөчүлөр эки кабелдик топтом үчүн common-mode жана differential-mode ачык-чынжыр/кыска-чынжыр импеданстарын өз-өзүнчө чыгарышкан.

Бир метрлик жүк кабелинде сыйымдуулук жана индуктивдүүлүк паразиттеринин кыйла чоң болушу кубат тутумун EMI анализинде өзгөрткүч платасынан өзүнчө кароого болбой турганын көрсөтөт.

Кабелдер common-mode ызы-чууну эмне үчүн көбөйтөт?

Common-mode ток — эки кубат өткөргүчүнөн бир багытта агып, шасси же таяныч тегиздик аркылуу кайра кайта ала турган жогорку жыштыктагы компонент. Кабелдин шассиге карата бөлүштүрүлгөн агып өтүүчү сыйымдуулугу көбөйгөн сайын жерге төмөнүрөөк импеданстуу жогорку жыштык жолу пайда болот.

Изилдөөдө толук powertrainге кабелдер кошулганда 1 kHz–1 MHz тегерегинде CM булак импедансы standalone өзгөрткүчкө салыштырмалуу төмөндөйт. Изилдөөчүлөр муну жерге сыйымдуулук байланышынын күчөшү жана common-mode ызы-чуу тогунун көбөйүшү менен байланыштырышат.

Differential-mode ызы-чуу кайсы элементтер менен аныкталат?

Standalone PSFBде төмөн жыштыктагы differential-mode булак импедансы негизинен DC-link конденсаторунун паразиттик модели менен аныкталат.

Эки 560 µF DC-link конденсатору параллелдүү болгондуктан:

\[ C_{IN,total}=1120\ \mu F \]

деп бааланган.

Булак үч жыштык аймагын бөлүп көрсөтөт:

• 10 kHzден төмөн: сыйымдуулук жүрүм-турум,
• 10 kHz–1 MHz: болжол менен 31,5 mΩ эквиваленттүү ESR менен аныкталган резистивдүү плато,
• 1 MHzден жогору: болжол менен 4,9 nH эквиваленттүү ESL жана туташуу индуктивдүүлүктөрү аныктаган индуктивдүү аймак.

Common-mode ызы-чуунун негизги паразиттик жолу кайсы?

GaN FETтеринин жогорку dv/dt камтыган биринчи тараптагы коммутация түйүндөрүндөгү чыңалуу өзгөрүүлөрү паразиттик сыйымдуулуктар аркылуу жерге ток жаратат.

Булак моделиндеги негизги сыйымдуулуктар:

• биринчи тараптагы \(C_{pri}=252,8\) pF,
• трансформатордун оромдор аралык \(C_T=60,42\) pF

деп берилген.

Алардын суммасы:

\[ C_{CM,eq}=C_{pri}+C_T=313,22\ \text{pF} \]

түрүндө колдонулат.

Трансформатордун кайсы паразиттери маанилүү?

Айрыкча \(L_{pri,lk}\) жана \(C_T\) common-mode спектриндеги мегагерц аймагындагы резонанстарды түшүндүрүүдө колдонулат.

7 MHz тегерегиндеги common-mode чокусу кайдан келип чыгат?

Изилдөөчүлөр standalone PSFBнин биринчи ачык CM эмиссия чокусун болжол менен 7 MHzде байкашкан. Теориялык LC резонансы:

\[ f_r= \frac{1} {2\pi\sqrt{LC}} \]

менен бааланганда:

\[ f_r\approx \frac{1} {2\pi\sqrt{12,21\ \mu H \times 60,42\ pF}} \approx5,9\ \text{MHz} \]

алынат.

Булак 5,9 MHz теориялык мааниси менен болжол менен 7 MHz симуляция чокусунун айырмасын PCB жана системадагы башка паразиттик элементтер резонансты жылдырганы менен байланыштырат.

75 MHz аймагындагы негизги EMI чокусунун булагы эмнеде?

Изилдөөдө clamping диоддору өчүк учурдагы эң жогорку differential-mode эмиссия чокуларынын бири 75,21 MHz тегерегинде аныкталган. Изилдөөчүлөр бул чокуну \(C_T=60,42\) pF трансформатордун оромдор аралык сыйымдуулугу менен болжол менен \(L_{loop,DM}=74,2\) nH калдык жогорку жыштыктагы контур индуктивдүүлүгүнүн ортосундагы резонанс менен байланыштырышат.

Common-mode үчүн да болжол менен ошол эле жогорку жыштык аймагындагы ачык чоку \(C_{CM,eq}=313,22\) pF менен PCB жана harness булактуу болжол менен \(L_{loop,CM}=14,3\) nH калдык индуктивдүүлүктүн резонансына таандык кылынат.

PCB эмне үчүн төрт катмардан эки катмарга түшүрүлгөн?

Алгачкы кубат платасы төрт катмарлуу болуп долбоорлонгон. Бирок көп катмарлуу түзүлүштү CSTге өткөрүүдө ички power/ground тегиздиктериндеги lumped port аныктамалары жана mesh эсептөө чыгымы көйгөй жараткан.

Изилдөөчүлөр башкаруу катмарын электромагниттик моделден чыгарып, ADS ичинде тышкы чынжыр блогу катары калтырышкан жана кубат платасын эки катмарлуу геометрияга айландырышкан. Платанын өлчөмдөрү, негизги routing-и жана компоненттердин жайгашуусу сакталган; электромагниттик эсептөөнү жеңилдетүү үчүн жол геометриялары жөнөкөйлөштүрүлгөн.

Эки катмарлуу моделде:

• жездин калыңдыгы 5,8 mil,
• FR4 substrate калыңдыгы 28 mil,
• порттордун саны 87ден 77ге

түшүрүлгөн.

Эки катмарлуу жөнөкөйлөштүрүү канчалык жакын натыйжа берди?

Төрт маанилүү кубат туташуусундагы S-параметрлери 108 MHzде салыштырылган.

Тандалган жолдордун бардыгында айырма 1,2 dBден төмөн калган. Бул натыйжа жөнөкөйлөштүрүлгөн модель изилдөөчүлөр максат кылган үстөм жогорку жыштыктагы жүрүм-турумду чоң даражада сактап калганын көрсөткөн сандык модель-ичиндеги ырастоо болуп саналат.

CST электромагниттик чечими кантип аткарылган?

Үч өлчөмдүү EM чечими frequency-domain Finite Element Method (FEM) менен аткарылган. CISPR 25 баалоо диапазонунан тышкары жетиштүү сандык запас камсыз кылуу үчүн interpolating sweep DCден 600 MHzге чейин кеңейтилген, mesh чечим жыштыгы 1 GHz болуп тандалган.

Сызыктуу чечүүчүнүн тактык чеги:

\[ 10^{-6} \]

деп катуулатылган; төмөн жыштыктагы турукташтыруу активдештирилген. Adaptive mesh refinement учурунда удаалаш mesh өтүүлөрүнүн ортосундагы максималдуу S-параметр өзгөрүүсү үчүн:

\[ \Delta S=0,04 \]

чек мааниси колдонулуп, акыркы чечим ушул чектен төмөн жакындашкан.

77 порттуу модель эмне үчүн колдонулган?

CST чечиминен алынган электромагниттик түзүлүш 77 lumped port камтыган Touchstone көп-порттуу S-параметр модели катары экспорттолгон. ADS ичинде GaN FETтер, диоддор, трансформатор, чыгыш түзөткүчү, батарея, LISN, жүк жана башкаргыч ушул портторго туташтырылган.

Ошентип электромагниттик геометриянын жогорку жыштыктагы жүрүм-туруму менен чыныгы чынжырдын коммутация модели бир эле transient co-simulation ичинде иштей алган.

Standalone PSFBнин кубатты өзгөртүү көрсөткүчү кандай болгон?

Clamping диоддору өчүк жана кубат harnessтери системага кошулбаган standalone абалда булак төмөнкү натыйжаларды берет:

Кабелдер кошулганда кубатты өзгөртүү кандай өзгөрдү?

Clamping диоддору кайрадан өчүк бойдон калып, жогорку чыңалуудагы батарея жана кубат harnessтери кошулганда толук DC powertrain үчүн:

Чыңалуу ripple-ындагы өсүү 77 mVpp, ток ripple-ындагы өсүү 34 mApp түзөт. Булак бул өзгөрүүлөрдү кубат кабелдеринин электрдик паразиттери жана жоготуулары менен байланыштырат.

Жабык контурлуу башкаруу кабелдеги чыңалуу төмөндөшүн кантип компенсациялады?

PSFB башкаргычы чыгыш чыңалуусундагы өзгөрүүгө жооп кылып коммутация duty cycle-ын жөндөйт жана ачкычтардын ачык калуу убактысын узартып, harnessтен келип чыккан чыңалуу төмөндөшүн жарым-жартылай компенсациялайт.

Бул жүрүм-турум өзгөчө трансформатордун экинчи тарабынын чыңалуусу \(V_{sec}\) толкун формасында көрүнөт. Изилдөөдө толук powertrainге өткөндө толкун формасы өзгөргөнү менен, өзгөрткүч чыгыш чыңалуусун 48 V максатка жакын кармоону улантат.

Кабелдер EMI спектрин канчалык өзгөрттү?

Standalone өзгөрткүч менен толук DC powertrainдин EMI спектрлери салыштырылганда, кабелдик топтомдордун өзгөчө төмөн жыштыктарда күчтүү таасири байкалган.

Булак кең тилкелүү симуляция спектринде 50 kHzде:

• DM ызы-чуу айырмасын 38,15 dBµV,
• CM ызы-чуу айырмасын 45,22 dBµV

деп берет.

Маанилүү чек: 50 kHz изилдөө CISPR 25 шайкештиги үчүн колдонгон 150 kHz төмөнкү чегинен төмөн. Бул маанилер стандарттын compliance натыйжасы эмес, кабелдин таасирин көрсөткөн кең тилкелүү диагностикалык мисалдар.

Clamping диоддору коммутация transientин кантип өзгөрттү?

Clamping диоддору активдештирилгенде трансформатордун экинчи тарабындагы коммутация overshoot жана undershoot маанилери кыйла азайган.

Clamping диоддору conducted EMIни канчалык азайтты?

Диоддор активдештирилгенде differential-mode жана common-mode EMI спектрлеринде да азайуу байкалган.

Бул маанилердин арасындагы clampingтен улам билдирилген эң чоң EMI азайуу 3,658 MHzдеги common-mode спектринде 20,91 dBµV болгон.

Clamping диоддору күйгүзүлгөндө натыйжалуулук кандай болду?

Булактын толук жүк жана clamp-diode-on абалын жыйынтыктаган 3-таблицасына ылайык:

Бул натыйжа clamping диоддорунун transient жана EMI чокуларынын деңгээлин азайтышы өзүнөн өзү EMC шайкештигин камсыз кылбай турганын көрсөтөт.

CISPR 25 Class 2 натыйжасы кандай?

Изилденген виртуалдык дизайн CISPR 25 Class 2 conducted-emission чектерине жооп бербейт. Изилдөөнүн натыйжасы боюнча standalone өзгөрткүчтө да, толук DC powertrainде да common-mode жана differential-mode эмиссиялар баалоо диапазонунда чектерден жогору калган.

Макаланын кыскача мазмунунда эмиссия ашуусу айрым аймактарда 72 dBµVге чейин жеткени айтылат. Изилдөөчүлөр учурдагы чыпкасыз дизайнды акыркы шайкеш продукт катары эмес, келечекте долбоорлонуучу кириш EMI чыпкасы жана активдүү CM басаңдатуу ыкмалары үчүн baseline катары баалашат.

Бул изилдөө эмне үчүн чыпка долбоорлобойт?

Изилдөөнүн максаты учурдагы PSFBни түздөн-түз CISPR 25ке шайкеш кылуудан мурда, туура ызы-чуу булактарын жана таралуу жолдорун аныктаган ишенимдүү виртуалдык модель түзүү болуп саналат.

Жыйынтык бөлүмүндө учурдагы undamped EMI деңгээлдери келечектеги атайын EMI чыпка дизайны үчүн баштапкы чекит болору; impedance balancing жана трансформатордун паразиттик сыйымдуулугун компенсациялоо сыяктуу active common-mode cancellation ыкмалары келечектеги иштердин арасында экени белгиленет.

Изилдөө колдогон жыйынтыктар

• 1 kW GaN негизиндеги PSFB өзгөрткүч изилдөөнүн виртуалдык кубат моделинин шартында толук жүктө %97ден жогору натыйжалуулук көрсөткөн.
• PCB, кабель жана компонент паразиттерин бир EMC биргелешкен симуляциясына киргизүү CM жана DM резонанстарын көрүнүктүү кылган.
• Кабелдик топтомдор EMI булак импедансын жана LISNде көрүнгөн conducted-emission деңгээлдерин кыйла өзгөрткөн.
• Узун жүк кабелинин паразиттик сыйымдуулугу жана индуктивдүүлүгү кыска DC-link кабелиникинен кыйла жогору.
• Эки катмарлуу жөнөкөйлөштүрүлгөн PCB модели тандалган маанилүү кубат жолдорунда төрт катмарлуу сандык моделге 108 MHzде 1,2 dBден аз айырма менен жакындаган.
• Clamping диоддору трансформатордун экинчи тарабындагы overshoot/undershoot жана ар түрдүү EMI чокуларынын деңгээлин азайткан.
• Clamping диоддору активдүү болгондо толук powertrain натыйжалуулугу %97,03 деп билдирилген.
• Clamping диоддоруна карабастан CM да, DM да conducted emissions CISPR 25 Class 2 чектеринен ашкан.
• Булак келечектеги EMI чыпка дизайны үчүн ызы-чуу булактары жана резонанс аймактары боюнча сандык baseline түзгөн.

Изилдөө колдобогон же текшербеген жыйынтыктар

• Физикалык PSFB прототиби CISPR 25 Class 2 сыноосунан өткөнү көрсөтүлгөн эмес.
• Физикалык унаада conducted EMI өлчөөсү жүргүзүлгөн эмес.
• Виртуалдык модель натыйжалары чыныгы унаа эмиссияларынын түздөн-түз өлчөнгөн маанилери эмес.
• Изилдөөдө акыркы кириш EMI чыпкасы долбоорлонуп, ырасталган эмес.
• Активдүү common-mode cancellation физикалык түрдө ишке ашырылган эмес.
• LLC, DAB же башка изоляцияланган топологиялар менен түз эксперименттик салыштыруу жүргүзүлгөн эмес.
• GaN жана Si коммутация элементтери бир эле жабдыкта салыштырылган эмес.
• Төрт катмарлуу–эки катмарлуу PCB ырастоосу физикалык VNA плата өлчөөсү эмес; эки сандык моделдин S-параметр салыштыруусу.
• Моделди бардык унаа кабель узундуктарына жана бардык EV архитектураларына бирдей тактык менен жалпылоого болору көрсөтүлгөн эмес.
• Жогорку натыйжалуулук автоматтык түрдө EMC шайкештигин камсыз кылаары көрсөтүлгөн эмес; изилдөө, тескерисинче, бул эки көрсөткүч чөйрөсү өз-өзүнчө бааланышы керек экенин көрсөтөт.

Изилдөөнүн Ыкмасы жана Жыйынтыктары

Виртуалдык EMC моделдөө чынжыры

Электромагниттик чечим жана биргелешкен симуляция жөндөөлөрү

Системага интеграциялоо жана clamping натыйжалуулукка тийгизген таасир

Натыйжалуулук көрсөткүчтөрү clamping диоддору толук DC powertrain абалында EMI transientтерине гана эмес, жалпы кубат өзгөртүү көрсөткүчүнө да таасир этерин көрсөтөт. Ошол эле учурда изилдөөнүн негизги EMC жыйынтыгы өзгөргөн эмес: %97ден жогорку натыйжалуулук CISPR 25 шайкештигин камсыздаган жок.

Clamping диоддорунун conducted EMIге сандык таасири

CM тарабындагы 3,658 MHz натыйжасы clamping диоддору белгилүү резонанс аймактарында өтө күчтүү басаңдатууну камсыз кыла аларын көрсөтөт. Бирок EMI спектри бир гана жыштыктан турбагандыктан, бир нече чокуну азайтуу CISPR 25тин толук диапазонун шайкеш абалга келтирүүгө жетиштүү болгон эмес.

Сүрөт 22 жана Сүрөт 24түн негизги билдирүүсү

Сүрөт 22 standalone PSFB менен толук DC powertrainдин CM жана DM спектрлерин салыштырат. Толук powertrain спектринин айрыкча төмөн жана орто жыштыктарда көтөрүлүшү harnessтер жөн гана пассивдүү туташтыргыч элементтер эмес экенин ачык көрсөтөт.

Сүрөт 24 ошол эле толук powertrainди clamping диоддору өчүк жана күйүк абалда салыштырат. Күйүк абал көптөгөн резонанс чокуларын төмөндөтсө да, спектрдин чоң бөлүгү Class 2 чек сызыгынан жогору бойдон калат. Бул эки сүрөт бирге каралганда изилдөөнүн негизги дизайн билдирүүсү чыгат: EMI көйгөйүн чечүү switching-node clamp менен гана чектелбейт; кубат тармагын жана кабелдик таралуу жолдорун бутага алган кошумча чыпкалоо талап кылынат.

Моделдин ырастоо деңгээли

Негизги методологиялык чектөөлөр

• Изилдөөнүн акыркы EMI натыйжалары симуляцияга негизделген.
• Физикалык PSFB платасында CISPR 25 conducted-emission өлчөө корреляциясы билдирилген эмес.
• PCBнин эки катмарлуу EM жөнөкөйлөштүрүлүшү сандык S-параметр салыштыруусу менен ырасталган; физикалык плата өлчөөсү менен эмес.
• Башкаруу катмары CST 3D моделине түздөн-түз киргизилген эмес, ADS ичинде тышкы circuit block катары туташтырылган.
• Power harness таасирлери белгилүү узундукка, кабель түрүнө, экранга жана ground-plane геометриясына көз каранды.
• Изилдөөнүн акыркы дизайнында кириш EMI чыпкасы жок.
• Clamping диоддору толук спектрдеги CISPR 25 ашуусун жойбойт.
• Активдүү common-mode cancellation келечектеги иш үчүн гана сунуш.
• Ар кандай изоляцияланган DC–DC топологиялар учурдагы изилдөөдө бир test bench үстүндө салыштырылган эмес.
• Si жана GaN элементтеринин EMI айырмасы түздөн-түз изилденген эмес.
• 50 kHzде берилген harness булактуу CM/DM айырмалары CISPR 25тин 150 kHz төмөнкү чегинен тышкаркы диагностикалык симуляция чекиттери.

Булак жана Ыкма Жөнүндө Эскертүү

Толук түпнуска изилдөө аталышы: Broadband Simulation-Based EMC Modeling and EMI Assessment of a GaN-Based Phase-Shift Full-Bridge Converter for EV DC Powertrains

Авторлор: Sofiane Khelladi, Nassim Rizoug, Cristina Morel жана Abdelchafik Hadjadj.

Авторлордун ирети: 1. Sofiane Khelladi; 2. Nassim Rizoug; 3. Cristina Morel; 4. Abdelchafik Hadjadj.

Жооптуу авторлор: Sofiane Khelladi жана Cristina Morel.

Тең салым/тең биринчи авторлук: Булакта көрсөтүлгөн эмес.

Мекемелер:

1. LACoSERE Laboratory, University of Amar Telidji, Laghouat 03000, Algeria.
2. ESTACA’Lab-Laval, École Supérieure des Techniques Aéronautiques et de Construction Automobile (ESTACA), F-53000 Laval, France.

Журнал: Actuators.

Басма: MDPI, Basel, Switzerland.

Библиографиялык маалымат: Actuators 2026, 15(6), 340.

DOI:10.3390/act15060340

Расмий жарыя шилтемеси:MDPI – Actuators 15(6), 340

Жарыяланган күнү: 13-июнь 2026. Изилдөө 27-апрель 2026да алынган, 8-июнь 2026да кайра каралып, 9-июнь 2026да кабыл алынган.

Булактын түрү жана рецензиялоо абалы: Actuators журналында кабыл алынып жарыяланган рецензияланган изилдөө макаласы. Илимий ыкма толук толкундуу электромагниттик моделдөөгө, чынжырдын биргелешкен симуляциясына жана виртуалдык CISPR 25 conducted-EMI баалоосуна негизделет.

Лицензия: Creative Commons Attribution (CC BY).

Академиялык редактор: Dong Jiang.

Каржылоо: Авторлор изилдөө тышкы каржылоо албаганын билдиришкен.

Этика комитети: Колдонулбайт.

Маалымдалган макулдук: Колдонулбайт.

Маалыматтардын жеткиликтүүлүгү: Изилдөөдө берилген маалыматтарды жооптуу авторлордон суроо-талап боюнча алууга болору көрсөтүлгөн.

Кызыкчылыктардын кагылышы: Авторлор кызыкчылыктардын кагылышы жок экенин билдиришкен.

Авторлордун салымы: Концептуалдаштыруу, методология жана ырастоо Nassim Rizoug; программалык камсыздоо, изилдөө, анализ жана биринчи долбоор Sofiane Khelladi; карап чыгуу жана редакциялоо Cristina Morel; кеңеш берүү Abdelchafik Hadjadj тарабынан аткарылган.

Илимий камтуу: Изилдөө 400 V кириштен 48 V чыгыш берген 1 kW GaN негизиндеги PSFB өзгөрткүчүнүн PCB, кубат harnessтери, HV батарея, LISN, жүк жана компонент паразиттерин камтыган кең тилкелүү EMC виртуалдык моделин иштеп чыгат. Натыйжалар 150 kHz–108 MHz CISPR 25 conducted-emission баалоосуна багытталган.

Симуляция чеги: Изилдөөнүн натыйжалуулук жана EMI натыйжалары виртуалдык прототиптен алынган. Физикалык унаа, физикалык PSFB EMC прототиби же аккредитацияланган CISPR 25 лабораториялык өлчөөсү менен толук система корреляциясы билдирилген эмес.

PCB жөнөкөйлөштүрүү чеги: Төрт катмарлуу плата CST порт аныктамасы жана mesh талаптары себептүү эки катмарлуу электромагниттик кубат модели менен жөнөкөйлөштүрүлгөн. Тандалган төрт маанилүү кубат жолунда 108 MHz айырмалары 0,02–1,11 dB аралыгында болгон. Бул салыштыруу сандык модель–сандык модель ырастоосу.

Кабель таасиринин чеги: DC-link жана load harness натыйжалары изилдөөдөгү 0,2 m жана 1 m shielded cable геометрияларына көз каранды. Башка кабель узундугу, экран, шассиге чейинки аралык же routing ошол эле CM/DM импеданстарын берүүгө милдеттүү эмес.

50 kHz эскертүүсү: Изилдөөдө кабель таасирин мисалдоо үчүн 50 kHzде DM үчүн 38,15 dBµV жана CM үчүн 45,22 dBµV айырма берилген. CISPR 25 баалоо диапазону 150 kHzде башталгандыктан, бул мисалдар стандарттын compliance диапазонунан тышкаркы кең тилкелүү диагностикалык маанилер.

Clamping диоду жана натыйжалуулук эскертүүсү: Толук DC powertrain үчүн Сүрөт 20да clamping диоддору өчүк учурда натыйжалуулук %96,62, Таблица 3тө clamping диоддору күйүк учурда натыйжалуулук %97,03. Бул эки сан ар башка иштөө шарттарын билдирет жана булак ичиндеги карама-каршылык катары бааланбашы керек.

EMC жыйынтык чеги: Clamping диоддору айрым CM/DM ызы-чуу компоненттерин 20,91 dBµVге чейин азайтса да, чыпкасыз толук DC powertrain модели CISPR 25 Class 2 чектерине жооп бербейт.

Келечектеги иш: Авторлор учурдагы EMI натыйжаларын атайын кириш чыпка дизайны үчүн baseline катары колдонууну; impedance balancing, transformer parasitic capacitance compensation жана активдүү common-mode EMI cancellation ыкмаларын изилдөөнү; ошондой эле LLC жана DAB сыяктуу ар кандай изоляцияланган топологиялар менен Si–GaN салыштырууларын кароону сунушташат.

Бул Verianla мазмунундагы электромагниттик модель, паразиттик параметрлер, натыйжалуулук маанилери, резонанс түшүндүрмөлөрү, EMI азайуулары жана CISPR 25 натыйжасы каралып жаткан изилдөөгө гана негизделет. Тышкы булак библиографиялык жарыянын ким экенин ырастоо үчүн гана колдонулган; сырттан жаңы эксперименттик EMI натыйжасы, унаа көрсөткүчү же EMC тууралуу доомат кошулган эмес.