Utafiti unachunguza upatanifu wa sumakuumeme wa kigeuzi cha 1 kW cha phase-shift full-bridge (PSFB) DC–DC kinachotumia gallium nitride (GaN), kilichoundwa kwa mifumo ya usambazaji wa nguvu ya DC yenye volteji ya juu katika magari ya umeme, kwa kutumia uundaji wa prototaipu pepe wa masafa mapana. Muundo kamili wa mawimbi wa sumakuumeme wa vipimo vitatu ndani ya CST Studio Suite uliunganishwa na uigaji wa mzunguko wa PathWave ADS; parasiti za PCB, vipengele vya nguvu vya GaN, transfoma, kondensa ya DC-link, betri ya volteji ya juu, LISN na nyaya za nguvu zenye kinga ziliingizwa katika mnyororo mmoja wa pamoja wa uigaji. Kigeuzi kilifikia ufanisi wa %97,26 katika hali ya standalone kwa mzigo kamili na %97,03 ndani ya mfumo kamili wa DC powertrain wakati clamping diode zikiwa hai. Hata hivyo, uzalishaji unaoenezwa kwa njia ya upitishaji wa common-mode na differential-mode katika bendi ya tathmini ya CISPR 25 ya 150 kHz–108 MHz ulizidi mipaka ya Class 2. Matokeo yanategemea muundo pepe wa EMC; uthibitishaji wa CISPR 25 kwa gari halisi au maabara haukufanywa.

Ujumbe mkuu wa kihandisi wa utafiti ni kwamba ufanisi wa juu pekee haumaanishi upatanifu wa sumakuumeme. Wakati mabadiliko ya haraka ya swichi za GaN yanaunga mkono utendaji wenye faida wa kigeuzi kwa upande wa msongamano wa nguvu na ufanisi, inductance iliyosambazwa na capacitance ya uvujaji katika PCB, transfoma na hasa nyaya za nguvu za gari huamua njia za kuenea kwa kelele ya masafa ya juu. Kwa sababu hiyo, watafiti hawakujumuisha tu skimu ya kigeuzi katika muundo wa EMC, bali waliingiza pia mtandao mzima wa nguvu ya DC ambako kigeuzi kimeunganishwa.

Kuongezwa kwa vifurushi vya nyaya kwenye mfumo kulibadilisha tabia ya kigeuzi kwa kiwango kinachoweza kupimika. Wakati clamping diode zilikuwa zimezimwa, ufanisi wa kigeuzi cha standalone ulikuwa %97,26, lakini ulipungua hadi %96,62 katika uigaji wa DC powertrain kamili; ripple ya volteji ya kutoka iliongezeka kutoka 403 mVpp hadi 480 mVpp, na ripple ya mkondo wa kutoka kutoka 175 mApp hadi 209 mApp. Watafiti wanaonyesha kwamba resistance, inductance iliyosambazwa na capacitance ya uvujaji ya nyaya za nguvu huathiri ubadilishaji wa nguvu pamoja na uenezaji wa EMI.

Uanzishaji wa clamping diode ulidhibiti kwa nguvu mitikisiko ya switching. Overshoot katika volteji ya secondary ya transfoma ilipunguzwa kwa 136,1 V na undershoot kwa 24,61 V; kupungua kwa 12,35 dBV kulipatikana katika 6,7 MHz na kwa 19,44 dBV katika 102,4 MHz katika vipengele vya spektra. Kwa upande wa EMI inayopitishwa, kupungua kwa 12,69 dBµV kuliripotiwa katika kilele kikuu cha kelele ya differential-mode karibu 70,45 MHz, na kupungua kwa hadi 20,91 dBµV katika kelele ya common-mode katika 3,658 MHz. Licha ya hayo, utiifu wa CISPR 25 Class 2 haukupatikana.

Utafiti pia unaonyesha kwamba EMI haitokani na chanzo kimoja. Kelele ya differential-mode katika masafa ya chini huamuliwa kwa kiasi kikubwa na impedance ya kondensa ya DC-link, huku katika masafa ya juu inductance za nyaya na PCB zikianza kuwa muhimu. Kelele ya common-mode huenea kupitia capacitance parasiti kutoka kwenye switching nodes za GaN kuelekea ardhini na kupitia capacitance kati ya windings za transfoma. Muundo unaunganisha vilele dhahiri vya EMI vinavyoonekana katika maeneo ya 7 MHz na takriban 75 MHz na resonance hizi parasiti za LC.

Tathmini kwa mtazamo wa Uturuki: Utafiti huu ni wa thamani hasa katika hatua za awali za usanifu kwa timu nchini Uturuki zinazofanya kazi katika elektroniki za nguvu za magari ya umeme, vigeuzi vya DC–DC vinavyotengenezwa ndani ya nchi, mifumo ya ndani ya gari ya volteji ya juu na usanifu wa EMC wa magari. Kuchunguza katika mazingira pepe athari za urefu wa nyaya za nguvu, parasiti za transfoma, vipengele vya DC-link na switching nodes kwa EMI kabla PCB haijatengenezwa kimwili kunatoa mbinu ya kihandisi inayoweza kupunguza mizunguko ghali ya usanifu upya. Hata hivyo, thamani za namba za utafiti huu ni mahususi kwa jiometri fulani ya PSFB, vipengele vya GaN, sehemu ya uendeshaji ya 400 V/48 V, mpangilio wa nyaya uliowekwa kwenye muundo na kifaa pepe cha majaribio ya CISPR 25; viwango hivyo vya uzalishaji haviwezi kuhamishwa moja kwa moja kwa majukwaa tofauti ya magari.

Tatizo kuu la utafiti ni nini?

Katika magari ya umeme, vigeuzi vilivyotengwa vya DC–DC hutumika kuhamisha nishati kutoka betri ya volteji ya juu kwenda kwenye mifumo saidizi yenye volteji ya chini kama 12 V, 24 V au 48 V. Katika utafiti huu, lengo ni kigeuzi cha 1 kW cha PSFB kinachotoa 48 V DC kutoka kwenye ingizo la 400 V DC.

Katika elektroniki za nguvu, ufanisi wa ubadilishaji wa nishati pekee hautoshi. Mabadiliko ya haraka ya volteji na mkondo katika vipengele vya switching yanaweza kuzalisha mwingiliano wa sumakuumeme unaoenea kupitia nyaya, njia za PCB, kondensa, transfoma na chassis. Kwa hiyo, swali kuu la utafiti ni hili: Tabia ya EMI ya kigeuzi chenye ufanisi mkubwa cha PSFB kinachotumia GaN inaweza kuundwa kwa maelezo kiasi gani kwa njia pepe, si kwa kutumia muundo wa mzunguko pekee bali pamoja na parasiti za mnyororo mzima wa usambazaji wa nguvu ya DC?

Ni mfumo gani wa usambazaji wa nguvu uliowekwa kwenye muundo?

Mfumo pepe katika utafiti una sehemu kuu tano:

• muundo wa betri ya Li-ion ya volteji ya juu ya 400 V,
• LISN ya volteji ya juu ya CISPR 25,
• kifurushi cha nyaya chenye kinga cha ingizo/DC-link cha 0,2 m,
• kigeuzi cha 1 kW cha PSFB DC–DC kinachotumia GaN,
• kifurushi cha nyaya cha kutoka/mzigo cha 1 m na mzigo tuli.

Mpangilio huu haujumuishi tu skimu ya umeme ya bodi ya kigeuzi, bali pia nafasi za nyaya katika anga, ground reference plane na coupling ya capacitance kati ya nyaya na chassis.

Sifa kuu za kigeuzi cha PSFB ni zipi?

Kigeuzi kina phase-shift full-bridge yenye swichi nne upande wa primary, transfoma ya masafa ya juu, rectifier ya secondary, inductance ya kutoka na kondensa ya kichujio. Clamping diode mbili upande wa primary zilitumika kudhibiti nishati iliyohifadhiwa ndani ya commutating inductor wakati wa switching.

Kwa nini GaN ilitumika?

Katika usanifu wa utafiti, vipengele vya nguvu vya GaN vinatumika kama semiconductor zenye bandgap pana ambazo zinaweza kutoa utendaji wa juu wa switching na ufanisi mkubwa wa ubadilishaji wa nguvu. Hata hivyo, jambo muhimu kwa utafiti huu ni kwamba switching ya haraka haifanyi parasiti za masafa ya juu kuwa zisizo muhimu katika muundo wa EMC; kinyume chake, inahitaji parasiti za PCB na nyaya kuwakilishwa kwa usahihi.

Kwa hiyo, vipengele hai vilipowezekana viliwakilishwa kwa modeli za SPICE za watengenezaji, huku vipengele pasivu vikawakilishwa kwa modeli zilizopimwa za Touchstone au modeli zinazojumuisha ESR, ESL, saturation na capacitance ya uvujaji ya kiparasiti. Muundo uliokuwa na vipengele bora vya L na C pekee haukutumika.

Kifaa pepe cha majaribio ya CISPR 25 kiliundwaje?

Utafiti uliunda virtual EMC test rig inayowakilisha bendi ya tathmini ya 150 kHz–108 MHz ya CISPR 25 conducted-emission. LISN iliwekwa kati ya betri ya volteji ya juu na kigeuzi, na nyaya za kigeuzi na mzigo ziliundwa kwenye ground reference plane kwa kufuata jiometri ya kawaida.

Sehemu za sumakuumeme za nyaya na PCB ziliundwa ndani ya CST Studio Suite, huku udhibiti wa kigeuzi na vipengele vya elektroniki vikiundwa ndani ya PathWave ADS. Mazingira hayo mawili yaliunganishwa kupitia S-parameta, transient za switching zikahesabiwa katika kikoa cha muda, volteji na mikondo kwenye ports za LISN zikabadilishwa kwenda kikoa cha masafa kwa FFT na kisha zikalinganishwa na mipaka ya CISPR 25 Class 2.

Kwa nini vifurushi vya nyaya vilichambuliwa kimoja kimoja?

Kwa sababu kebo si kondakta bora. Kadiri urefu wake unavyoongezeka, inductance ya mfululizo, capacitance ya uvujaji kwenda ardhini, capacitance kati ya nyaya na resonance zinazotegemea masafa huongezeka.

Shielded DC-link harness upande wa ingizo ina urefu wa takriban 0,2 m, huku load harness upande wa kutoka ikiwa na urefu wa 1 m. Watafiti walitoa kwa tofauti impedance za open-circuit/short-circuit za common-mode na differential-mode kwa vifurushi vyote viwili vya nyaya.

Kuwa kubwa kwa kiwango dhahiri kwa parasiti za capacitance na inductance katika kebo ya mzigo yenye urefu wa mita moja kunaonyesha kwamba mfumo wa nyaya za nguvu hauwezi kuchukuliwa kuwa huru na bodi ya kigeuzi katika uchambuzi wa EMI.

Kwa nini nyaya huongeza kelele ya common-mode?

Mkondo wa common-mode ni kijenzi cha masafa ya juu kinachoweza kutiririka katika mwelekeo mmoja kupitia kondakta zote mbili za nguvu na kurudi kupitia chassis au reference plane. Kadiri capacitance ya uvujaji iliyosambazwa ya kebo dhidi ya chassis inavyoongezeka, njia ya masafa ya juu yenye impedance ndogo zaidi kuelekea ardhini huundwa.

Katika utafiti, nyaya zinapoongezwa kwenye powertrain kamili, impedance ya chanzo cha CM karibu 1 kHz–1 MHz hupungua ikilinganishwa na kigeuzi cha standalone. Watafiti wanahusisha hili na kuimarika kwa coupling ya capacitance kwenda ardhini na kuongezeka kwa mkondo wa kelele ya common-mode.

Kelele ya differential-mode huamuliwa na vipengele gani?

Katika standalone PSFB, impedance ya chanzo cha differential-mode katika masafa ya chini huamuliwa kwa kiasi kikubwa na muundo wa kiparasiti wa kondensa ya DC-link.

Kwa kuwa kondensa mbili za DC-link za 560 µF zimeunganishwa sambamba:

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

imetathminiwa kwa namna hiyo.

Chanzo kinatenganisha maeneo matatu ya masafa:

• chini ya 10 kHz: tabia ya capacitance,
• 10 kHz–1 MHz: plateau ya resistance inayotawaliwa na ESR sawa ya takriban 31,5 mΩ,
• juu ya 1 MHz: eneo la inductance linaloamuliwa na ESL sawa ya takriban 4,9 nH na inductance za miunganisho.

Njia kuu ya kiparasiti ya kelele ya common-mode ni ipi?

Mabadiliko ya volteji katika switching nodes za upande wa primary za GaN FET zenye dv/dt kubwa huzalisha mkondo kwenda ardhini kupitia capacitance parasiti.

Capacitance kuu katika muundo wa chanzo ni:

• \(C_{pri}=252,8\) pF upande wa primary,
• \(C_T=60,42\) pF ya kati ya windings za transfoma

kama ilivyotolewa.

Jumla yake:

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

hutumika kwa namna hiyo.

Ni parasiti zipi za transfoma zilizo muhimu?

Hasa \(L_{pri,lk}\) na \(C_T\) hutumika kueleza resonance za eneo la megahertz katika spektra ya common-mode.

Kilele cha common-mode karibu 7 MHz kinatoka wapi?

Watafiti waliona kilele cha kwanza dhahiri cha uzalishaji wa CM wa standalone PSFB karibu 7 MHz. Resonance ya kinadharia ya LC:

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

inapotathminiwa kwa:

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

hutoa matokeo hayo.

Chanzo kinahusisha tofauti kati ya thamani ya kinadharia ya 5,9 MHz na kilele cha uigaji cha takriban 7 MHz na mabadiliko ya resonance yanayosababishwa na PCB na vipengele vingine parasiti katika mfumo.

Chanzo cha kilele kikuu cha EMI katika eneo la 75 MHz ni nini?

Katika utafiti, mojawapo ya vilele vya juu zaidi vya uzalishaji wa differential-mode wakati clamping diode zimezimwa ilibainishwa karibu 75,21 MHz. Watafiti wanahusisha kilele hiki na resonance kati ya \(C_T=60,42\) pF, ambayo ni capacitance kati ya windings za transfoma, na takriban \(L_{loop,DM}=74,2\) nH ya inductance mabaki ya loop ya masafa ya juu.

Kwa common-mode pia, kilele dhahiri katika karibu eneo hilo hilo la masafa ya juu kinahusishwa na resonance kati ya \(C_{CM,eq}=313,22\) pF na takriban \(L_{loop,CM}=14,3\) nH ya inductance mabaki inayotokana na PCB na harness.

Kwa nini PCB ilipunguzwa kutoka tabaka nne hadi tabaka mbili?

Bodi ya awali ya nguvu iliundwa ikiwa na tabaka nne. Hata hivyo, wakati muundo wa tabaka nyingi ulipohamishwa kwenda CST, ufafanuzi wa lumped port kwenye power/ground planes za ndani na gharama ya mesh vilisababisha matatizo.

Watafiti waliondoa tabaka la udhibiti kwenye muundo wa sumakuumeme, wakaliacha katika ADS kama circuit block ya nje, na kubadilisha bodi ya nguvu kuwa jiometri ya tabaka mbili. Vipimo vya bodi, routing kuu na uwekaji wa vipengele vilihifadhiwa; jiometri za traces zilirahisishwa ili kurahisisha hesabu ya sumakuumeme.

Katika muundo wa tabaka mbili:

• unene wa shaba ulikuwa 5,8 mil,
• unene wa FR4 substrate ulikuwa 28 mil,
• idadi ya ports kutoka 87 hadi 77

ilipunguzwa.

Urahisishaji wa tabaka mbili ulitoa matokeo yaliyo karibu kiasi gani?

S-parameta katika miunganisho minne muhimu ya nguvu zililinganishwa katika 108 MHz.

Tofauti katika njia zote zilizochaguliwa ilibaki chini ya 1,2 dB. Matokeo haya ni uthibitishaji wa ndani ya muundo wa namba kwamba muundo uliorahisishwa ulihifadhi kwa kiwango kikubwa tabia kuu ya masafa ya juu iliyolengwa na watafiti.

Suluhisho la sumakuumeme la CST lilifanywaje?

Suluhisho la EM la vipimo vitatu lilifanywa kwa frequency-domain Finite Element Method (FEM). Ili kutoa nafasi ya kutosha ya namba nje ya bendi ya tathmini ya CISPR 25, interpolating sweep ilipanuliwa kutoka DC hadi 600 MHz, na mesh solution frequency ikachaguliwa kuwa 1 GHz.

Kizingiti cha usahihi cha linear solver:

\[ 10^{-6} \]

kilikazwa; stabilization ya masafa ya chini ikawezeshwa. Wakati wa Adaptive mesh refinement, kwa mabadiliko ya juu zaidi ya S-parameta kati ya mesh passes zinazofuatana:

\[ \Delta S=0,04 \]

ilitumika kama kizingiti na suluhisho la mwisho likafikia convergence chini ya mpaka huo.

Muundo wa ports 77 ulitumika kwa nini?

Muundo wa sumakuumeme uliopatikana kutoka suluhisho la CST ulisafirishwa kama muundo wa Touchstone wa S-parameta wa ports nyingi wenye 77 lumped port. Ndani ya ADS, GaN FET, diode, transfoma, rectifier ya kutoka, betri, LISN, mzigo na controller ziliunganishwa kwenye ports hizi.

Kwa njia hii, tabia ya masafa ya juu ya jiometri ya sumakuumeme na muundo halisi wa switching wa mzunguko ziliweza kuendeshwa ndani ya transient co-simulation moja.

Utendaji wa ubadilishaji wa nguvu wa standalone PSFB ulikuwaje?

Katika hali ya standalone ambako clamping diode zilikuwa zimezimwa na power harness hazijaongezwa kwenye mfumo, chanzo kinatoa matokeo yafuatayo:

Ubadilishaji wa nguvu ulibadilikaje baada ya kuongeza nyaya?

Clamping diode zikiendelea kubaki zimezimwa na betri ya volteji ya juu pamoja na power harness zikiongezwa, kwa DC powertrain kamili:

Ongezeko la ripple ya volteji ni 77 mVpp, na ongezeko la ripple ya mkondo ni 34 mApp. Chanzo kinahusisha mabadiliko haya na parasiti za umeme na hasara za nyaya za nguvu.

Udhibiti wa closed-loop ulifidiaje kushuka kwa volteji kwenye nyaya?

Controller ya PSFB hurekebisha switching duty cycle kujibu mabadiliko ya volteji ya kutoka na kwa kuongeza muda ambao swichi hubaki wazi, hufidia kwa sehemu kushuka kwa volteji kunakosababishwa na harness.

Tabia hii inaonekana hasa katika waveform ya volteji ya secondary ya transfoma \(V_{sec}\). Katika utafiti, hata baada ya kuhamia kwenye powertrain kamili na waveform kubadilika, kigeuzi kinaendelea kuweka volteji ya kutoka karibu na lengo la 48 V.

Nyaya zilibadilisha spektra ya EMI kwa kiasi gani?

Wakati spektra za EMI za kigeuzi cha standalone na DC powertrain kamili zilipolinganishwa, athari kubwa ya vifurushi vya nyaya ilionekana hasa katika masafa ya chini.

Chanzo kinatoa katika spektra ya uigaji wa masafa mapana katika 50 kHz:

• tofauti ya kelele ya DM ya 38,15 dBµV,
• tofauti ya kelele ya CM ya 45,22 dBµV

.

Mpaka muhimu: 50 kHz iko chini ya mpaka wa chini wa 150 kHz unaotumika katika utafiti kwa utiifu wa CISPR 25. Thamani hizi si matokeo ya compliance ya kiwango hicho, bali ni mifano ya uchunguzi wa masafa mapana ya athari za nyaya.

Clamping diode zilibadilishaje transient ya switching?

Clamping diode zilipowashwa, overshoot na undershoot za switching kwenye secondary ya transfoma zilipunguzwa kwa kiasi kikubwa.

Clamping diode zilipunguza conducted EMI kwa kiasi gani?

Diode zilipowashwa, upungufu pia ulionekana katika spektra za differential-mode na common-mode EMI.

Kati ya thamani hizi, upungufu mkubwa zaidi wa EMI ulioripotiwa kutokana na clamping ni 20,91 dBµV katika spektra ya common-mode ya 3,658 MHz.

Ufanisi ulikuwaje wakati clamping diode ziliwashwa?

Kulingana na Jedwali 3 la chanzo linalofupisha hali ya mzigo kamili na clamp-diode-on:

Matokeo haya yanaonyesha kwamba kupunguza transient na viwango vya vilele vya EMI kwa clamping diode hakutoshi peke yake kutoa utiifu wa EMC.

Matokeo ya CISPR 25 Class 2 ni yapi?

Usanifu pepe uliochunguzwa haukidhi mipaka ya CISPR 25 Class 2 conducted-emission. Hitimisho la utafiti ni kwamba kwa kigeuzi cha standalone na DC powertrain kamili, uzalishaji wa common-mode na differential-mode uliendelea kuwa juu ya mipaka katika bendi ya tathmini.

Muhtasari wa makala unasema kwamba ziada ya uzalishaji ilifikia hadi 72 dBµV katika baadhi ya maeneo. Watafiti wanachukulia usanifu uliopo usio na kichujio si kama bidhaa ya mwisho inayotii kiwango, bali kama baseline ya kubuni kichujio cha ingizo cha EMI na mbinu hai za kukandamiza CM katika siku zijazo.

Kwa nini utafiti huu haukubuni kichujio?

Lengo la utafiti ni kujenga kwanza muundo pepe unaoaminika unaotambua vyanzo sahihi vya kelele na njia za uenezaji kabla ya kujaribu kufanya PSFB iliyopo itii CISPR 25 moja kwa moja.

Katika sehemu ya hitimisho, imeelezwa kwamba viwango vya sasa vya undamped EMI vitakuwa sehemu ya kuanzia kwa usanifu maalum wa kichujio cha EMI katika siku zijazo; mbinu za active common-mode cancellation kama impedance balancing na fidia ya capacitance parasiti ya transfoma pia zimetajwa miongoni mwa kazi zijazo.

Matokeo yanayoungwa mkono na utafiti

• Kigeuzi cha 1 kW cha PSFB kinachotumia GaN kilitoa ufanisi wa zaidi ya %97 kwa mzigo kamili chini ya muundo pepe wa nguvu wa utafiti.
• Kuingiza parasiti za PCB, nyaya na vipengele katika co-simulation moja ya EMC kulifanya resonance za CM na DM kuonekana.
• Vifurushi vya nyaya vilibadilisha kwa kiasi kikubwa impedance ya chanzo cha EMI na viwango vya conducted-emission vinavyoonekana kwenye LISN.
• Capacitance na inductance parasiti za kebo ndefu ya mzigo ni kubwa kwa kiwango dhahiri kuliko zile za kebo fupi ya DC-link.
• Muundo wa PCB wa tabaka mbili uliorahisishwa ulikaribia muundo wa namba wa tabaka nne katika njia muhimu za nguvu zilizochaguliwa kwa tofauti ndogo kuliko 1,2 dB katika 108 MHz.
• Clamping diode zilipunguza overshoot/undershoot kwenye secondary ya transfoma na viwango mbalimbali vya vilele vya EMI.
• Ufanisi wa powertrain kamili uliripotiwa kuwa %97,03 wakati clamping diode zikiwa hai.
• Licha ya clamping diode, CM na DM conducted emissions zote mbili zilizidi mipaka ya CISPR 25 Class 2.
• Chanzo kiliunda baseline ya namba kuhusu vyanzo vya kelele na maeneo ya resonance kwa ajili ya usanifu wa baadaye wa kichujio cha EMI.

Matokeo ambayo utafiti hauungi mkono au haukuyajaribu

• Haijaonyeshwa kwamba prototaipu halisi ya PSFB ilifaulu jaribio la CISPR 25 Class 2.
• Hakuna kipimo cha conducted EMI kilichofanywa kwenye gari halisi.
• Matokeo ya muundo pepe si thamani zilizopimwa moja kwa moja za uzalishaji wa gari halisi.
• Kichujio cha mwisho cha ingizo cha EMI hakikubuniwa na kuthibitishwa katika utafiti.
• Active common-mode cancellation haikutekelezwa kimwili.
• Hakuna ulinganisho wa moja kwa moja wa majaribio uliofanywa na LLC, DAB au topolojia nyingine zilizotengwa.
• Vipengele vya switching vya GaN na Si havikulinganishwa kwenye hardware ile ile.
• Uthibitishaji wa PCB ya tabaka nne–tabaka mbili si kipimo cha bodi halisi kwa VNA; ni ulinganisho wa S-parameta kati ya modeli mbili za namba.
• Haijaonyeshwa kwamba muundo unaweza kujumlishwa kwa usahihi ule ule kwa urefu wote wa nyaya za magari na usanifu wote wa EV.
• Haijaonyeshwa kwamba ufanisi wa juu hutoa utiifu wa EMC moja kwa moja; kinyume chake, utafiti unaonyesha kwamba maeneo haya mawili ya utendaji yanapaswa kutathminiwa kando.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Mnyororo wa uundaji wa muundo pepe wa EMC

Mipangilio ya suluhisho la sumakuumeme na co-simulation

Athari za ujumuishaji wa mfumo na clamping kwa ufanisi

Matokeo ya ufanisi yanaonyesha kwamba clamping diode katika hali ya DC powertrain kamili huathiri si transient za EMI pekee bali pia utendaji wa jumla wa ubadilishaji wa nguvu. Hata hivyo, matokeo makuu ya EMC ya utafiti hayakubadilika: ufanisi wa zaidi ya %97 haukutoa utiifu wa CISPR 25.

Athari ya namba ya clamping diode kwa conducted EMI

Matokeo ya 3,658 MHz upande wa CM yanaonyesha kwamba clamping diode zinaweza kutoa udhibiti wenye nguvu sana katika maeneo fulani ya resonance. Hata hivyo, kwa sababu spektra ya EMI haijumuishi masafa moja pekee, kupunguza vilele vichache hakukutosha kufanya bendi nzima ya CISPR 25 itii kiwango.

Ujumbe mkuu wa Kielelezo 22 na Kielelezo 24

Kielelezo 22 kinalinganisha spektra za CM na DM za standalone PSFB na DC powertrain kamili. Kuongezeka kwa spektra ya powertrain kamili, hasa katika masafa ya chini na ya kati, kunaonyesha wazi kwamba harness si vipengele pasivu vya kuunganisha tu.

Kielelezo 24 kinalinganisha DC powertrain hiyo hiyo kamili katika hali ya clamping diode kuzimwa na kuwashwa. Ingawa hali ya kuwashwa hushusha vilele vingi vya resonance, sehemu kubwa ya spektra inabaki juu ya mstari wa kikomo wa Class 2. Vielelezo hivi viwili vinapoangaliwa pamoja, ujumbe mkuu wa usanifu wa utafiti unaonekana: Suluhisho la tatizo la EMI haliishii kwenye switching-node clamp pekee; uchujaji wa ziada unaolenga mtandao wa nguvu na njia za uenezaji kupitia nyaya unahitajika.

Kiwango cha uthibitishaji wa muundo

Vikwazo vikuu vya kimetodolojia

• Matokeo ya mwisho ya EMI ya utafiti yanategemea uigaji.
• Hakuna correlation ya kipimo cha CISPR 25 conducted-emission iliyoripotiwa kwenye bodi halisi ya PSFB.
• Urahisishaji wa EM wa PCB wa tabaka mbili ulithibitishwa kwa ulinganisho wa S-parameta wa namba, si kwa kipimo cha bodi halisi.
• Tabaka la udhibiti halikuingizwa moja kwa moja katika muundo wa CST 3D, bali liliunganishwa katika ADS kama circuit block ya nje.
• Athari za power harness zinategemea urefu maalum, aina ya kebo, kinga na jiometri ya ground-plane.
• Hakuna kichujio cha ingizo cha EMI katika usanifu wa mwisho wa utafiti.
• Clamping diode haziondoi kuzidi kwa CISPR 25 katika spektra nzima.
• Active common-mode cancellation ni pendekezo la kazi ya baadaye pekee.
• Topolojia tofauti za DC–DC zilizotengwa hazikulinganishwa kwenye test bench ile ile katika utafiti huu.
• Tofauti ya EMI kati ya vipengele vya Si na GaN haikuchunguzwa moja kwa moja.
• Tofauti za CM/DM zinazosababishwa na harness zilizotolewa katika 50 kHz ni pointi za uchunguzi wa uigaji zilizo nje ya mpaka wa chini wa 150 kHz wa CISPR 25.

Maelezo ya Chanzo na Mbinu

Jina kamili la asili la utafiti: Broadband Simulation-Based EMC Modeling and EMI Assessment of a GaN-Based Phase-Shift Full-Bridge Converter for EV DC Powertrains

Waandishi: Sofiane Khelladi, Nassim Rizoug, Cristina Morel na Abdelchafik Hadjadj.

Mpangilio wa waandishi: 1. Sofiane Khelladi; 2. Nassim Rizoug; 3. Cristina Morel; 4. Abdelchafik Hadjadj.

Waandishi wanaowajibika: Sofiane Khelladi na Cristina Morel.

Mchango sawa/uandishi wa kwanza wa pamoja: Haujaelezwa katika chanzo.

Taasisi:

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.

Jarida: Actuators.

Mchapishaji: MDPI, Basel, Switzerland.

Taarifa ya bibliografia: Actuators 2026, 15(6), 340.

DOI:10.3390/act15060340

Kiungo rasmi cha chapisho:MDPI – Actuators 15(6), 340

Tarehe ya kuchapishwa: 13 Juni 2026. Utafiti ulipokelewa 27 Aprili 2026, ukafanyiwa marekebisho 8 Juni 2026 na kukubaliwa 9 Juni 2026.

Aina ya chanzo na hali ya mapitio ya kitaalamu: Ni makala ya utafiti iliyopitiwa na wataalamu, ikakubaliwa na kuchapishwa katika jarida la Actuators. Mbinu ya kisayansi inategemea uundaji kamili wa mawimbi wa sumakuumeme, co-simulation ya mzunguko na tathmini pepe ya CISPR 25 conducted-EMI.

Leseni: Creative Commons Attribution (CC BY).

Mhariri wa kitaaluma: Dong Jiang.

Ufadhili: Waandishi waliripoti kwamba utafiti haukupokea ufadhili wa nje.

Kamati ya maadili: Haitumiki.

Ridhaa iliyoarifiwa: Haitumiki.

Upatikanaji wa data: Imeelezwa kwamba data iliyowasilishwa katika utafiti inaweza kupatikana kutoka kwa waandishi wanaowajibika kwa ombi.

Mgongano wa maslahi: Waandishi wametangaza kwamba hakuna mgongano wa maslahi.

Michango ya waandishi: Uundaji wa dhana, metodolojia na uthibitishaji ulifanywa na Nassim Rizoug; programu, utafiti, uchanganuzi na rasimu ya kwanza na Sofiane Khelladi; mapitio na uhariri na Cristina Morel; ushauri na Abdelchafik Hadjadj.

Upeo wa kisayansi: Utafiti unaendeleza muundo pepe wa EMC wa masafa mapana wa kigeuzi cha 1 kW cha PSFB kinachotumia GaN, kinachotoa 48 V kutoka ingizo la 400 V na kinachojumuisha PCB, power harness, betri ya HV, LISN, mzigo na parasiti za vipengele. Matokeo yanalenga tathmini ya 150 kHz–108 MHz ya CISPR 25 conducted-emission.

Mpaka wa uigaji: Matokeo ya ufanisi na EMI ya utafiti yalipatikana kutoka prototaipu pepe. Hakuna correlation ya mfumo kamili iliyoripotiwa na gari halisi, prototaipu halisi ya PSFB EMC au kipimo cha maabara kilichoidhinishwa cha CISPR 25.

Mpaka wa urahisishaji wa PCB: Bodi ya tabaka nne ilirahisishwa kuwa muundo wa nguvu wa sumakuumeme wa tabaka mbili kutokana na mahitaji ya ufafanuzi wa ports na mesh katika CST. Katika njia nne muhimu za nguvu zilizochaguliwa, tofauti katika 108 MHz zilikuwa kati ya 0,02–1,11 dB. Ulinganisho huu ni uthibitishaji wa muundo wa namba–muundo wa namba.

Mpaka wa athari za nyaya: Matokeo ya DC-link na load harness yanategemea jiometri za 0,2 m na 1 m shielded cable zilizotumika katika utafiti. Urefu tofauti wa kebo, kinga, umbali kutoka chassis au routing si lazima utoe impedance zile zile za CM/DM.

Dokezo la 50 kHz: Utafiti unatoa katika 50 kHz tofauti ya 38,15 dBµV kwa DM na 45,22 dBµV kwa CM ili kuonyesha athari za nyaya. Kwa kuwa bendi ya tathmini ya CISPR 25 inaanza katika 150 kHz, mifano hii ni thamani za uchunguzi wa masafa mapana zilizo nje ya bendi ya compliance ya kiwango.

Dokezo la clamping diode na ufanisi: Kwa DC powertrain kamili, katika Kielelezo 20 ufanisi ukiwa clamping diode zimezimwa ni %96,62, huku katika Jedwali 3 ufanisi ukiwa clamping diode zimewashwa ni %97,03. Namba hizi mbili zinawakilisha hali tofauti za uendeshaji na hazipaswi kutathminiwa kama mkanganyiko wa ndani ya chanzo.

Mpaka wa matokeo ya EMC: Ingawa clamping diode zilipunguza baadhi ya vipengele vya kelele vya CM/DM hadi 20,91 dBµV, muundo usio na kichujio wa DC powertrain kamili haukidhi mipaka ya CISPR 25 Class 2.

Kazi ya baadaye: Waandishi wanapendekeza kutumia matokeo ya sasa ya EMI kama baseline ya kubuni kichujio maalum cha ingizo; kuchunguza mbinu za impedance balancing, transformer parasitic capacitance compensation na active common-mode EMI cancellation; na pia kuchunguza topolojia tofauti zilizotengwa kama LLC na DAB pamoja na ulinganisho wa Si–GaN.

Muundo wa sumakuumeme, parameta parasiti, thamani za ufanisi, tafsiri za resonance, upungufu wa EMI na matokeo ya CISPR 25 katika maudhui haya ya Verianla yanategemea tu utafiti uliokaguliwa. Chanzo cha nje kilitumika tu kuthibitisha utambulisho wa bibliografia wa chapisho; hakuna matokeo mapya ya majaribio ya EMI, utendaji wa gari au dai jipya la EMC lililoongezwa kutoka nje.