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点火线圈寄生参数计算及建模方法摘要：点火系统是汽车上主要的宽带骚扰源之一。为对点火系统工作过程产生的电磁骚扰进行仿真预测应用三维电磁场数值计算方法提取点火线圈的寄生参数。在此基础上建立了能够描述点火线圈高频特性的等效电路模型并对不同结构的等效电路模型特性进行了对比分析。测试结果表明数值计算方法能够准确提取出点火线圈的寄生参数在传导问题涉及的频带内建立的模型能够用于仿真预测点火系统的电磁骚扰。关键词：点火线圈；电磁兼容（EMC）；寄生参数；等效电路；仿真中图分类号：U463.6文献标文献标识码：A文献标DOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2013.01.12随着汽车电子产品日益增多汽车电磁兼容问题也越来越突出[1]。应用计算机仿真技术在汽车开发初期对潜在的电磁兼容问题进行预测并对设计方案进行修正是目前高效解决汽车电磁兼容问题的主要途径[2]。点火系统是汽车上主要的宽带骚扰源而要在产品开发初期对其产生的电磁骚扰进行预测建立能够描述点火线圈高频情况下电磁特性的仿真模型是准确预测点火系统电磁骚扰的基础。电磁兼容问题涉及频率较高用于仿真点火系统性能的模型不能满足电磁骚扰预测的要求。而随着频率的增加点火线圈内部的寄生参数对其影响越来越大。要准确预测点火系统产生的电磁骚扰必须考虑点火线圈内部寄生参数的影响。对于绕组寄生参数的计算国内外已经开展了很多研究[3-6]但这些计算方法适用于绕组匝数不多的情况。汽车点火线圈绕组匝数高达几千匝很难直接应用上述方法计算寄生参数。为此本文在对绕组模型进行适当简化后应用三维电磁场数值计算方法计算寄生参数。在此基础上采用不同电路结构建立了点火线圈的等效电路模型。通过对比阻抗特性对基于不同电路结构的点火线圈模型的特点和准确性进行了分析。结果表明文中采用的寄生参数计算方法能够准确计算出点火线圈内部的寄生参数建立的等效电路模型能够描述其高频特性。1寄生参数的计算图1为点火线圈内部结构示意图。初级线圈由于匝数较少通常仅有1个绕组。而次级线圈匝数很多通常由多个绕组串联而成。进行点火系统功能仿真时由于需要的频率较低一般考虑点火线圈绕组的电感、互感和电阻能满足精度要求。电感和电阻的计算可参考文献[3]～[6]。但进行点火系统电磁骚扰仿真时涉及频率较高绕组内部导线以及绕组之间的寄生电容阻抗降低为高频信号提供新的流通路径。所以在建立点火线圈高频特性电路模型时需考虑绕组的寄生参数。本文以重庆志阳的DQG1213型干式点火线圈为研究对象计算寄生参数并建立等效电路模型。该点火线圈的基本参数见表1。1.1绕组内寄生电容计算由图2（a）可知对于绕组内部漆包线之间的寄生电容由于绕组包含匝数很多且漆包线直径很小在现有计算能力下建立每个绕组的物理模型直接计算相邻漆包线之间的寄生电容几乎不可能所以文中对绕组进行适当近似和简化后再进行电容的计算。考虑相邻两导体之间电容较大但同一层内相邻两导体之间的电压差要远小于不同层内的相邻两导体所以文中忽略同一层内不同导体之间的电容存储的能量将每一层线圈等效为1个导体薄层如图2（b）所示。采用上述计算方法计算得到的绕组等效电容见表2。1.2绕组间寄生电容和电感上面阐述了绕组内部电容的计算方法下面介绍绕组之间寄生电容的计算。为简化计算将单个绕组等效为一个整体在每个导体上施加电压激励利用Ansoft公司的Maxwell软件计算得到绕组之间的寄生电容和寄生电感计算模型如图4所示计算结果见表3和表4。2等效电路模型由本文第1节计算得到的绕组寄生电容参考文献[3]～[8]中的方法可以得到绕组的电感、互感和电阻。绕组之间的寄生电容是分布在两个绕组之间的采用何种电路结构描述绕组之间的寄生电容也会影响建立的模型的准确性。假设绕组内部电压均匀分布可采用图4所示的两种电路结构来描述绕组之间的寄生电容。图4中的Ri、Lii和Cii分别为绕组i的电阻、自感和绕组内部的寄生电容Cij为绕组i与绕组j之间的寄生电容。考虑绕组内部电压分布的平均效应图4（a）采用绕组中部的电压差和绕组间的寄生电容来描述绕组之间高频电流从而将绕组分成均匀的两部分将绕组间的寄生电容连接在绕组中部。图4（b）则将绕组间的寄生电容平均分配到绕组两端根据绕组两端的电压差和平均分配到绕组两端的寄生电容来描述绕组之间高频电流。3阻抗测试和分析上一节通过提取点火线圈寄生参数建立了点火线圈等效电路模型为验证模型的准确性本节通过对比点火线圈绕组的阻抗特性验证文中寄生参数提取方法和建立的电路模型的准确性。此外为进一步说明点火线圈电磁干扰仿真模