PWM逆变器-感应电机驱动系统中接地电流EMI问题的分析

在IGBTPWM逆变器－感应电机驱动系统中，IGBT的高速开关动作产生很高的dv/dt|和|dt/dt|能够导致严重的电磁干扰（EMI）问题。研究表明不仅需要了解干扰的频谱。而且也必须知道它们的时域波形才能全面刻画干扰的本质。如何准确描述并分析这种问题是复杂而困难的，该文应用系统函数的方法来描述这种EI耦合通道的特征，并不需要对寄生电路进行复杂的参数提取，而且能准确预测了EMI的时域波形和频谱特性，接地电流脉冲峰值对应|dv/dt|的 峰值，导通时，|dv/dt|基本不随着负载电流的变化而变化，而关断时，负载电流越小，|dv/dt|越小，由于|dv/dt|在开通时的值要比关断时大得多，因此接地电流EMI问题主要由IGBT的开通决定。系统函数的幅度频谱呈现带通特性，尽管逆变器工作时其拓扑结构发生变化，但是对描述耦合通道的系统函数的影响很小，当三相桥臂的两个IGBT同时开通或同时关断时，接地电流加倍。     

考虑寄生振荡的IGBT分段暂态模型对电磁干扰预测的影响分析

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)开关过程的di/dt和du/dt是影响换流器电磁干扰(EMI)水平的主要因素.IGBT的寄生振荡是高频EMI的重要组成部分,振荡频点处会出现EMI峰值.该文提出一种考虑寄生振荡的IGBT分段暂态模型,分析回路寄生参数和器件非线性电容对开关特性的影响,分别计算不同阶段的电流和电压变化率.搭建二极管钳位感性负载测试平台,获取IGBT的电流和电压波形,分析对比分段模型和实际波形的频谱特性.最后,通过实验验证了模型中的振荡过程是影响电流频谱特性的关键,且采用器件电容Cgc的三段等效模型可以显著提高电压频谱预测的准确度.该文提出的模型提高了IGBT干扰源频谱的预测准确度,可用于评估实际换流器发射的EMI水平.     

一种新的广义软开关PWM变换器

在PWM变换器中，用吸收网络技术降低主开关管的dv/dt和di/dt，以实现近似零电压开通或近似零电流关断，从而减少了开关损耗，是一种广义软开关技术。此外，减少整流二极管的di/dtt，也可降低二极管的反向恢复电流产生的损耗。本文作者的贡献是：提出了几个应用有源无损吸收网络的广义软开关-PWM变换器的新拓朴，包括交错并联正激、双管正激、半桥和全桥变换器等。并给出了双管正激广义软开关-PWM变换器的工作原理分析、仿真和实验结果。     

可控硅三相桥式线路的几个暂态特性试验报告

前言可控硅承受过电压和过电流的能力,承受正向电流上升率(di)/(dt)和正向电压上升率(dv)/(dt)的能力都是有一定限度的。可控硅又是一种快速开关,它在电路里按照一定要求进行开关动作,使电路发生暂态过程,使电压和电流发生快速变化,也会引超过电压现象。采用可控硅的电路发生故障或是开关电器进行切换也会在电路里引起暂态过程,引起过电压、过电流和电压电流的快速变化。     

电能存储装置测试系统中Boost软开关变换器研究

提出一种应用于电能存储装置测试系统中的新型交错并联Boost软开关变换器。该变换器采用一组部分复用的辅助网络,令主开关管实现了零电压(zero-voltage-transition,ZVT)开通与关断,辅助开关管实现了零电流(zero-current-transition,ZCT)开通与部分零电压关断,降低了开关损耗,提升了电路效率。开关过程中的dv/dt、di/dt得以降低,从噪声源上改善了变换器电磁兼容(electromagnetic compatibility,EMC)性能,对高频段噪声抑制效果明显。对拓扑结构、工作过程进行了分析,对宽范围工作的有效性与EMC性能的改善进行了论证,并搭建了1.5 k W原理样机进行试验研究,试验结果验证了理论分析的正确性。     

一种基于di_C/dt反馈控制的大功率IGBT驱动保护方法

针对大功率IGBT提出一种新型的有源门极驱动保护方法。在IGBT正常开通与关断过程中,利用di_c/dt反馈控制,设计软开通及软关断电路,有效缩短IGBT的开通与关断时间,提高IGBT的开关频率,减小器件功率损耗;在IGBT发生短路时,结合di_c/dt反馈技术,设计改进型有源钳位保护电路,实现IGBT软关断,防止关断时产生较大的过冲电压损坏IGBT,同时有效减小门极触发电阻R_g上的损耗。利用Saber软件进行电路仿真,并基于大功率IGBT模块YMIF1200-33实验平台,验证方案的可行性,结果表明,相对于传统控制方案,正常开关情况下,开通时间缩短了26.5%,关断时间缩短了52.6%;短路情况下,相对于传统有源钳位方法,改进方案在有效钳住V_(CE)电压的同时,关断期间门极电阻上的电流减小到原来的35.4%,并能在短路发生的第一时间迅速可靠地关断IGBT。     

PWM逆变器共模传导电磁干扰的预测

在PWM逆变器系统中，IGBT的高速开关动作会产生很高的dv／dt、di/dt，导致严重的电磁干扰。对PWM逆变器共模传导电磁干扰的机理进行研究，得出了共模传导干扰源和传播途径。通过与buck变换器进行对比，提出了一种用于研究PWM逆变器共模传导干扰的等效电路，利用实验测得等效电路中无源器件的参数及对等效电路的电压源进行傅立叶变换，在10KHz-30MHz频段进行了频域分析，计算的共模传导干扰频谱与实验结果进行对比基本一致，证明文中提出的共模传导干扰等效电路模型及其分析的正确性。     

一种新型非谐振型软开关交错并联Boost电路

提出一种新型非谐振型交错并联Boost零电压转换(ZVT)电路。在传统交错并联Boost拓扑基础上添加了一组由一个电感、两个电容、一个开关管、四个二极管组成的辅助网络,令主开关管实现了零电压开通与关断,辅助开关管实现了零电流开通与部分零电压关断,降低了开关损耗,提升了电路变换效率。软开关可在宽工作范围内有效实现,电路工作在连续电流模式(CCM),控制方式简明易行,辅助网络的引入没有给主开关管带来额外电流应力。通过复用部分辅助元件,提高了辅助网络利用率,减少了体积与费用;降低了开关过程中的dv/dt、di/dt,抑制了开关噪声。详细分析了电路拓扑结构、工作原理,并对主要参数进行了优化选取,最后通过实验验证了理论分析的正确性。     

IGBT的du/dt有源门极控制技术的研究

为减小绝缘栅双极性晶体管（IGBT）的开关损耗,正常工作时要求使其快速开通和关断。但在大电流或过流情况下,快速开通和关断会导致di/dt和du/dt过大。而较大的du_oe/dt会使IGBT误触发导通,使得IGBT控制失效。设计了一种能控制IGBT du/dt的新型有源门极控制电路,并进行了分析。给出了仿真和实验结果,验证了新型有源门极控制电路的正确性。     

基于Saber的一种斩波器传导电磁干扰预测

开关器件在开通和关断暂态过程中产生的高电压和电流变化是电磁干扰(EMI)的主要来源.准确的EMI预测需要能够高精度描述功率器件开关瞬间的动态行为.基于Saber软件,利用时域法对一斩波器的传导EMI进行了建模预测.利用Saber建模工具Model Architect对功率二极管进行建模;采用MAST语言对IGBT建立行为模型.通过实验对比,验证了干扰预测的准确性以及所建器件模型用于EMI干扰预测的可行性.     

离线式PWM开关电源传导电磁干扰的分析研究

该文利用分析和测量相结合的方式，详细研究了一台离线式PWM开关电源的传导电磁干扰(EMI)特性。在分析各个器件作用的基础上，得出了反映典型电磁干扰发射时，传导干扰发射量、干扰源和干扰传播通道关系的线性化方程，进而提出了测量典型传导干扰耦合通道特性的新方法，并进行了验证。利用测得的传导干扰耦合通道特性，具体分析了PWM开关电源高频功率开关器件中dv/dt,di/dt对传导干扰发射的作用。根据变换器主要的杂散参数和共模干扰的基本传播途径，可得出低阶的等效共模传导干扰模型，以指导电源滤波器的设计。     

Analysis and reduction of radiated EMI noise from converter systems

It is well known that high dv/dt rates on switching devices are the source of EMI noise. This paper describes a mechanism and reduction methods of radiated EMI noise on IGBTs. The radiated EMI noise is generated by oscillating current flowing through the IGBT's output capacity and the snubber circuit, which we call equivalent circuit of radiated EMI noise. The oscillating current of the equivalent circuit is forced to flow by high dv/dt rates of IGBT switching operation. Radiated EMI noise can be analyzed by frequency evolution of oscillating current. The results of this analysis show the relationship of high‐frequency impedance of the equivalent circuit to radiated EMI noise, as well as the behavior of the IGBT's switching voltage waveform. In addition, it is indicated that using a di/dt control gate drive circuit is effective as a means for reducing radiated EMI noise. It is clarified that the standard for industrial equipment of CISPR can be satisfied by using the proposed gate drive circuit. The effects of the method have been verified by experimental and simulational results. © 1999 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 130(1): 106–117, 2000     

抑制共模电磁干扰的并联有源补偿电路设计

讨论了并联有源共模电磁干扰抑制中的两种不同补偿电路结构,通过建立带有补偿电路的单相半桥逆变器共模电流等效模型,详细介绍了两种补偿电路的设计过程,讨论了影响补偿电路补偿效果的两个因素,实验验证了设计补偿电路能够产生与噪声源共模电流大小相等方向相反的补偿电流。     

A Novel Driving and Protection Circuit for Reverse-Blocking IGBT Used in Matrix Converter

A novel drive and protection circuit for reverse-blocking insulated gate bipolar transistor (RB-IGBT) is proposed in this paper. For the drive circuit, a dynamic current source is introduced to reduce the turn-on and turn-off transients. Meanwhile, the di/dt of the collector current and the dv/dt of the collector-emitter voltage are strictly restricted, so do the respective stresses. The drive circuit consists of a conventional push-pull driver and two controllable current sources-a current generator and a current sink. These two current sources work in switching transitions. For the protection circuit, a novel collector current detecting circuit suitable for RB-IGBT is proposed. This method detects the collector current by sensing collector-emitter voltage of the device. Further study shows that this method can be used to acquire the current signs in commutation transitions of matrix converter. A series of experiments has been carried out concerning the proposed drive and protection circuit and the experimental setup; results as well as detailed analysis are presented     

基于三状态马尔柯夫链的随机周期调制PWM技术研究

应用PWM调制技术的电力电子功率变换器中的全控型器件工作在很高的开关频率状态下，高速的开关动作会产生很高的dv/dt、di/dt，导致严重的电磁干扰。随机调制技术是一种直接控制干扰源，减小系统传导EMI、改善系统电磁兼容性的有效方法，但随机调制技术的应用会引起变换器输出电压纹波峰-峰值增加和精度降低。该文将一个优化了的三状态Markov链引入到随机周期调制技术中，通过对其原理的分析和对Boost变换器的系统仿真和实验分析，结果均表明，在随机调制技术中引入这种Markov链，同样可以降低系统产生的EMI，使功率频谱特性连续分布，在保证随机调制技术优点的同时，能够有效地降低功率变换器输出电压纹波峰-峰值，提高其电压输出精度。     

电压型高压变频器的实现研究

高压变频器的实现技术不能是低压三相交流逆变器的简单组合和运用。从安全性和可靠性来讲，它必须考虑功率元、器件的电压承受能力，而且，di/dt,dv,dt等也不能超过它的极限值。此外，在高压变频器中，还要考虑共模电压的存在。从电源污染的角度看，变频器对电力系统所产生的谐波污染不能超过IEEE519号文本的推荐指标要求。本文拟从抑制电源污染，降低dv/dt和di/dt的角度出发，提出了电压型高压变频器的实现原理和控制策略。     

大电流下SiC MOSFET模块的暂态温度特性研究

由于碳化硅(SiC)的材料特性,在极端温度下,碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(SiC MOSFET)相对传统硅基器件有突出优势。目前对SiC MOSFET暂态温度特性的研究,主要以单管小电流实验为主,大电流下暂态温度特性的研究还不充分。为分析和验证大电流下暂态温度这一特性,在理论分析的基础上,以CREE 1200 V/300 A半桥SiC MOSFET模块为研究对象,通过双脉冲测试平台研究SiC MOSFET模块及其驱动电路在不同温度环境下的暂态性能。对比分析了不同温度下开关时间、开关损耗、电应力及电流、电压过冲的差异,实验结果对SiC MOSFET模块在大电流下的选型和驱动设计具有一定的参考意义。     

Flexible dv/dt and di/dt control method for insulated gate power switches

Active gate control techniques are introduced in this paper for flexibly and independently controlling the dv/dt and di/dt of insulated gate power devices during hard-switching events. In the case of dv/dt control, the output voltage dv/dt can be controlled over a wide range by electronically adjusting the effective gate-to-drain (-collector) capacitance (i.e., Miller capacitance). For di/dt control, similar techniques are applied for electronically adjusting the output current di/dt over a wide range using voltage feedback from a small inductor connected in series with the switch's source (emitter) terminal. Both techniques are designed to maximize their compatibility with power module implementations that combine the power switch and its gate drive, including integrated circuit gate drives. Simulation and experimental results are included to verify the desirable performance characteristics of the presented dv/dt and di/dt control techniques.