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.     

功率变换器多开关状态下的传导电磁干扰预测

针对一个周期内多开关状态的功率变换器,建立基于IGBT模块的等效噪声源模型,并提出分区域的方法预测其传导电磁干扰,建立一个涵盖整个交流输出周期内不同负载电流水平的噪声源模型的集合。分析一个开关周期内由各个开关脉冲引起的传导干扰噪声的关系,一个交流输出周期内总的噪声通过频域内的叠加来获得。保持传播路径一致的情况下,将整个交流输出频率信号划分成4个区域,在每个区域内,传导干扰噪声用相应的噪声源模型计算,一个交流输出周期内的噪声通过4个区域内的结果联合计算得出。实验和仿真结果表明,预测结果有较好的精确度,可以实现整个传导干扰频段内的电磁干扰噪声预测。     

功率变换器IGBT开关模块的传导电磁干扰预测

提出一种新的频域模块化建模方法,用于预测功率变换器中传导电磁干扰噪声源.该建模方法以绝缘栅双极晶体管开关模块为基本单元,在一定的开关条件下,建立诺顿等效电路,获得噪声电流源和噪声源阻抗,连同传播路径一起构成功率变换器系统的电磁干扰预测模型.搭建一个标准的实验平台,可以方便地控制开关条件以及提取传播路径参数.实验结果表明,该模块化模型可以精确预测整个传导干扰频段内的电磁干扰噪声.最后的非线性分析验证了该方法的有效性和通用性.     

基于极低寄生参数SiC模块的传导EMI噪声抑制

为减小碳化硅(SiC)器件的高频电磁干扰(EMI),提出一种具有低寄生电感和对地电容的混合封装结构SiC功率模块来抑制传导EMI。构建了两个具有同样功率回路和驱动电路的Buck变换器进行实验验证。两个变换器分别采用所提功率模块和TO-247封装的商用器件。实验证明低寄生电感可大幅增加开关速率但对EMI影响甚微;而低对地电容能有效减小地面电流。考虑到软开关也能减小EMI,在此进一步对比两个变换器在两种工况下的EMI噪声,证明所提结构功率模块在两种工况下均可有效抑制共模噪声。     

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.     

一种调整共模噪声源阻抗并优化EMI滤波器性能的方法

提出一种调整变换器共模噪声源阻抗的方法。通过在对称式Boost变换器的耦合电感上加入平衡绕组,并在平衡绕组的末端加入平衡阻抗实现。对比不同噪声源阻抗下变换器的电磁干扰(electromagnetic interference,EMI)频谱,实验结果验证了该方法的有效性。文中所涉及的端口网络均采用散射参数(S参数)来描述,变换器的寄生电容通过有限元仿真得到。基于测得的S参数和寄生电容的仿真结果,建立平衡阻抗和EMI滤波器共模插入损耗之间的关系,并对平衡阻抗的取值进行预测。论文提出的方法可扩大噪声源端的阻抗失配,同时增大EMI滤波器的共模插入损耗。本方法的优势在于即使EMI滤波器的元件布局及其参数是固定,其性能仍可以通过调整平衡阻抗进行优化。因此,有效减少了传统EMI滤波器的重复设计过程,同时也避免了EMI滤波器的过设计问题。     

开关磁阻起动/发电系统功率变换器传导EMI建模研究

在分析开关磁阻起动/发电系统功率变换器产生的传导电磁干扰(EMI)传播通道(包括共模和差模)的基础上,采用等效电路模型的方法建立了功率变换器的传导EMI时域模型,并用Ansoft-Simplorer软件以及傅里叶级数分解的方法分析计算了功率变换器产生的EMI频谱,研究结果表明在低频段(小于100 kHz),功率变换器的差模干扰占据主导地位,在高频段,共模干扰占据主导地位。将仿真结果与实测的干扰电压波形和EMI频谱结果进行了比较,验证了所建模型和所用方法的正确性。     

永磁交流伺服驱动系统共模EMI噪声的预测及抑制

永磁交流伺服驱动系统中高du/dt、di/dt在系统中寄生参数作用下感应出的电磁干扰,随着开关频率的不断提高,已逐渐影响到其在高精密场合下的可靠运行。电磁干扰(Electromagnetic Interference,EMI)模型的研究,是电磁干扰分析、预测及其抑制的基础。本文研究出一种永磁交流伺服驱动系统共模EMI噪声的预估方案:针对典型系统中的智能功率模块(IPM)装置,通过分析开关管状态切换过程中IPM桥臂中点电位的跳变,等效出共模噪声源模型;在阐述共模干扰传播路径的基础上,利用不同方法提取了传播通道中所涉及的各主要部件(变流器、屏蔽线缆及永磁同步电机)的高频参数;在150k Hz~30MHz频段内,对其共模EMI噪声进行了实际测量,与仿真结果的对比验证了本文所建模型的正确性。根据样机实测EMI噪声,对于超出电磁兼容标准部分,提出了通过设计平面EMI滤波器滤除的方案,最终通过实验对该新型滤波器噪声抑制效果的有效性进行了验证。     

考虑漏磁特性的变压器电磁干扰特性模型

变压器是隔离型功率变换器电磁干扰(EMI)噪声传输的关键器件。针对先期建立的变压器三电容容性EMI噪声特性模型在评估小匝比变压器及高频噪声时误差增大的现象,首先分析高频下变压器漏磁对噪声电压分布的影响,然后补充变压器二次侧耦合噪声对电磁噪声的影响情况,对比总结不同匝比结构对变压器噪声影响因素,在此基础上提出考虑漏磁特性的变压器EMI特性模型。通过能反映变压器二端口特性的参数测量评估方法进行实验评估,实验和仿真结果验证了理论分析和模型的正确性。     

基于高通滤波测试的逆变器端口共模干扰建模

逆变器中功率器件的高速开关动作会引起严重的电磁干扰(electromagnetic interference,EMI)问题,通常使用EMI滤波器抑制电磁干扰。由于噪声源阻抗和负载阻抗对EMI滤波器的滤波效果有较大影响,为了准确提取逆变器的噪声源阻抗和负载阻抗,文中研究基于高通滤波测试的逆变器端口共模干扰建模方法。发展基于时域波形分析的高通滤波电路设计方法,有效获取高频段电磁噪声频谱的幅值信息和相位信息。建立逆变器输入侧的端口共模干扰等效模型,并提出一种共模源阻抗的求解方法,计算过程中不对噪声源的相位进行约束。通过测试端口共模电压和共模电流,采用优化算法提取逆变器输入侧的共模源阻抗和共模负载阻抗。最后通过实验验证所建立的逆变器端口共模干扰模型。     

Development of an integrated CAD tool for switching power supplydesign with EMC performance evaluation

A computer-aided tool for the design of switching power supplies integrating a layout editor, autorouter, component library builder and EMI simulator is presented. The software takes on a modular approach and develops the printed circuit board (PCB) layout with emphasis on electromagnetic compatibility (EMC). The prediction of interference level is achieved by SPICE simulation with suitable model assignments of EMI sources, components, and PCB tracks. An offline forward power converter is built and measured to verify the simulated result. Finally, a performance index is introduced to act as an indicator for the EMC performance of a given PCB layout     

基于IGBT器件串联的MMC随机零序分量注入PWM方法

随着模块化多电平换流器的发展,提高模块化多电平换流器(MMC)的容量及电压等级成为研究热点。通过建立绝缘栅双极型晶体管(IGBT)串联模块化下的MMC换流器模型,考察载波移相调制策略下换流器的输出电压畸变情况,以及在开关频率处的电磁噪声幅值。提出一种随机零序分量注入脉宽调制(PWM)方式,并基于随机过程原理,对比不同随机PWM下开关函数的功率谱密度,并从理论和仿真两个方面研究随机PWM对MMC换流器的降噪效果。仿真结果表明,提出的随机PWM方式简单有效,能明显降低大容量高电压的MMC换流器的噪声。     

高压直流换流阀器件高频建模

高压直流(HVDC)换流站电磁干扰主要由阀体内的晶闸管在周期性的导通和关断过程中产生,该干扰中的高频分量通过辐射和传导两种形式会对换流站内的通信设备、计算机和载波系统操作等产生影响.所以,建立换流阀高频电路模型对该干扰进行预测,研究其时频特性是进行干扰机理分析的前提条件.本文对HVDC阀体内的晶闸管、阻容吸收电路和饱和电抗器的阻抗频率特性进行了测量(频率范围:100kHz～50MHz),在此基础上,通过矢量匹配方法对测量所得的离散点进行有理函数逼近,基于阻抗综合理论建立了阀体主要器件的高频等效电路.该电路能够直接应用于EMTP和PSCAD进行仿真,可为换流站内其他设备的抗干扰度以及阀厅屏蔽设计提供可靠依据.仿真结果和测量结果的比较,验证了本文建模方法的正确性.     

EMI滤波器技术在开关电源中的应用与研究

开关电源由于其可靠性高、输出稳定等优点而广泛应用于电力电子系统中,但其自身产生的电磁干扰对整个系统的影响不容忽视。为了抑制开关电源所产生的传导电磁干扰,提出了集成EMI滤波的级联技术,并针对功率变换器的输出波形进行仿真。仿真实验结果表明:这种级联的集成EMI滤波器对谐波有良好的抑制作用。     

适用于模块化多电平换流器实时仿真的建模方法

为了实现模块化多电平换流器(MMC)系统的实时仿真,采用理想变压器模型法对MMC进行了模型分割。针对模型分割联解信号延时导致的波形失真问题,提出了采用插值预测和超前预测分别对串行和并行实时仿真延时进行补偿的方法。此外,为了进一步提高模型分割后子模块群组的计算速度,提出了MMC子模块网络的开关函数等效模型和电磁暂态数值模型,并推导了数值模型中子模块输出电压和电容电压的差分方程。然后,以21电平MMC逆变电路为例,将上述MMC建模方法与原整体模型进行了仿真对比分析。结果表明,所提插值预测的方法有效改善了MMC分割模型的稳定性,且具有极高的仿真精度。所提开关函数模型和电磁暂态数值模型均具有很好的加速效果,其中,电磁暂态数值模型与详细模型的仿真结果高度吻合。所提出的建模方法适用于MMC实时仿真测试平台的构建。     

Power quality improvement in 3-phase 3-wire distribution systems using modular active power filter

Active power filters have been introduced for the purpose of power quality improvement. The power converter used as an active filter is rated based on the magnitude of the injected current and is operated at the switching frequency required to perform the filtering job successfully. Excessive losses are expected if the converter's power rating and switching frequency are both high. In this paper, an efficient and reliable active filter system for the power quality enhancement is proposed. The proposed filter is based on 3-phase PWM-controlled current–source converter (CSC) modules, where each filter module is dedicated to eliminate a specific harmonic and/or balance the line currents. Based on the information extracted from the line by the ADALINE, each leg of every CSC module is independently controlled to perform the balancing or/and harmonic filtering in a 3-phase 3-wire distribution system. As the harmonic order increases, the magnitudes of the harmonics decrease and their frequencies increase. Therefore, the power rating of the active filter modules will decrease and their switching frequency (bandwidth) will increase with the harmonic order. As a result, the overall switching losses are minimized due to balanced ‘power rating-switching frequency’ product. An economic study shows that the modular approach is superior to the conventional one converter scheme. Furthermore, the modular approach offers higher reliability, as the failure of one converter does not jeopardize the whole filtering mission. Speed and accuracy of ADALINE, self-synchronizing harmonic tracking, optimized dc-side current values and minimal converter losses are additional features of the proposed filter. The theoretical expectations are verified by digital simulation using EMTDC simulation package.     

低干扰低损耗新型MOSFET三阶驱动电路

由于金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)存在开关速度快、驱动容易等特点，故在变流电路中大量使用，但由此而产生的电磁干扰也越来越严重。驱动电路作为功率单元与控制电路的接口，其性能对电磁干扰的影响十分重要。该文在对MOSFET开关暂态过程进行详细地分析后，提出一种新的驱动电路，该驱动电路在不影响开关速度的情况下可以减小电磁干扰及开关损耗，而且该驱动电路与传统驱动电路相比仅需增加几个额外的低压器件，易于实现。文中最后给出了三阶驱动电路与其它几种不同驱动电路开通与关断时的电压电流波形及相应的传导发射。实验结果表明该驱动电路电磁干扰小，功率损耗低，开关速度快，无电压及电流的过冲现象，实现了驱动电路的优化。     

高压直流换流站换流系统宽频建模研究

高压直流(high voltage DC,HVDC)换流站电磁骚扰主要由阀体内的晶闸管在周期性的导通和关断过程中产生。该骚扰中的高频分量通过辐射和传导2种形式可能会对换流站内的通讯设备、保护与控制系统和载波系统以及换流站附近的无线电台站等产生影响,所以,建立换流系统的宽频等效电路模型对该骚扰进行计算和预测,研究其时频特性是进行干扰机理分析的前提条件。该文给出了HVDC换流站各主要设备的建模方法及其等效电路,包括阀组件、换流变压器、平波电抗器、滤波器等。其中,阀组件内各元件的阻抗通过网络分析仪测量,然后通过矢量匹配进行零极点提取,最后通过布隆法进行网络综合得到阀组件各器件的宽频等效电路。应用有限元方法计算了阀塔以及散热片的寄生电容参数。以阀塔作为整体,基于PSCAD/EMTDC建立了HVDC换流站换流系统宽频仿真模型。在此基础上,研究了传导电磁骚扰特性。计算结果和测量结果的比较,验证了该文建模方法的正确性。     

三相逆变器共模传导电磁干扰的建模与分析

为了预测进而抑制三相逆变器的共模传导电磁干扰(EMI),需要研究其建模和分析方法。本文首先通过对三相逆变器各个开关管的开关状态的分析,得到了三相逆变器共模传导EMI干扰源的简便表示方法,进而提出一种由共模传导EMI干扰源和传播通道模型构成的等效电路模型。通过实验测量和电磁场数值计算,获得等效电路中的各个高频参数。对其共模传导EMI进行仿真和实测1,50kHz～30MHz频段的仿真与实测频谱基本吻合,说明采用本文方法建立的共模等效电路模型是可行的。该方法可作为计算评估三相逆变器共模传导EMI的一种可行方案。