功率变换器传导EMI的精确建模

阐述了功率变换器中功率开关器件、无源元件以及PCB板在传导EMI范围内建模的方法。在此基础上，建立了一个Boost电路传导EMI的模型，给出了仿真和实验结果，证明了模型的有效性和精确性。     

整流—逆变系统共模电磁干扰分析北大核心

在整流—逆变系统中,功率开关器件的高频动作会产生巨大的dv/dt,di/dt,形成严重的电磁干扰(EMI)。为了预测进而抑制系统的共模传导电磁干扰,需要研究其建模和分析方法。通过与单相逆变器共模干扰模型进行对比、分析共模电磁干扰源和传播途径,构建了用于研究整流—逆变系统共模电磁干扰的等效电路。在10 k Hz^30 MHz频段,对整流器、逆变器以及系统的共模干扰进行了仿真和测试,预测结果与实测结果对比基本一致,证明了提出的共模电磁干扰等效电路模型及其分析方法的正确性。     

整流—逆变系统共模电磁干扰分析

在整流—逆变系统中,功率开关器件的高频动作会产生巨大的dv/dt,di/dt,形成严重的电磁干扰(EMI)。为了预测进而抑制系统的共模传导电磁干扰,需要研究其建模和分析方法。通过与单相逆变器共模干扰模型进行对比、分析共模电磁干扰源和传播途径,构建了用于研究整流—逆变系统共模电磁干扰的等效电路。在10 k Hz~30 MHz频段,对整流器、逆变器以及系统的共模干扰进行了仿真和测试,预测结果与实测结果对比基本一致,证明了提出的共模电磁干扰等效电路模型及其分析方法的正确性。     

电力电子系统电磁干扰数值建模分析

随着半导体器件功率等级提高、开关速度加快,开关过程引起的电磁干扰(EMI)问题也日渐突出.与传统的EMI问题不同,电力电子系统的EMI问题由功率半导体器件的开关瞬态过程引起,其本质上是一个能量瞬变问题而非信号传输问题,变换形式为脉冲型而非连续型波形,传输载体和路径本质上是空间电磁场而非仅是电路电压电流.这三个特点决定了传统上从信号传播、正弦周期量变换和集总参数等效电路的角度研究EMI的方法难以揭示电力电子系统EMI问题的本质特点和规律.为此,该文从能量脉冲和电磁场瞬变过程的角度,对电磁场和载流子场耦合作用下的电力电子系统中的电磁脉冲进行建模分析.建立了面向电力电子系统EMI机理研究的三维电磁场数值模型,解算了微纳秒级开关瞬态过程中功率器件内部和空间中电磁场的分布及变化情况,并从数值计算和原理分析角度验证了所建三维电磁场数值模型的正确性.该文为电力电子系统EMI机理研究提供了有效的数值分析基础.     

功率变换器去耦电容参数选择与过电压预测

功率变换器在高速开通与关断的过程中产生的电磁干扰影响系统的正常运行,提出一种基于绝缘栅双极晶体管(insulated-gate bipolar transistor,IGBT)开关模块的功率变换器电磁干扰(electromagnetic interference,EMI)噪声源建模方法,可以精确的预测整个传导干扰频段内的EMI噪声。分析去耦电容对电路的影响,基于IGBT模块等效电磁干扰噪声源模型来预测功率变换器产生的过电压,通过对过电压的分析选择去耦电容的参数,整个分析体现如何应用该模型进行参数选择的过程。最后,仿真和实验表明参数选择的正确性。     

基于EMI滤波器的防爆变频调速系统EMI抑制

大功率矿用防爆变频器大都采用PWM调制技术,使用IGBT作为开关器件,IGBT在开通和关断过程中会产生很大的du/dt,di/dt,由于线路中寄生电容和寄生电感的存在,会导致很严重的电磁干扰,严重影响系统安全稳定运行。对防爆变频系统EMI干扰源进行了分析建模,设计了防爆变频调速系统EMI滤波器,在分析阻抗失配对EMI滤波器插入损耗影响的基础上,建立带EMI滤波器的传导干扰的高频模型,通过有无EMI滤波器传导干扰频谱仿真图对比,验证了EMI滤波器对传导干扰的抑制作用。经过现场的实验测试,加入EMI滤波器后传导干扰得到很好的抑制,传导干扰频谱幅值在规定的范围内。     

电磁脉冲传导干扰对开关触发系统影响的研究

功率开关器件的高速开关动作所引起的电压和电流瞬变给电力电子带来严重的电磁干扰(EMI)问题。以氢闸流管栅极触发电路为研究对象,对电磁脉冲(EMP)的传导干扰给触发电路带来的影响进行了研究,建立了共地耦合干扰模型,并在重复EMP环境下进行实验。通过传导干扰的模型分析和对重复频率环境下氢闸流管输出的实验测量,初步证实了重复EMP环境下的传导干扰存在累积效应。     

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。     

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。     

两种考虑温度影响的SiC JFET仿真模型

针对目前物理建模方法参数获取困难、行为建模方法需要大量实验数据的问题,该文提出两种简单易用的考虑温度影响的Si C JFET功率器件Saber环境建模方法。模型I基于Saber软件提供的JFET模板实现,问题的难点转化为如何准确提取建模对象Si C JFET的相关模板参数;模型II根据器件厂商提供的Si C JFET的PSpice模型,在Saber环境中搭建相应的电路实现,问题的难点转化为如何分析透彻器件厂商提供的模型中各参数的物理意义,并如何调整这些参数使其能准确模拟建模对象的静态和动态特性。该文详细阐述两种仿真模型的特点及具体实现方法,并从静态特性和动态特性两个方面,从仿真和实验两个角度,验证两种仿真模型的正确性和有效性,比较两种建模方法的适用性。     

Radio-frequency common-mode noise propagation model for power-line cable

Electromagnetic-interference (EMI) radiation from a power-line communications (PLC) network has been a major concern for the widespread use of broadband PLC technology. It is also well known that the dominant radiation mode of the PLC network is common mode (CM) by nature. Therefore, for electromagnetic-compatibility planning purposes, knowledge of the CM noise propagation path of the power line in the frequency range of 1 to 30 MHz is essential to provide insight of EMI radiation emitted by the power line. Based on a two-current-probe measurement approach, the CM noise propagation model for a three-wire power-line cable can be derived and represented by an equivalent two-wire CM transmission line. The equivalent CM noise propagation model allows us to predict the CM noise current on the power line with reasonable accuracy. The model will serve as a valuable tool in the future to identify effective ways to suppress EMI radiation from the PLC network.     

带整流桥输入级的开关电源差模干扰特性

带整流桥输入级的开关电源电网侧的差模噪声存在出现两种分量:整流桥导通期产生的本质差模干扰分量和整流桥关断期产生的混合模式干扰分量.本文分别对本质差模和混合干扰的耦合途径和作用机理进行了分析,建立了描述两种差模干扰耦合的集中参数等效电路模型,对三种EMI滤波器的抑制效果进行了定量计算和对比,并结合实验测试结果验证本文研究方法的正确性.     

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。     

变换器传导电磁干扰集中等效模型参数估计方法

介绍了变换器传导电磁干扰集中等效电路的建模方法,从电路的角度上对变换器传导干扰耦合机理进行分析研究,提出了一种简单易行的方法估计变换器的噪声源和内阻抗,结合具体的实验装置验证了本文方法的正确性.研究结果表明应用本文建立的模型可以较准确地对实际滤波器的干扰抑制效果进行预测.     

集成模块用有源电磁干扰滤波器的设计

通过比较电力有源滤波器与电磁干扰有源滤波器的异同，分析了在电力电子集成模块的输入EMI滤波器设计中采用有源滤波技术的可行性，设计出用于集成模块的有源EMI滤波器，包括宽带电流互感器、线性放大电路及高频电流回馈环节。基于滤波器的T型二端口网络模型，研究了其放大倍数与补偿性能的关系，获得了稳态工作特性曲线：考虑到EMI信号的宽频谱特性，建立了电流互感器的高频简化物理模型，探讨了拓展其传输频带的有效方法。所设计的滤波器工作稳定，外形结构紧凑，仿真和实验结果表明其在较宽的频段内具有良好的滤波效果。     

A carrier phase control suitable for conducted EMI noise reduction in a multiple‐converter system

The conducted EMI noise flowing from power converters to an AC utility line is regulated by international commissions such as the International Electrotechnical Commission (IEC). Adherence to the IEC regulations requires that EMI filters should be used in power electronics equipment. This paper proposes a method for analyzing conducted EMI noise in multiple power converters connected to the same power line. In this method, the phase difference between subharmonic modulated carrier signals at each power converter is taken into account. The phase difference among the power converters determines the EMI noise level in a multiple converter system, as is evident from the analysis of the waveform of the common mode current. In addition, EMI noise suppression using carrier phase control is proposed. In order to reduce the size of the EMI filter effectively, the phase difference θ should be set to 360/nN°, where n is a high‐order harmonic component near 150 kHz and N is the number of power converters. Therefore, the conducted EMI noise can be reduced effectively with the help of the proposed phase control. © 2013 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 183(3): 56–66, 2013; Published online in Wiley Online Library (wileyonlinelibrary.com). DOI 10.1002/eej.21305     

通过改变噪声源阻抗抑制高频共模噪声

开关电源的电磁干扰噪声源阻抗在电磁兼容性设计中是个非常重要的参数。通常差模噪声相对容易识别和抑制,但要掌握共模噪声的特征仍然是比较困难的,因而共模噪声需要引起更多的关注。本文根据一种简单的共模噪声源模型,提出了通过控制共模噪声源阻抗,抑制功率变流器的高频共模噪声。实验和电磁干扰噪声测试结果证实了这种共模噪声抑制方法的有效性。     

基于部分电感模型的回路耦合干扰分析

电力电子系统中回路之间的电磁场耦合是电磁干扰主要传播方式之一，为了准确预测系统级的电磁干扰，需要对回路耦合干扰进行定量计算。基于部分单元等效电路(partial element equivalent circuit，PEEC)的部分电感理论，建立了典型电力电子系统回路耦合电磁干扰的模型，主要包括导线之间空间磁场形成的互感耦合和接地回路之间共地阻抗耦合的模型。在实验室中构建了物理对象研究平台，分别对差模电流和共模电流产生的回路耦合干扰进行了测试，实验结果与计算结果对比证明了方法的正确性。     

一种实用的开关电源EMI滤波器的设计方法

根据CISPER EN550022标准提出了一种实用的开关电源EMI滤波器设计方法.它基于线上共模噪声和差模噪声原理,用一种特殊的分离器将电磁干扰噪声分离成共模噪声和差模噪声.传导发射是根据CISPER EN550022标准,通过线性阻抗稳定网络和接收机进行测试.通过分析噪声源的阻抗特性,确定了滤波器的结构.利用MathCAD进行仿真,根据CISPER EN550022标准实施实验,验证了该设计方法的可行性.     

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。