电机驱动系统的电磁干扰抑制方法研究

电机驱动系统中大功率开关器件在关断过程产生严重的电磁干扰问题,对其抑制方法的研究成为热点。分析IGBT控制原理及电压波形,利用Saber软件建立电机驱动系统模型,在传导干扰测试频率范围内,考虑无源器件的寄生参数,仿真传统门极控制、动态电压上升控制以及有源门极控制的直流侧和交流侧共模/差模干扰,通过对比得到有源门极控制下对系统干扰的抑制效果更好,有效降低系统的共模/差模干扰。基于有源门极控制方法,在改变IGBT开关频率的情况下分析干扰波形,对电力电子装置传导电磁干扰的抑制分析具有重要意义。     

PMSM控制系统中的开关频率优化与控制研究

提出一种用于永磁同步电机(PMsM)控制系统的基于电压空问矢量脉宽调制的(SvPwM)的开关频率优化方 法,即在高速时按照开关器件选择调制频率,在低速时进一步提高调制频率,以充分利用开关器件的开关频率.从而获得更好的低速性能.分析了开关频率选择的约束条件,给出了样机实验的构建和实验过程.实验结果验证了该方法的可行性和有效性.     

逆变器并联系统开关环流的建模和分析EI北大核心CSCD

多逆变器并联系统中往往会存在环流,包括直流环流、工频环流以及开关频率环流。目前提出的环流分析和环流抑制的方法大部分都是针对直流、工频及其谐波环流的。而对于开关频率环流,并没有定量地分析开关环流与电路参数之间的关系。基于开关器件的开通和关断过程,该文提出了一种由于器件开关状态不同步而产生的开关频率环流的数学模型。另外,该文还详细研究和分析了开关环流与电路参数之间的定量关系。基于分析结果,进一步提出了能够较好地抑制开关环流的电路参数设计原则。实验结果很好地验证了所提出的数学模型的准确性和电路参数设计原则的有效性。     

有源逆变器的改进非对称脉宽调制策略

为了降低大功率有源逆变系统中器件的等效开关频率,减少开关损耗,同时抑制直流侧电压波动时逆变器输出电压包含的寄生谐波,采用基于特定谐波消去法(SHEPWM)的非对称脉宽调制策略(optimal partly unsym-metrical switching angle,OPUS)和改进开关函数法,实现了逆变器的低频化和抑制寄生谐波。研究结果表明,在直流侧电压产生幅值为直流电压15%的2倍频波动时,改进的OPUS控制策略消除了输出线电压中的3、7次非受控谐波,并使得受控的基波和5次谐波电压的幅值和相位达到设定值。该仿真结果证明了结合改进开关函数法的OPUS能够应用在大功率有源逆变系统中,并且能够改善逆变器在直流侧电压小幅波动情况下的输出电压性能。     

迭代ICA与LEVKOV联合的瞬态响应工频干扰抑制方法

针对传感器瞬态响应中的工频干扰因频率游动、谐波及频带混叠导致难以去除的问题,提出了迭代独立分量分析 (ICA)与 LEVKOV 联合抗工频干扰的方法。 将迭代 ICA 法与 LEVKOV 法相结合,通过构造工频参考信号,采用迭代 ICA 的方 法以减小瞬态响应中频率游动的工频干扰,再利用 LEVKOV 法通过线性段均值滤波和非线性段噪声模板滤波来进一步削弱工 频干扰及其谐波干扰,从而提高瞬态响应信号中工频干扰的滤除精度。 仿真和实验数据验证结果表明,所提出的迭代 ICA 与 LEVKOV 联合抗工频干扰法相较于独立的迭代 ICA 法和 LEVKOV 法而言,对传感器瞬态响应中的工频干扰具有更好的抑制 效果。     

考虑寄生参数的双管升压变换器高频工作特性分析

相比传统的Boost变换器,双管升压变换器可以获得更高的增益,有效地降低了开关管的电压/电流应力,可以作为光伏系统和燃料电池系统的接口变换器.为了提升功率变换系统的功率密度,需要进一步提升开关频率.然而低开关频率下对电路分析可以忽略的寄生参数在高频条件下将对变换器的增益和器件应力带来重要影响,但目前针对双管升压变换器的...     

35kV全SiC光伏发电单元中高频隔离变换器的寄生参数影响及抑制方法

光伏发电近年来呈现出大规模中高压接入的发展趋势。发展中压光伏发电单元有利于进一步提升系统效率,降低系统成本。随着效率与功率密度需求的进一步提升,SiC器件的使用成为必然。基于SiC器件的LLC变换器在高频应用中,寄生参数影响软开关实现。该文针对寄生参数的影响机理,进行系统的分析,针对产生机理,提出2种抑制寄生参数、促进软开关实现的解决方案:方案一通过减小变压器励磁电感,减少变压器二次侧开关寄生参数对变压器原边开关零电压开通实现的影响;方案二通过在变压器二次侧回路串联饱和电感,有效阻隔变压器二次侧开关寄生元件参与变压器原边元件谐振,从而确保变压器原边开关零电压开通。实验验证表明,理论分析与所提出的寄生参数抑制方法真实有效。     

考虑寄生电感的谐振开关电容变换器电压尖峰抑制

基于碳化硅(SiC)器件的谐振开关电容变换器(RSCC)因其软开关特性,适用于高频、高功率密度的场合.但是较高的工作频率使其对线路寄生参数较敏感,易造成开关器件的电压尖峰问题.通过分析RSCC叠层母排模型,该文建立含有寄生电感的等效电路,研究寄生电感对电路运行模态的影响,并推导开关器件电压峰值与寄生电感之间的关系.在此基础上,提出优化叠层母排结构和吸收电容的电压尖峰抑制方案,仿真及实验结果验证了该文电压尖峰抑制方案的有效性和可行性.     

抑制GaN变换器振铃的高频驱动电路设计

针对氮化镓(GaN)功率器件在高频应用中因寄生参数带来的输出电压振铃问题,这里研究了驱动电路寄生参数和栅极驱动阻抗匹配影响GaN变换器振荡的机理。从驱动电路优化设计出发,提出了抑制开关器件电压振铃的解决办法。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。     

全SiC三相逆变器传导电磁干扰建模与预测

三相逆变器中的开关器件快速开关动作产生高的du/dt、di/dt,在系统寄生参数的作用下产生了电磁干扰(EMI),影响系统的可靠运行。相比较Si器件,SiC器件具有很多优势,在三相逆变器系统中得到了越来越多的应用。但是,SiC器件的开关频率更高,开关速度更快,使得其电磁干扰问题也更严重。本文通过对全SiC三相逆变器传导电磁干扰的干扰源及传播路径进行建模,采用时域仿真加快速傅里叶变换(FFT)的方法预测了电源端口处的传导干扰,在10kHz~30MHz的频段范围内,仿真结果与实测结果基本吻合,验证了所建模型的正确性。     

AC/DC变换器传导EMI实验分析

开关电源传导EMI问题一直都备受关注,目前国内外的研究主要还是定性研究,而定量的分析可以更加准确细致的找出传导EMI形成的机理。针对两种典型工作状态下的AC/DC变换器,测试得到了其传导EMI的频域波形,MOSFET漏极与源极间电压波形以及提取了电路中的主要寄生参数,通过对比与定量的分析计算,找出了其传导EMI几处重要峰值形成的原因。最后得出了变压器原边与副边漏感、MOSFET源极与漏极间寄生电容以及MOSFET与散热片之间的寄生电容,是影响开关电源的传导EMI的重要因素。在开关器件导通或者关断时,开关电源的工作状态发生改变,此时漏感或者器件的寄生电容中的剩余能量会引起高频振荡,进而引起了传导EMI尖峰。     

利用耦合电感改善EMI电源滤波器高频幅频特性的研究

高频开关电源的传导性电磁干扰EMI（ElectroMagnetic Interference）是电力电子装置应用的主要障碍之一,EMI电源滤波器能有效抑制其干扰传导。在高频状态下．EMI电源滤波器的电容器和电感器所带有的等效寄生参数会影响EMI高频性能,基于此提出了利用高频元器件的等效寄生参数间的互感耦合改善滤波器高频性能的措施,考虑了差模电感与电容器的寄生串联电感之间存在互感耦合以及2个串联支路的串联电感之间存在耦合电感2种情况。在分析带有寄生参数的差模等效电路的基础上,进行了仿真研究。结果表明,利用寄生参数的互感耦合使得EMI电源滤波器的高频性能有所改善。     

EMI characterization and simulation with parasitic models for a low-voltage high-current AC motor drive

In this paper, a 12-V 1-kW permanent-magnet ac motor drive is tested extensively at a wide frequency range, and the frequency spectra are partitioned for identification of noise sources and their propagation paths. Switching characterization of the power MOSFET and its body diode reverse-recovery characterization are evaluated for circuit modeling. The parasitic components and common mode path are identified and measured with the time-domain reflectometry (TDR) method. The inverter circuit model is then constructed with major parasitic inductance and capacitance in device modules, passive components, leads, and interconnects. To verify the validity of the inverter model, a comparative study is performed with computer simulations and hardware experiments. The fundamental mechanisms by which the electromagnetic interference (EMI) noises are excited and propagated are analyzed, and the significant roles of parasitic elements coupling with device switching dynamics in EMI generation are examined. The results indicate that the identification of parasitic inductance through TDR measurement helps verify the voltage spike during turn-off, or vice versa. The conducted EMI noise caused by parasitic components of bus capacitor, dc bus, and devices is proven to be identifiable with the characterization and simulation techniques used in this paper.     

计及寄生参数效应的铁氧体共模扼流圈二端口网络的建立

共模扼流圈的寄生参数在高频时对滤波器的性能有重要影响,准确建立其对应的差模和共模二端口模型对设计电磁兼容滤波器以及改善其性能具有重要意义。对差模电路,通过建立静电场模型并计算匝间部分电容可得到等效寄生电容,进而获得二端口内各支路的电容参数;测量其谐振频率,可得到差模漏电感。对共模电路,通过建立时谐磁场模型,采用类比有限元法可求解磁心等效电感和电阻;测量其谐振频率,可得到考虑环境因素后的寄生电容。测量扼流圈二端口在输入、输出匹配状态下的散射参数,间接得到滤波器差、共模电路对应的二端口网络各支路的阻抗或导纳。散射参数法的测试与"谐振频率+有限元法"建立的阻抗取得较好的一致,说明模型的准确性和测试方法的合理性。     

考虑触簧寄生参数的继电器电弧传导发射研究

提出了考虑触簧寄生电感、触簧之间以及触簧与外壳之间寄生电容的触簧组电磁兼容模型,在此基础上建立了电弧传导发射共模与差模仿真电路模型,给出了共模与差模干扰的传导路径.以一组银转换触点组为例,提取分布电感、电容参数,仿真了切断5A直流的阻性负载下电弧对外发射的共模与差模电压在0.01～10MHz的幅频谱,其差模干扰发射电平在某些频率点超出了国军标规定的发射限值,应用中需采取抑制手段.     

电源线EMI滤波器内部杂散电磁耦合及其作用

电源线EMI滤波器的高频衰减性能常受到滤波器内部和外部杂散电磁场的影响,导致滤波器的高频插入损耗远低于预计值.本文对一个L-C-L共模型EMI滤波器内部的杂散电磁耦合及其作用进行了理论分析和实验识别,确定了各元器件、互连回路间杂散耦合的电磁性质,研究了各耦合作用的大小.针对主要的杂散耦合效应,提出了相应的改善措施.本文对滤波器内元器件寄生参数的作用也进行了分析和对比.     

EMI无源滤波器高频特性及其改善方法的研究

为了便于设计高性能的EMI滤波器,分析了滤波器寄生参数对其高频特性的影响.依据各元器件寄生参数的特点及其相互间的耦合关系,建立了差模滤波器的高频模型.在模型的基础上采取相应的屏蔽技术和合理的布局方案,尽量减小各元器件之间的耦合程度.采用电路网络等效法,消除了器件自身的寄生参数效应,并以此来改善滤波器的高频特性.从理论分析和实验结果来看,该方法对改善滤波器寄生参数的高频效应起了很大作用.因此该方法及其结论对EMI滤波器的设计有直接的指导意义.     

带有屏蔽线缆的电动车辆动力系统共模模型与预测

以典型的PWM变频驱动电机系统为对象,研究了干扰通道寄生参数和高频干扰源的建模方法,同时在动力系统建模中分析了动力线缆屏蔽所起到抑制共模辐射的因素并建模。分别提出且建立了带有动力系统屏蔽线缆的系统级共模干扰的高频电路模型,并对变频驱动装置在电网侧和负载电机侧的传导干扰进行了计算,以一台工业产品驱动装置为对象进行了实验验证,测试结果与计算结果的对比证明了该文方法的正确性。     

PWM变频驱动系统传导干扰的高频模型

以典型的PWM变频驱动电机系统为对象,研究了干扰通道寄生参数和高频干扰源的建模方法。分别提出了变频器电路寄生参数的理论计算方法和电动机高频模型的实验提取方法,建立了系统级差模干扰和共模干扰的高频电路模型,提出了考虑PWM上升时间的高频干扰源建模方法,并对变频驱动装置在电网侧和负载电机侧的传导干扰进行了计算,以一台工业产品驱动装置为对象进行了实验验证,测试结果与计算结果的对比证明了该文方法的正确性。     

Spectrum of a frequency modulated pulse width modulation signal

In power electronics, the switching elements are controlled by pulse width modulated (PWM) signals making their currents on and off repeatedly. This might cause electromagnetic interference (EMI) problems especially in switched mode power supplies. One method for mitigating the EMI is to use the frequency modulation technique in the control signal of the switching metal–oxide–semiconductor field‐effect transistor. According to this approach, frequency of the PWM signal is modulated in order to spread its spectrum and hence reduce the EMI levels. This paper presents the theoretical analysis for the spectrum of a frequency modulated PWM signal. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.