igbt近场电磁骚扰特征的研究

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1、’F北『乜力大学硕士学位论义III及其防范的矽f究，对新装置的骚扰特性进行预测，缩短开发周期，其电磁兼容性成为电力电子设备设计的关键问题。1．1．2电力电子设备引入的电磁骚扰源和传播途径由于电力电子设备在正常工作时，会产生严重的电磁骚扰，并．日．该骚扰主要来源于开关器件本身和周围环境，开关变换器存工作过程中产生的电压和电流波形在极短时间内会发生陡变，从而形成电磁骚扰。电力电子设备产生的电磁骚扰源主要有以下几方面p一”：1)dvtdt。在电力电子器件开通关断瞬间，电压的陡变会对驱动电路和主电路中存在

2、的杂散分布电容产生充电或者放电电流，几安培的电流瞬态脉冲可以由lnF的电容产生，其电流瞬态脉冲对周围电力系统会产生严重的电磁骚扰。2)di／dt。在电力电子器件开通关断瞬间，电流的快速变化会在杂散电容中感应出电压，另外，有较大电流变化的电流回路吐l被认为是一个辐射源，会，对其周围空间产生辐射电磁骚扰。在大功率的驱动系统中，di]dt。最高可达2kA／IJs，30nil杂散电感可以产生60-V的骚扰电压。．3)控制电路。由控制电路产生的高频脉冲信号也会产生电磁骚扰。4)除此之外，非线性元器件和其构成

3、的电路也是骚扰源之一，它们会使电路中的信号发生畸变。·、：．电力电子设备通过辐射和传导的方式将电磁骚扰耦合至敏感设备上。在电力电子设备中，传导方式是电磁骚扰传播的一个重要途径，也是电磁兼容设计中必须考虑的。对于电力电子设备考虑传导骚扰的频率可以从几赫兹到几百兆赫兹，其电磁．波波长可以为三四米甚至到十米，因而可以既结合集中参数又可以考虑分布参数电路来分析电力电子设备。根据传导骚扰方式的不同，可以将电磁骚扰源分为共模和差模两种方式，其相互产生的内部机理是不同的。电力电子设备产生的共模骚扰是指：通过相线

4、对地寄生电容，再通过地形成回路的骚扰，这种骚扰主要由dv／dt与寄生电容相互作用产生高频振荡；差模骚扰是指：相线与电源形成回路构成的骚扰，即相线之间的骚扰，这种骚扰主要由电力电子设备产生的脉动电流引起的。1．2国内外研究动态由于电力电子设备产生的电磁骚扰主要是由开关变换器的高频开通关断引起的，许多学者从不同的方面对电力电子设备产生的电磁骚扰进循了研究，而最早是从单开关管的开关电源进行研究的。从研究的对象来说，可以由以下几个内容组成。1芦：㈨【!力大学坝士宁俯论义1、电力电子设备电磁骚扰的典型特征许

5、多的文献都是从骚扰源、门极驱动和传播途径等方丽对电磁骚扰频谱的影响方面出发进行相关研究，例如对比存驱动电阻、负载电流、输入电压和开关频率等刁i同参数下，差模和共模的变化，得到的结论就是共模骚扰主要由电压变化率与寄生电容相互作用产生高频振荡引起的，差模骚扰主要由电力电子设备产生的脉动电流引起的，并日两种骚扰可同时产生。当1i加电磁骚扰滤波器时，在高频时占主导地位的是共模骚扰，在低频时占主导地位的是差模骚扰。在二十世纪八十年代初，学者Schneider采用实验测试方法，阐述了开关电源交流侧差模共模骚扰

6、相关等效电路。在这一期问，专家Mark．J．Nave研究了开关电源电磁骚扰的产生机理【I41，和共模差模的传播路径，并得到相应的等效电路。在二十世纪八十年代末，学者Mark．J．Nave研究了开关电源中占空比和电压上升时间对共模骚扰的相关影响，他认为共模骚扰与占空比、电压上升时问，与直流电压I晤值、开关变换器对地寄生电容及开关频率是成正比关系【J5】。谣门子公司研究了S～10kVA的IGBT存zi同工作电流、电压、开关频率、门电路、接地状况、温度、模块割装以砹附加元件等情况下的差模与共模传导骚扰源

7、，认为续流二极管的反向恢复电流是重要的差模骚扰源。并指出，对骚扰的频谱有一定的影响的还有负载的杂散参数【l61。对于刁i同生产厂家但相关额定值相同的开关变换器其骚扰频谱大致是类似相同的，彳i同的地方也就是在3MHz频率范围以上，这主要是由于不同的生产厂家的开关变换器的电流、电压的上升和下降时间的刁i同。另外，散热器是否安全接地对骚扰频谱有很大的影响，因此总结出骚扰频谱与开关对地的寄生电容值的大小有重要关系的结论。，对斩波电路的研究主要由S．Guttowski等人进行了相关的研究【17】，从研究中总

8、结出骚扰频谱是随着直流输入电压成线性升高的，并随着频率也是成线性升高的，然而驱动电阻在1MHz以下时频谱基本=1i随驱动电阻线性变化，但在1MHz以上是变化的，而负载电流可以说对骚扰频谱是没有影响的。通过折中考虑开关变换器的电磁骚扰，学者A．Concoli提出了新的驱动控制方法，认为驱动电路与电压、电流的上升和下降时间与开关变换器能承受的电压和电流是刁i相关的，认为开关变换器有两个驱动，一个主要负责开关的开通，而另一个主要负责开关的关断，因此小一定要求两个驱动电阻完全～样，可以取彳