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电力电子装置传导电磁干扰特性测量的新方法

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电力电子装置传导电磁干扰特性测量的新方法和军平,姜建国,陈嬴(清华大学,北京100084)磁干扰的等效干扰源和等效内阻抗特性,有效地指导电源EMI滤波器的设计。本文对测量原理、测量步骤进行了详细介绍,并通过AC/DC变换器及其EMI滤波器的设计进行了。 通过上述测量和推导,即能得出变换器主电路在某一确定负载下反映较恶劣传导干扰发射工况的等效传导干扰模型。在实际装置中,辅助电源以及驱动电路也对外产生传导干扰,但相对主电路来讲较小,而且如有必要也可用上述测试方法加以细化,故而本处忽略其影响。 由图可见,虚线所示的差模内阻抗ZZ2主呈感性,共模内阻抗Z3在20MHz以下主呈容性,在25MHz时主电路杂散电容同电源输入引线的电感发生谐振,随后表现为感性。依传导干扰发射测量要求加入LISN,为获得相位信息,利用高精度记忆示波器Tek75 4C测量Vi、V2波形。电路中MOSFET开通时间仅40ns,为有效提取开关瞬态信息,采样率取500Ms/S……其中加号表示Vcm,菱形符号表示Vdm.通过上述处理,即得到了离线式AC/DC变换器的等效干扰源和等效内阻抗模型。 为验证上述模型的有效性,将LISN的50电阻改为25认测量整流二极管对角导通时其上电压波形,同时也可由等效模型得出25电阻上的预测电压波形。a、b分别为在主电路功率管关断和导通瞬态时V2的预测和实测的时域波形,可以看出两者波形相近。 变换器则同时给出了一个开关周期的V2预测电压波形和实测波形的幅频曲线,可以看出在5MHz以下两者的频谱包络线相近,在5MHz到25MHz相差小于3dB,从而表明本装置传导干扰的等效模型是比较准确的。 实测- V2预测和实测波形幅度频谱比较EMI滤波器的设计根据得出的传导干扰特性情况和已知的电网侧高频50阻抗,结合CISPR规定的B级传导干扰发射限值,即可确定EMI滤波器的衰减量。由可以看出传导干扰以共模分量为主,所以滤波器设计以共模衰减为主,取3dB裕量,设计共模滤波器电感量为2.6mH、共模滤波电容为4700pF.类似可得差模滤波器电感取10PH、电容取0.22F.*终设计出电路如所示。为保证滤波器的高频性能,在装配时保持适当的间隔以减少不必要的杂散耦合。将所设计滤波器加到变换器中,在额定负载下测量其传导干扰发射。中绘出了由ESA1500频谱分析仪测量的变换器在未加滤波器时和加滤波器后的传导干扰发射。其中由于实际滤波器的磁损和杂散电容的存在,导致实际滤波性能有所下降,本设计虽然满足了CISPR22B级传导干扰发射要求,但在较高频段实际的衰减量比所预计的小些。 EMI滤波器设计电路图变换器无滤波器和加滤波器后传导干扰发射4结论采用测量离线式变换器电网侧引线端子阻抗及线性阻抗稳定网络LISN传导干扰电压,进而得出装置对电网侧等效干扰源及等效阻抗的方法能够较准确地反映装置内传导干扰特性,有利于帮助设计人员认清传导干扰的性质,指导EMI滤波器的设计,从而降低装置对外传导干扰发射,达到EMC国际标准。实验结果证明了本方法的有效性,可为中、小功率离线式变换器的EMC分析和设计提供一种便捷方法。

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