电力电子装置电磁兼容研究最新进展

电力电子装置电磁兼容研究最新进展

朱善杰刘瑞英

（国网临汾供电公司041000；山西电力职业技术学院030001）

摘要：现阶段，电磁兼容得到了推广与采用，尤其在电力电子范围中得到了较多关注。对此，本文通过PCB的优化与CAD技术研究，EMI滤波器的寄生效应研究、电磁计算技术等多项内容，分析电力电子装置电磁兼容研究最新进展。

关键词：电力电子装置；电磁兼容；前景研究

目前，电力电子装置的电磁兼容研究处于起步状态。其技术研究包含：功率变流器的电磁干扰建模、抑制技术、电机传动的电磁干扰建模、EMI滤波器等。但要注意，其研究结果仍然在实验室时期，有待进一步研究。电力电子装置的电磁干扰问题与今后产品的电磁兼容系统化设计具有重要影响。

一、功率变流器的电磁干扰建模和抑制技术

其电磁干扰建模主要针对传导EMI的建模，关于辐射EMI建模研究较少。电磁干研究，预测与设计的前提为EIM建模，建立科学、合理、精准的模型成为EMI性能高低的决定因素。电磁干建模通常可以划分为多个研究范围，即：辐射电磁干扰建模、传导电磁干扰建模。

（一）辐射电磁干扰

通过资料、文献查阅得出建模思路主要为开关电源的近场干扰。其思路为：首先建立开关电源传输线模型，得到干扰电压和电流。在其阶段会涉及到仿真应用程序的应用。随后，通过磁偶极子、电偶极子模仿PCB导线，进而得出电源近场干扰。在其计算时首先需要统计出电偶极子上的干扰电压。

（二）传导电磁干扰

其模型主要分为3种内容。第一，获得PCB寄生值。EMC设计的主要步骤是得到分布值，随后建立线路板的高频模型。现阶段，可以通过2种形式获得分布值，即：解析法、数值法。通过数值法得到方程Maxwell方程式得出不同状态印制导线分布数值，为得出印制导线分布数值首先需要运用解析法。

第二，开关元件模型。开关的瞬时转换对功率变流器EMI的影响是直接的。因此，确定模拟开关元件的瞬态特点成为模型构建的决定因素，半导体物理模型的建立、子电路模型建立是其重要途径。

第三，建立无源构件模型。电容器、电缆、电感器、导线等是一种常见的无源构件。电容器的高频型具有简便特点，通常应用在传导EMI研究中。精准的模型还需要通过电容器的物理组织进行分析。

（三）功率变流器的电磁干扰抑制技术

1、软电源技术

根据文献内的方法得出：软电源技术可以降低辐射与传导EMI的发射，其中多数软件开关技术经过带入辅助电路确保主电路的功率器件，进而达到软开关技术。不过，在实际检测中发现：传导EMI在低频中的软开关形式未有显著降低，只是在高频段上有一定的变化。另一方面，在软开关技术阶段带入辅助电路的谐振电流环路对EMI的电频存在附加作用。

2、低共模干扰变流器与传导干扰反相抵消技术

根据建立稳态节点共模的EMI抑制技术，其方法有效防止了Boost电路内的散热器和开关元件漏极间的寄生电容对共模的影响，其关键在于电路内的稳态节点。或是抵消Buck--Boost,Forward与Buck变流器内对共模的干扰，该方法主要是增加电容器与补偿变压器绕组。

3、调节策略方法

通过变频PFM形式能够有效降低传导EMI的发射。不过，也有另一种看法提出：通过PWM干扰抑制技术也能够降低EMI的发射。

二、电机传动器电磁干扰模型构建与抑制技术

（一）电磁干扰模型构建

电力传动器中的电磁干扰建模涉及软件仿真、测量方法。当然，也包含EMI噪声传播与EMI噪声源的模型构建。噪声传播途径也包含寄生数值和连接器、电缆、接地线等。噪声源模型建立分为时域模型建立、频域模型建立。

（二）电磁干扰抑制技术

电磁干扰的首要问题为共模影响。现阶段，针对这一问题可以通过有源滤波技术、无源滤波技术。有源滤波技术主要针对消除EMI噪声，具有体积小特点。无源滤波技术则是抑制传导EMI噪声影响。

三、EMI滤波器的寄生效应研究

（一）建立寄生效应模型

在不同文献中通过一些形式建立滤波器的元件模型，进而预测EMI滤波器的高频特点、研究寄生数值与滤波器的滤波电感。此外，也有文献通过测量共模电感，进而建立共模电感的高频模型。在实际中找出差模电感参数，共模电感参数，不同绕组的寄生电容，绕组内部匝间的寄生电容和磁芯电阻、绕组导线电阻。

（二）消除EMI滤波器寄生值

怎样降低滤波器内的电容器引线是、成为当务之急。现阶段，其有效形式分为：消除电容器的等效串联电感、电容器的磁场耦合。此外，想要消除滤波电容器引线电感效应，还可以在支路上带入负电感设计形式。

四、PCB电磁干扰优化设计CAD技术

经过计算系统导入PCB设计文件进而判断PCB的影响区域。随后，在知识库内找到有效方法。或是通过CCAD预测PCB板形成的辐射水平。有限元研究也是当下应用较多的技术，进而划分模型的离散网格。随后，得出不同网格点Maxwell方程得出结果。

结语：

现阶段，我国的一些研究技术仍然存在诸多不足，有待深入分析。不过，也有一些研究工作效果显著。世界上的EMC要求与标准越来越严格。因此，还应该做好对EMC的研究与完善。

参考文献：

[1]张波.电力电子系统电磁兼容分析方法与干扰抑制技术专辑-主编述评[J].电源学报,2017（03）.

[2].“电力电子系统电磁兼容分析方法与干扰抑制技术”专辑征文启事[J].电源学报,2016（02）.

[3].“电力电子系统电磁兼容分析方法与干扰抑制技术”专辑征文启事[J].电源学报,2016（03）.