中心議題：
- 分析電力電子設(shè)備中傳導(dǎo)電磁干擾噪聲產(chǎn)生的機理
- 分析討論幾種主要EMI噪聲源建模和測量方法
- 采用雙電流探頭法進行驗證實驗并實際測量了噪聲源內(nèi)阻抗，結(jié)果較滿意
解決方案：
- 對EMI傳導(dǎo)噪聲進行濾波，提高EMC性能，降低電磁干擾
- 采用雙電流探頭法，具有較好的精度
引言
電力電子設(shè)備作為電源與控制設(shè)備，由于進行電能變換時的高效率而在許多行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，在電力電子設(shè)備為人類生產(chǎn)、生活帶來巨大便利的同時，因其開關(guān)工作方式，使電磁兼容性能受到挑戰(zhàn)，一方面，不良的電磁兼容性能不僅對外造成干擾，影響其它設(shè)備的正常工作，另一方面，電力電子設(shè)備本身也會受到電磁干擾的影響，使其可靠性下降，如何降低電磁干擾，提高電磁兼容性已成為迫在眉睫的問題，傳統(tǒng)的方法是采用濾波技術(shù)，但是EMI(電磁干擾)濾波器設(shè)計的必要前提是對電力電子設(shè)備EMI噪聲源的測量與分析，本文詳細(xì)介紹了電力電子設(shè)備EMI噪聲源的測量與分析。
EMI噪聲源產(chǎn)生機理
電力電子設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾通過傳導(dǎo)和輻射耦合到敏感設(shè)備，在電力電子設(shè)備中，傳導(dǎo)是電力電子設(shè)備干擾傳播的重要途徑，也是在電磁兼容技術(shù)中應(yīng)著重考慮的。
電力電子設(shè)備的干擾源主要集中在功率開關(guān)器件以及與之相連的散熱器和高頻變壓器上，電力電子設(shè)備高功率密度、高電流/電壓變化率的特點導(dǎo)致其EMI問題特別嚴(yán)重。
電力電子設(shè)備中功率器件的快速通斷產(chǎn)生了較大的dv/dt和di/dt，一方面在布線電感上產(chǎn)生了很大的尖峰電壓Ldi/dt，疊加在開關(guān)管兩端，提高了開關(guān)管的電壓應(yīng)力；另一方面，由于電路中存在寄生參數(shù)，和dv/dt、dildt相互作用產(chǎn)生了高頻噪聲電流，形成了很強的電磁干擾，
電力電子設(shè)備電磁干擾源的位置較為清楚，主要集中在功率開關(guān)器件、二極管以及與之相連的散熱器和高頻變壓器上，另外印制板布線不當(dāng)也是引起電磁干擾的一個主要因素為了散熱，功率器件MOSFET的漏極、源極和金屬外殼之間有一個很薄的絕緣層，金屬外殼和散熱器緊緊貼在一起，由于安全原因和機械結(jié)構(gòu)的考慮，散熱器通常接地，這就使得MOSFET的漏極、源極和地之間存在寄生電容，當(dāng)功率器件快速通斷時，共模電流流過開關(guān)管對地的寄生電容，
當(dāng)MOSFET關(guān)斷時，高頻變壓器的漏感所產(chǎn)生的反電勢E＝-Ldi/dt，其值與漏極的電流變化率di/dt以及漏感量成正比，疊加在開關(guān)管兩端，形成關(guān)斷電壓尖峰，增大了dv/dt，
輸出整流二極管對地存在寄生電容，當(dāng)MOSFET通斷時，共模電流流過輸出整流二極管對地的寄生電容，另外當(dāng)輸出整流二級管截止時，二極管反向恢復(fù)電流在變壓器漏感和其他分布參數(shù)的影響下將產(chǎn)生額外的高頻噪聲。
根據(jù)傳導(dǎo)干擾方式的不同，可以把電磁干擾源分為共模(CM)和差模(DM)兩種形式，它們產(chǎn)生的內(nèi)部機理有所不同，共模干擾是指通過相線、對地寄生電容，再由地形成的回路干擾，它主要是由較高的dv/dt與寄生電容間的相互作用而產(chǎn)生的高頻振蕩；差模干擾是指相線之間的干擾，直接通過相線與電源形成回路，它主要是由電力電子設(shè)備產(chǎn)生的脈動電流引起的，差模和共模干擾各自的回路，差模干擾電流為1DM，共模干擾電流。
傳導(dǎo)EMI噪聲源建模分析
EMI濾波器是抑制電磁干擾的有效措施，但目前國內(nèi)外進行EMI濾波器設(shè)計時，事先并不知道噪聲源的內(nèi)部干擾源和阻抗，設(shè)計時往往忽略了噪聲源的內(nèi)阻抗，進行一種通用的EMI濾波器設(shè)計，由于各噪聲源的內(nèi)阻抗并不相同，而干擾源阻抗和濾波器阻抗之間的匹配關(guān)系直接影響到濾波器的濾波效果，因此，準(zhǔn)確估計電力電子設(shè)備內(nèi)部阻抗對于電磁干擾的有效抑制有著重要意義.
目前噪聲源阻抗測量主要有以下幾種方法：
a.諧振法
諧振法通過加入電感器并使之與設(shè)備傳導(dǎo)干擾的等效內(nèi)阻抗發(fā)生諧振，從諧振頻率和品質(zhì)因數(shù)推知電磁干擾的等效阻抗，該方法的使用頻率段窄(≤1 MHz)且實施起來很繁瑣，具體原理如下：
若開關(guān)電源噪聲源用諾頓等效電路表示，則(諧振測量的)原理電路。
為了測量開關(guān)電源噪聲源等效電路的參數(shù)，在其前端并入開關(guān)S，和可調(diào)負(fù)載電感L，如果將頻譜分析儀的寬頻電流探頭插入源和負(fù)載之間，則當(dāng)S關(guān)閉時，電流探頭可測得噪聲源流經(jīng)S。當(dāng)L打開，調(diào)整L使整個回路諧振時，電流探頭可以測得流過L的諧振電流L注意這里L(fēng)是L和S的等效電感，并等效為并聯(lián)諧振電路，其Q值為：
b.插入損耗法
插入損耗法通過并入一個已知的電感，由插入損耗曲線得出設(shè)備傳導(dǎo)干擾等效內(nèi)阻抗的幅頻特性曲線， 如果在A和R之間加上濾波器通過R的噪聲電壓將會減小，這種變化定義為插入損耗.
該方法具有較好的理論基礎(chǔ)，但同樣存在阻抗相位測量精度低、未能提取出有效等效電磁干擾源的信息、適用頻段窄的缺點。
c.改進的插入損耗法
該模型參數(shù)估計法在LISN和設(shè)備之間引入已知阻抗特性的濾波元件(串聯(lián)或者并聯(lián))，通過考查LISN端口干擾電壓和電流的變化關(guān)系計算出等效噪聲源和內(nèi)阻抗，以差模噪聲源和內(nèi)阻抗的估計方法為例：
首先將設(shè)備以浮地方式消除共模干擾的影響，當(dāng)并聯(lián)上阻抗Z后，在LISN側(cè)等效噪聲負(fù)載變 .
d.雙電流探頭法
該測定方法采用兩個電流探頭，一個作為注入式探頭，另一個作為檢測式探頭，通過仔細(xì)地校準(zhǔn)和測試，可以分別得到開關(guān)電源在EMC規(guī)定范圍的各頻率點的CM、DM阻抗，并且具有較好的精度，
如圖5所示，雙電流探頭法測試的實驗裝置包括了一個注入式電流探頭、一個檢測式電流探頭、一個信號發(fā)生器和一個頻譜分析儀，要測量的未知阻抗以b端的阻抗Z來表示，信號發(fā)生器輸出一正弦波信號V注入到注入式電流探頭，于是電路中就產(chǎn)生L的電流，頻譜分析儀可以檢測到L對檢測式電流探頭的作用結(jié)果，通過信號發(fā)生器不同頻率點輸出的調(diào)節(jié)，就可以在檢測式電流探頭端獲取不同頻率點的值，
測量實驗結(jié)果
本文基于電流探頭法對EMI噪聲源內(nèi)阻抗進行了驗證，實驗裝置如圖7所示，其中兩個電容分別接在L—E線和N—E線之間，為使該電路的Z可重復(fù)進行測量并盡量保持恒定，該兩電容必須固定在印刷電路板上，同時注入式和檢測式電流探頭在電路板上也必須有其固定位置，PCB與測試設(shè)備間的連線必須盡量的短，以減小導(dǎo)線布局引起的寄生效應(yīng)，這種位置固定的測試，其優(yōu)點是一旦電路校準(zhǔn)后，測得的Z不但適用于CM測試，同樣也適用于DM測試，可大大提高測試的速度。
驗證實驗如下，取已知阻抗的電路元件作為被測試件進行測試，將信號發(fā)生器輸出信號輸入到注入式電流探頭，有一導(dǎo)線穿過兩個電流探頭與待測阻抗構(gòu)成回路，檢測式電流探頭通過耦合將感應(yīng)到的信號輸人至放大器進行放大，而后送人頻譜儀進行檢測，圖中虛線由高頻阻抗儀(電子部41所生產(chǎn)的AV2782型)測量結(jié)果，實線是通過雙電流探頭法測量和分析后得到的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)阻抗儀測得結(jié)果與實驗測得結(jié)果吻合較好這說明電流探頭法測試精度較高，可以用于噪聲源內(nèi)阻抗測量，
結(jié)論
電力電子設(shè)備由于電磁兼容性能差而影響了其廣泛應(yīng)用，因此提高EMC性能，降低電磁干擾就顯得十分重要，而其中EMI傳導(dǎo)噪聲濾波是有效方法之一，特別是EMI噪聲源的測定與分析是設(shè)計EMI濾波器的前提條件，本文詳細(xì)分析了電力電子設(shè)備中傳導(dǎo)電磁干擾噪聲產(chǎn)生的機理，然后分析討論了幾種主要EMI噪聲源建模和測量方法，同時采用雙電流探頭法進行了驗證實驗并實際測量了噪聲源內(nèi)阻抗，結(jié)果較滿意，通過本文開展的噪聲源建模研究，能準(zhǔn)確地反映裝置內(nèi)傳導(dǎo)干擾特性，有利于幫助設(shè)計人員認(rèn)清傳導(dǎo)干擾的性質(zhì)，指導(dǎo)EMI濾波器的設(shè)計，從而降低裝置對外傳導(dǎo)干擾發(fā)射，達到EMC國際標(biāo)準(zhǔn)。
