单相逆变器共模EMI分析及有源抑制技术研究

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1、华中科技大学硕士学位论文单相逆变器共模EMI分析及有源抑制技术研究姓名：周运斌申请学位级别：硕士专业：电力电子与电力传动指导教师：张凯20060430摘要电力电子技术的发展使得采用脉宽调制（PWM）方式的逆变器得到了广泛的应用，如变频器，不间断电源（UPS）等。然而，高速半导体开关器件，如IGBT、MOSFET的高频通断会产生很高的dv/dt，di/dt，形成很强的电磁干扰（EMI），其频率可从几kHz直到数十MHz，严重的超出EMC标准的极限值要求。本文研究内容主要有三个方面：单相全桥逆变器共模干扰建

2、模与预测；基于驱动脉冲自校正的逆变器共模干扰抑制技术；基于共模电流能量的共模干扰评估算法。分析和阐明单相全桥逆变器传导共模通路，并指出共模传导干扰是由于逆变器桥臂中点对参考地的很大的dv/dt对寄生电容的充放电作用。在分析已有单相逆变器等效电路模型的基础上，发现其串联等效方式不能很好的解释某些实验现象，从而提出了基于并联等效的逆变器共模干扰等效电路。给出了模型在梯形波激励下的时域解表达式，指出共模电流是一个衰减振荡波形。在频域分析中，150kHz－30MHz范围内仿真频谱和实测频谱的对比基本一致，证明了

3、所提出的模型的正确性。分析了各种调制策略下，单相全桥逆变器共模电流情况。指出双极性调制下，两桥臂产生的dv/dt可互相抵消，共模干扰应明显小于单极倍频调制下，且理论上为0。但实际系统中驱动脉冲传输延时不一致，导致桥臂中点电位跳变时刻不一致使得共模干扰较理论分析大很多。针对上述情况，提出了基于脉冲前沿自校正的逆变器共模干扰抑制技术。通过调整桥臂对管驱动脉冲的前沿及后沿，使桥臂中点电位跳变严格反向，从而使两桥臂产生的dv/dt相互抵消。提出了基于共模电流能量的共模干扰评估算法及基于智能搜索的脉冲前沿调整策略

4、，并通过仿真给出了在各种不同情况下脉冲时差与共模电流能量的关系。在TI新一代DSPTMS320F2812控制的实验平台进行实验，结果证明脉冲前沿调整后，逆变器共模电流幅值明显减小，共模干扰频谱各频次分量均有下降。而且，此时逆变器输出波形质量仍非常好，THD值非常低，有很强的实践指导意义。关键词：单相全桥逆变器共模干扰等效电路脉冲前沿共模电流能量自动搜索算法DSP2812IAbstractWiththedevelopmentofpowerelectronics,PWMinvertersaregetting

5、morewidelyused,suchasPWMdrives,UPSetc.However,highfrequencyswitchingofpowersemiconductordeviceslikeIGBTsandMOSFETsbringhighdvdtanddidt,whichproducelargeelectromagneticinterference(EMI)fromseveralkilohertztotensofmillionhertzandtheelectromagneticcompatibi

6、lity(EMC)standardisnotmet.Theresearchworkofthispaperincludesthreeaspects:1)analysisoftypicalcharacteristicsofcommonmode(CM)EMIandpredictionofCMEMIspectrumofsingle-phasefull-bridgeinverter;2)reductionofCMEMIthroughautomatictuningofgatingsignals;and3)evalu

7、ationofCMnoiselevelbasedontheenergyofCMcurrent.ThesourceandpropagationpathofCMEMIinsingle-phaseinvertersareinvestigated.TheconclusionisthatCMEMIisduetothedvdtcharginganddischargingtheparasiticcapacitorsofthepowerdevices.Afterexaminingtheexistingcircuitmo

8、delofCMcurrent,someshortageofthemodelhasbeenfound.Anewparallelcircuitmodelisproposed.Time-andfrequency-domainanalysisareconductedtoobtainCMcurrentwaveformsundertrapezoidalexcitementandCMnoisespectrain150kHz-30MHzfrequencyr