大家好,隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展,功率器件的開關(guān)速度越來越快,器件開關(guān)暫態(tài)造成的EMI問題也越來越嚴(yán)重,目前自己對于此方面的知識相對欠缺,因此想系統(tǒng)性的梳理一下電力電子相關(guān)EMC知識,記錄一下自己的學(xué)習(xí)過程。。。。。。
01. EMC基本定義
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國際電工委員會(huì)對電磁兼容(Electromagnetic Compatibility,EMC)的定義為:設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能夠正常工作且不對該環(huán)境中的任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。根據(jù)該定義,電磁兼容的研究包括兩個(gè)基本范疇:電磁干擾 (Electromagnetic Interference,EMI) 和 電磁敏感性 (Electromagnetic Susceptibility, EMS)。EMI是指設(shè)備或系統(tǒng)向外發(fā)出電磁噪聲,EMS則指電氣產(chǎn)品抵抗外界電磁噪聲的能力。
02. EMI基本要素
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電磁干擾的三個(gè)基本要素包括:干擾源、耦合途徑以及敏感設(shè)備。
干擾源:指產(chǎn)生電磁干擾的任何元件、器件、設(shè)備、系統(tǒng)或自然現(xiàn)象。對于電力電子變流器而言,干擾源主要集中在功率開關(guān)器件以及電感器、變壓器等磁性元件。
耦合途徑:指將電磁干擾能量傳輸?shù)绞芨蓴_設(shè)備的通路或媒介。
敏感設(shè)備:指受到電磁干擾的設(shè)備,或者說對電磁干擾發(fā)生影響的設(shè)。
03. EMI耦合途徑
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電磁干擾可分為傳導(dǎo)耦合和輻射耦合兩大類。其傳導(dǎo)干擾主要通過導(dǎo)電介質(zhì)把一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)上的信號耦合(干擾)到另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò),傳導(dǎo)干擾可以進(jìn)一步分為共模干擾和差模干擾,導(dǎo)電介質(zhì)可包括導(dǎo)線、供電電源、機(jī)架、接地平面、互感或電容等。輻射干擾途徑是干擾源的能量以電磁場的形式傳播,其頻率范圍比傳導(dǎo)噪聲頻率寬很多。輻射干擾根據(jù)觀察點(diǎn)與干擾源的距離 γ 又可分為近場干擾和遠(yuǎn)場干擾。一般把 γ < λ/2π 范圍內(nèi)的干擾視為近場干擾,把 γ > λ/2π 范圍外的干擾視為遠(yuǎn)場干擾,其中λ為干擾源中最高頻率分量的電磁波長。在近場條件下,電場和磁場必須分別考慮,因此近場干擾再次分為電場耦合與磁場耦合[1]。
04. 電力電子EMI特殊性
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1)電力電子設(shè)備處理電壓、電流大,電壓、電流變化率也很高,因此產(chǎn)生的干擾強(qiáng)度較大,相對于其它電子產(chǎn)品的數(shù)字電路而言,電力電子產(chǎn)品的干擾源較為明晰,主要集中在功率開關(guān)器件以及電感器、變壓器等磁性元件。關(guān)于目前功率器件dv/dt和di/dt相關(guān)科普可以參考老耿以前的文章:功率器件的dv/dt和di/dt有多大?
2)相對電磁干擾波長而言,大部分功率變流器的尺寸較小(電尺寸),因此電力電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾主要以傳導(dǎo)干擾和近場干擾為主,關(guān)于電力電子裝置電尺寸的知識可以參考老耿以前的另一篇文章:電力電子中的電大、電小尺寸?
參考文獻(xiàn):[1]陳瑋, 功率變流器傳導(dǎo)的近場耦合建模, 浙江大學(xué)博士論文 2006.