大家好,隨著電力電子技術的快速發展,功率器件的開關速度越來越快,器件開關暫態造成的EMI問題也越來越嚴重,目前自己對于此方面的知識相對欠缺,因此想系統性的梳理一下電力電子相關EMC知識,記錄一下自己的學習過程。。。。。。
01. EMC基本定義
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國際電工委員會對電磁兼容(Electromagnetic Compatibility,EMC)的定義為:設備或系統在其電磁環境中能夠正常工作且不對該環境中的任何事物構成不能承受的電磁騷擾的能力。根據該定義,電磁兼容的研究包括兩個基本范疇:電磁干擾 (Electromagnetic Interference,EMI) 和 電磁敏感性 (Electromagnetic Susceptibility, EMS)。EMI是指設備或系統向外發出電磁噪聲,EMS則指電氣產品抵抗外界電磁噪聲的能力。
02. EMI基本要素
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電磁干擾的三個基本要素包括:干擾源、耦合途徑以及敏感設備。
干擾源:指產生電磁干擾的任何元件、器件、設備、系統或自然現象。對于電力電子變流器而言,干擾源主要集中在功率開關器件以及電感器、變壓器等磁性元件。
耦合途徑:指將電磁干擾能量傳輸到受干擾設備的通路或媒介。
敏感設備:指受到電磁干擾的設備,或者說對電磁干擾發生影響的設。
03. EMI耦合途徑
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電磁干擾可分為傳導耦合和輻射耦合兩大類。其傳導干擾主要通過導電介質把一個電網絡上的信號耦合(干擾)到另一個電網絡,傳導干擾可以進一步分為共模干擾和差模干擾,導電介質可包括導線、供電電源、機架、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,其頻率范圍比傳導噪聲頻率寬很多。輻射干擾根據觀察點與干擾源的距離 γ 又可分為近場干擾和遠場干擾。一般把 γ < λ/2π 范圍內的干擾視為近場干擾,把 γ > λ/2π 范圍外的干擾視為遠場干擾,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)電力電子設備處理電壓、電流大,電壓、電流變化率也很高,因此產生的干擾強度較大,相對于其它電子產品的數字電路而言,電力電子產品的干擾源較為明晰,主要集中在功率開關器件以及電感器、變壓器等磁性元件。關于目前功率器件dv/dt和di/dt相關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),因此電力電子設備產生的干擾主要以傳導干擾和近場干擾為主,關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:[1]陳瑋, 功率變流器傳導的近場耦合建模, 浙江大學博士論文 2006.