中心議題：

• 分析電力電子設備中傳導電磁幹擾噪聲產生的機理
• 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並實際測量了噪聲源內阻抗，結果較滿意

解決方案：

• 對EMI傳導噪聲進行濾波，提高EMC性能
  ，降低電磁幹擾
• 采用雙電流探頭法，具有較好的精度
  

引言
電力電子設備作為電源與控製設備，由於進行電能變換時的高效率而在許多行業得到了廣泛的應用
，在電力電子設備為人類生產
、生(sheng)活(huo)帶(dai)來(lai)巨(ju)大(da)便(bian)利(li)的(de)同(tong)時(shi)，因(yin)其(qi)開(kai)關(guan)工(gong)作(zuo)方(fang)式(shi)
，使(shi)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)性(xing)能(neng)受(shou)到(dao)挑(tiao)戰(zhan)，一(yi)方(fang)麵(mian)，不(bu)良(liang)的(de)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)性(xing)能(neng)不(bu)僅(jin)對(dui)外(wai)造(zao)成(cheng)幹(gan)擾(rao)，影(ying)響(xiang)其(qi)它(ta)設(she)備(bei)的(de)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)
，另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian)，電(dian)力(li)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)本(ben)身(shen)也(ye)會(hui)受(shou)到(dao)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)的(de)影(ying)響(xiang)
，使(shi)其(qi)可(ke)靠(kao)性(xing)下(xia)降(jiang)
，如(ru)何(he)降(jiang)低(di)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)，提(ti)高(gao)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)性(xing)已(yi)成(cheng)為(wei)迫(po)在(zai)眉(mei)睫(jie)的(de)問(wen)題(ti)，傳(chuan)統(tong)的(de)方(fang)法(fa)是(shi)采(cai)用(yong)濾(lv)波(bo)技(ji)術(shu)，但(dan)是(shi)EMI(電磁幹擾)濾波器設計的必要前提是對電力電子設備EMI噪聲源的測量與分析，本文詳細介紹了電力電子設備EMI噪聲源的測量與分析。
　　
EMI噪聲源產生機理
電dian力li電dian子zi設she備bei產chan生sheng的de電dian磁ci幹gan擾rao通tong過guo傳chuan導dao和he輻fu射she耦ou合he到dao敏min感gan設she備bei，在zai電dian力li電dian子zi設she備bei中zhong，傳chuan導dao是shi電dian力li電dian子zi設she備bei幹gan擾rao傳chuan播bo的de重zhong要yao途tu徑jing，也ye是shi在zai電dian磁ci兼jian容rong技ji術shu中zhong應ying著zhe重zhong考kao慮lv的de。

電力電子設備的幹擾源主要集中在功率開關器件以及與之相連的散熱器和高頻變壓器上
，電力電子設備高功率密度、高電流/電壓變化率的特點導致其EMI問題特別嚴重。
 
電力電子設備中功率器件的快速通斷產生了較大的dv/dt和di/dt
，一方麵在布線電感上產生了很大的尖峰電壓Ldi/dt
，疊加在開關管兩端，提高了開關管的電壓應力；另一方麵，由於電路中存在寄生參數
，和dv/dt、dildt相互作用產生了高頻噪聲電流，形成了很強的電磁幹擾，
 
電力電子設備電磁幹擾源的位置較為清楚，主要集中在功率開關器件、二極管以及與之相連的散熱器和高頻變壓器上
，另外印製板布線不當也是引起電磁幹擾的一個主要因素為了散熱
，功率器件MOSFET的漏極、源(yuan)極(ji)和(he)金(jin)屬(shu)外(wai)殼(ke)之(zhi)間(jian)有(you)一(yi)個(ge)很(hen)薄(bo)的(de)絕(jue)緣(yuan)層(ceng)，金(jin)屬(shu)外(wai)殼(ke)和(he)散(san)熱(re)器(qi)緊(jin)緊(jin)貼(tie)在(zai)一(yi)起(qi)


，由(you)於(yu)安(an)全(quan)原(yuan)因(yin)和(he)機(ji)械(xie)結(jie)構(gou)的(de)考(kao)慮(lv)，散(san)熱(re)器(qi)通(tong)常(chang)接(jie)地(di)，這(zhe)就(jiu)使(shi)得(de)MOSFET的漏極、源極和地之間存在寄生電容，當功率器件快速通斷時，共模電流流過開關管對地的寄生電容，
 
當MOSFET關斷時
，高頻變壓器的漏感所產生的反電勢E＝-Ldi/dt，其值與漏極的電流變化率di/dt以及漏感量成正比，疊加在開關管兩端
，形成關斷電壓尖峰，增大了dv/dt，

輸出整流二極管對地存在寄生電容
，當MOSFET通(tong)斷(duan)時(shi)，共(gong)模(mo)電(dian)流(liu)流(liu)過(guo)輸(shu)出(chu)整(zheng)流(liu)二(er)極(ji)管(guan)對(dui)地(di)的(de)寄(ji)生(sheng)電(dian)容(rong)，另(ling)外(wai)當(dang)輸(shu)出(chu)整(zheng)流(liu)二(er)級(ji)管(guan)截(jie)止(zhi)時(shi)
，二(er)極(ji)管(guan)反(fan)向(xiang)恢(hui)複(fu)電(dian)流(liu)在(zai)變(bian)壓(ya)器(qi)漏(lou)感(gan)和(he)其(qi)他(ta)分(fen)布(bu)參(can)數(shu)的(de)影(ying)響(xiang)下(xia)將(jiang)產(chan)生(sheng)額(e)外(wai)的(de)高(gao)頻(pin)噪(zao)聲(sheng)。

根據傳導幹擾方式的不同
，可以把電磁幹擾源分為共模(CM)和差模(DM)兩種形式
，它們產生的內部機理有所不同，共模幹擾是指通過相線
、對地寄生電容
，再由地形成的回路幹擾
，它主要是由較高的dv/dt與寄生電容間的相互作用而產生的高頻振蕩；chamoganraoshizhixiangxianzhijiandeganrao
，zhijietongguoxiangxianyudianyuanxingchenghuilu
，tazhuyaoshiyoudianlidianzishebeichanshengdemaidongdianliuyinqide

，chamohegongmoganraogezidehuilu，chamoganraodianliuwei1DM，共模幹擾電流。
　　
傳導EMI噪聲源建模分析
EMI濾波器是抑製電磁幹擾的有效措施，但目前國內外進行EMI濾波器設計時，事先並不知道噪聲源的內部幹擾源和阻抗
，設計時往往忽略了噪聲源的內阻抗
，進行一種通用的EMI濾(lv)波(bo)器(qi)設(she)計(ji)，由(you)於(yu)各(ge)噪(zao)聲(sheng)源(yuan)的(de)內(nei)阻(zu)抗(kang)並(bing)不(bu)相(xiang)同(tong)，而(er)幹(gan)擾(rao)源(yuan)阻(zu)抗(kang)和(he)濾(lv)波(bo)器(qi)阻(zu)抗(kang)之(zhi)間(jian)的(de)匹(pi)配(pei)關(guan)係(xi)直(zhi)接(jie)影(ying)響(xiang)到(dao)濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)濾(lv)波(bo)效(xiao)果(guo)

，因(yin)此(ci)，準(zhun)確(que)估(gu)計(ji)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)內(nei)部(bu)阻(zu)抗(kang)對(dui)於(yu)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)的(de)有(you)效(xiao)抑(yi)製(zhi)有(you)著(zhe)重(zhong)要(yao)意(yi)義(yi).

目前噪聲源阻抗測量主要有以下幾種方法：
a.諧振法
諧(xie)振(zhen)法(fa)通(tong)過(guo)加(jia)入(ru)電(dian)感(gan)器(qi)並(bing)使(shi)之(zhi)與(yu)設(she)備(bei)傳(chuan)導(dao)幹(gan)擾(rao)的(de)等(deng)效(xiao)內(nei)阻(zu)抗(kang)發(fa)生(sheng)諧(xie)振(zhen)，從(cong)諧(xie)振(zhen)頻(pin)率(lv)和(he)品(pin)質(zhi)因(yin)數(shu)推(tui)知(zhi)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)的(de)等(deng)效(xiao)阻(zu)抗(kang)，該(gai)方(fang)法(fa)的(de)使(shi)用(yong)頻(pin)率(lv)段(duan)窄(zhai)(≤1 MHz)且實施起來很繁瑣
，具體原理如下：
若開關電源噪聲源用諾頓等效電路表示
，則(諧振測量的)原理電路。

為了測量開關電源噪聲源等效電路的參數
，在其前端並入開關S，和可調負載電感L，如果將頻譜分析儀的寬頻電流探頭插入源和負載之間，則當S關閉時，電流探頭可測得噪聲源流經S。當L打開
，調整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注意這裏L是L和S的等效電感，並等效為並聯諧振電路，其Q值為：

b.插入損耗法
插入損耗法通過並入一個已知的電感
，由插入損耗曲線得出設備傳導幹擾等效內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，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幹擾源的信息、適用頻段窄的缺點。
 
c.改進的插入損耗法
該模型參數估計法在LISN和設備之間引入已知阻抗特性的濾波元件(串聯或者並聯)
，通過考查LISN端口幹擾電壓和電流的變化關係計算出等效噪聲源和內阻抗，以差模噪聲源和內阻抗的估計方法為例：
首先將設備以浮地方式消除共模幹擾的影響，當並聯上阻抗Z後，在LISN側等效噪聲負載變 .

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
，通過仔細地校準和測試
，可以分別得到開關電源在EMC規定範圍的各頻率點的CM
、DM阻抗，並且具有較好的精度
，
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

，信號發生器輸出一正弦波信號V注入到注入式電流探頭，於是電路中就產生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果，通過信號發生器不同頻率點輸出的調節，就可以在檢測式電流探頭端獲取不同頻率點的值，
　　
測量實驗結果
本文基於電流探頭法對EMI噪聲源內阻抗進行了驗證
，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可重複進行測量並盡量保持恒定
，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與測試設備間的連線必須盡量的短，以減小導線布局引起的寄生效應，這種位置固定的測試，其優點是一旦電路校準後
，測得的Z不但適用於CM測試
，同樣也適用於DM測試，可大大提高測試的速度。

驗yan證zheng實shi驗yan如ru下xia
，取qu已yi知zhi阻zu抗kang的de電dian路lu元yuan件jian作zuo為wei被bei測ce試shi件jian進jin行xing測ce試shi，將jiang信xin號hao發fa生sheng器qi輸shu出chu信xin號hao輸shu入ru到dao注zhu入ru式shi電dian流liu探tan頭tou，有you一yi導dao線xian穿chuan過guo兩liang個ge電dian流liu探tan頭tou與yu待dai測ce阻zu抗kang構gou成cheng回hui路lu，檢jian測ce式shi電dian流liu探tan頭tou通tong過guo耦ou合he將jiang感gan應ying到dao的de信xin號hao輸shu人ren至zhi放fang大da器qi進jin行xing放fang大da
，而er後hou送song人ren頻pin譜pu儀yi進jin行xing檢jian測ce
，圖tu中zhong虛xu線xian由you高gao頻pin阻zu抗kang儀yi(電子部41所生產的AV2782型)celiangjieguo
，shixianshitongguoshuangdianliutantoufacelianghefenxihoudedaodejieguo
，faxianzukangyicedejieguoyushiyancedejieguowenhejiaohaozheshuomingdianliutantoufaceshijingdujiaogao
，keyiyongyuzaoshengyuanneizukangceliang，
　　
結論 　　
電力電子設備由於電磁兼容性能差而影響了其廣泛應用，因此提高EMC性能
，降低電磁幹擾就顯得十分重要，而其中EMI傳導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計EMI濾波器的前提條件，本文詳細分析了電力電子設備中傳導電磁幹擾噪聲產生的機理


，然後分析討論了幾種主要EMI噪(zao)聲(sheng)源(yuan)建(jian)模(mo)和(he)測(ce)量(liang)方(fang)法(fa)，同(tong)時(shi)采(cai)用(yong)雙(shuang)電(dian)流(liu)探(tan)頭(tou)法(fa)進(jin)行(xing)了(le)驗(yan)證(zheng)實(shi)驗(yan)並(bing)實(shi)際(ji)測(ce)量(liang)了(le)噪(zao)聲(sheng)源(yuan)內(nei)阻(zu)抗(kang)，結(jie)果(guo)較(jiao)滿(man)意(yi)，通(tong)過(guo)本(ben)文(wen)開(kai)展(zhan)的(de)噪(zao)聲(sheng)源(yuan)建(jian)模(mo)研(yan)究(jiu)
，能(neng)準(zhun)確(que)地(di)反(fan)映(ying)裝(zhuang)置(zhi)內(nei)傳(chuan)導(dao)幹(gan)擾(rao)特(te)性(xing)，有(you)利(li)於(yu)幫(bang)助(zhu)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)認(ren)清(qing)傳(chuan)導(dao)幹(gan)擾(rao)的(de)性(xing)質(zhi)
，指(zhi)導(dao)EMI濾波器的設計，從而降低裝置對外傳導幹擾發射，達到EMC國際標準。