技術(shù)資訊 I 如何減少逆變器中的電磁干擾

耀創(chuàng)深圳

本文要點

逆變器是用于將輸入直流電轉(zhuǎn)換為輸出交流電的一種電路。

在高頻開關(guān)操作時，電源開關(guān)會產(chǎn)生較大的 dv/dt 和 di/dt 值，從而導(dǎo)致逆變器中產(chǎn)生電磁干擾 (EMI)。

使用軟開關(guān)的逆變器稱為諧振逆變器。

逆變器是用于將輸入的直流電轉(zhuǎn)換為輸出交流電的一種電路。逆變器可用于電池供電系統(tǒng)、可再生能源系統(tǒng)、不間斷電源、電機(jī)驅(qū)動等。逆變器是一種電力電子轉(zhuǎn)換器，能夠?qū)⑤斎氲闹绷麟娹D(zhuǎn)換為具有所需振幅和頻率的交流電。

逆變器使用開關(guān)器件，無論在何處使用，逆變器都是電磁干擾的主要來源，因此，如何減少逆變器的電磁干擾是工業(yè)系統(tǒng)工程師面臨的一大難題。在本文中，我們將討論逆變器如何產(chǎn)生電磁干擾，以及可用于降低電磁干擾的軟開關(guān)方法。

1
逆變器的運行和電磁干擾的產(chǎn)生

逆變器的輸入可以是電池、光伏板、燃料電池或任何直流電源。通過正確控制 BJT、MOSFET 或 IGBT 等開關(guān)器件，可在輸出端獲得具有所需振幅和頻率的交流電壓。根據(jù)開關(guān)器件導(dǎo)通和關(guān)斷的頻率（開關(guān)頻率），輸出電壓將更接近正弦波。

通常，逆變器采用脈寬調(diào)制 (PWM) 方案來控制開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷。較高的開關(guān)頻率可降低輸出電壓中的諧波含量（即總諧波失真，THD），并向連接的負(fù)載提供正弦波形。然而，在選擇高開關(guān)頻率來降低 THD 的過程中，會導(dǎo)致逆變器中產(chǎn)生電磁干擾。


逆變器

2
逆變器硬開關(guān)產(chǎn)生的電磁干擾

硬開關(guān)是指逆變器中的開關(guān)器件。當(dāng)電源開關(guān)接通時，其兩端的電壓為零，并有一定的電流流過。當(dāng)開關(guān)斷開時，電流停止流動，其兩端電壓有一個確定的值。器件從接通到關(guān)斷，其兩端電壓變化很大。同樣，從關(guān)斷到接通也會導(dǎo)致電流發(fā)生劇烈變化。這種類型的開關(guān)稱為硬開關(guān)。

在硬開關(guān)操作時，電源開關(guān)會出現(xiàn)較大的 dv/dt 和 di/dt 值，從而產(chǎn)生電磁干擾。逆變器工作時產(chǎn)生的電磁干擾會誤觸發(fā)自身的控制電路，或干擾附近的電路。因此，減少與硬開關(guān) PWM 逆變器相關(guān)的電磁干擾非常重要。

3
如何減少逆變器中的電磁干擾

確定如何減少逆變器中的電磁干擾是設(shè)計人員必須高度重視的問題。在這方面，有多種技術(shù)可供選擇；EMI 濾波器就是其中一種方法，通常用于逆變器的輸入端和輸出端，以減少 EMI。

EMI 濾波器有很多類型，包括共模 EMI 濾波器和差分 EMI 濾波器，用于最大限度地降低逆變器直流側(cè)和交流側(cè)的電磁干擾。然而，即便這些濾波器能減少電磁干擾，硬開關(guān)仍會產(chǎn)生電磁干擾。因此，我們要使用軟開關(guān)來減少電磁干擾的產(chǎn)生。

軟開關(guān)


當(dāng)逆變器中電源開關(guān)兩端的電壓和/或通過的電流為零時，其開關(guān)狀態(tài)會發(fā)生變化（由接通變成斷開，反之亦然），這種逆變器就是軟開關(guān)逆變器。逆變器的軟開關(guān)不僅能減少電磁干擾，還能減輕開關(guān)應(yīng)力和開關(guān)功率損耗。

在開關(guān)兩端電壓為零的一瞬間接通或斷開開關(guān)，就屬于一種軟開關(guān)，稱為零電壓開關(guān) (ZVS)。零電流開關(guān) (ZCS) 是另一種軟開關(guān)，它們在通過開關(guān)的電流為零的一瞬間改變開關(guān)狀態(tài)。使用軟開關(guān)的逆變器統(tǒng)稱為諧振逆變器。

隨著軟開關(guān)的引入，減少逆變器中的電磁干擾變得更加輕松。而如果想減少EMI，Cadence Clarity 3D Transient Solver 采用突破性的電磁仿真技術(shù)，以及近乎無限的容量和測量級精準(zhǔn)度，可將系統(tǒng)級 EMI 仿真速度最高提升10倍，完成之前非常耗時且需要昂貴的消聲實驗室才能進(jìn)行的產(chǎn)品原型機(jī)電磁兼容性（emc）測試，仿真之前被視為不切實際或無法求解的大型設(shè)計，縮短設(shè)計周期并加速產(chǎn)品上市。

上述特性讓 Clarity 3D Transient Solver 成為超大規(guī)模計算、汽車、移動和航空市場很多復(fù)雜應(yīng)用的理想選擇。



點擊文末閱讀原文，了解 Clarity 3D Transient Solver！







▼您可能錯過的精彩內(nèi)容▼技術(shù)資訊 I 器件封裝類型：選擇標(biāo)準(zhǔn)
HDI PCB 設(shè)計 I 操作視頻（1/6）：疊孔規(guī)則設(shè)定
免費下載 I 【5G 通信白皮書3/3】利用電路/天線原位仿真進(jìn)行 5G/MIMO 設(shè)計
突破技術(shù)瓶頸：RK3566 SoC設(shè)計精髓與Cadence allegro X 23.1革新揭秘

Cadence楷登PCB及封裝資源中心


原文由Cadence楷登PCB及封裝資源中心整理撰寫。
Cadence是唯一一家為整個電子設(shè)計鏈提供專業(yè)技術(shù)、工具、IP及硬件的公司。產(chǎn)品應(yīng)用于消費電子、云數(shù)據(jù)中心、汽車、航空、物聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)領(lǐng)域。Cadence創(chuàng)新的 “智能系統(tǒng)設(shè)計” 戰(zhàn)略助力客戶優(yōu)化設(shè)計、縮短開發(fā)周期、打造行業(yè)領(lǐng)先產(chǎn)品。
識別下方二維碼關(guān)注公眾號



關(guān)于耀創(chuàng)科技


耀創(chuàng)科技（U-Creative）專注于為電子行業(yè)客戶提供電子設(shè)計自動化（EDA）解決方案及服務(wù)的高科技公司，是Cadence在國內(nèi)合作時間最長的代理商。      耀創(chuàng)科技（U-Creative）至今積累有20多年的EDA工程服務(wù)經(jīng)驗，已經(jīng)在中國為數(shù)百家客戶提供了EDA解決方案及服務(wù)，這極大地提高了客戶的硬件設(shè)計效率和生產(chǎn)效率。公司在引進(jìn)國外先進(jìn)的EDA解決方案的同時，針對中國市場的特殊性，與Cadence公司合作，在國內(nèi)最早提出了電子電氣協(xié)同設(shè)計與工程數(shù)據(jù)管理的概念，成功地在眾多研究所及商業(yè)公司內(nèi)進(jìn)行實施，極大的改善了PCB/SIP產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計流程，覆蓋從優(yōu)選元件選控、協(xié)同設(shè)計輸入、在線檢查分析、標(biāo)準(zhǔn)化文檔輸出及PLM/PDM系統(tǒng)集成，獲得了眾多用戶的贊許。與此同時，根據(jù)中國客戶的實際情況，公司還提供除了軟件使用培訓(xùn)之外的工程師陪同項目設(shè)計服務(wù)，以幫助客戶在完成實際課題的同時，也能夠熟練掌握軟件的高級使用方法，這一舉措也取得了非常好的效果。我們一直秉承“與客戶共同成長”的服務(wù)理念，希望在國內(nèi)EDA領(lǐng)域內(nèi)能為更多客戶提供支持與服務(wù)！識別下方二維碼關(guān)注耀創(chuàng)科技公眾號

歡迎您的留言！您可以通過微信后臺留言或發(fā)郵件至sales@u-c.com.cn聯(lián)系我們，非常感謝您的關(guān)注以及寶貴意見。點擊“閱讀原文”，了解Clarity 3D Transient Solver！
↓↓↓期待您的分享、點贊、在看