儲能電源電磁兼容研究與優(yōu)化 | 杜佐兵 電極限第209位演講嘉賓

杜佐兵，emc及電源行業(yè)專家、電極限平臺常駐專家



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一、儲能電源設(shè)計及其關(guān)鍵技術(shù)


儲能及能量變換系統(tǒng)中的硅器件及寬禁帶器件
技術(shù)應(yīng)用研究


儲能逆變及能量變換系統(tǒng)-主要拓撲結(jié)構(gòu)的技術(shù)應(yīng)用


寬禁帶半導(dǎo)體SiC & GaN 新材料性能特點及優(yōu)勢

▲ 更高的溫度應(yīng)用(3倍禁帶寬度:低漏電、高工作溫度)

材料特性：
高禁帶寬度、擊穿場強、熱導(dǎo)率、電子漂移速度
器件優(yōu)勢：
高擊穿電壓、開關(guān)頻率、工作溫度、功率密度
系統(tǒng)功能提升：
轉(zhuǎn)換效率、尺寸重量、系統(tǒng)工作頻率

寬禁帶半導(dǎo)體材料：GaN,SiC
寬禁帶材料&Si材料性能優(yōu)勢:
A.禁帶寬
B.擊穿場強高
C.電子遷移速度快

儲能逆變及能量變換系統(tǒng)中的功率開關(guān)器件
損耗品質(zhì)因素FOM解析



二、儲能逆變電路設(shè)計及電磁干擾
問題研究


儲能電源及單級高頻太陽能光伏逆變器的
原理設(shè)計及技術(shù)方案


便攜式儲能電源雙向DC-DC的變換器架構(gòu)及電磁干擾


儲能電源單向DC電源設(shè)計及噪聲干擾源研究



儲能電源逆變器交流輸入輸出與EMI濾波器的
設(shè)計及應(yīng)用


儲能逆變電源系統(tǒng)中-常見的電磁干擾EMI問題


逆變及能量變換系統(tǒng)中的開關(guān)器件-開關(guān)du/dt&di/dt
帶來的噪聲干擾問題


逆變及能量變換器中的開關(guān)器件-上升沿及下降沿
與寄生參數(shù)的影響分析


在電磁兼容領(lǐng)域，開關(guān)器件的寄生參數(shù)是關(guān)注的重點。通過理論和實踐得出結(jié)論：產(chǎn)品及器件的寄生參數(shù)也就是分布參數(shù)是造成EMC問題的主要原因。



三、儲能電源系統(tǒng)電磁兼容設(shè)計


儲能逆變電源項目及產(chǎn)品理論與實踐結(jié)合是
最佳的策略-產(chǎn)品舉例


產(chǎn)品系統(tǒng)可靠性（EMC）設(shè)計時需要評審及
故障診斷的核心內(nèi)容


儲能產(chǎn)品中EMC設(shè)計示意圖展現(xiàn)EMC問題全過程

▲ 產(chǎn)品中電磁兼容問題的形成模型

通用儲能電源系統(tǒng)中其EMI的總體路徑及設(shè)計策略

▲ 充電模式


四、儲能產(chǎn)品EMC問題優(yōu)化策略


中大功率逆變儲能電源EMC測試案例-引發(fā)的思考

1、AC濾波器接PE，超標(biāo)20dB
2、AC濾波器不接PE，余量10dB
3、PE上繞非晶，錳鋅(1~35mH)都試過，AV尖峰可以下來，PEAK無用

逆變電源及產(chǎn)品中EMI問題測試與整改
兩個方面的要求

傳導(dǎo)發(fā)射(CE)：干擾電流沿著電源線傳導(dǎo)進入公共電網(wǎng)
輻射發(fā)射(RE)：干擾能量以電磁波的形式進入空間(空間波阻抗377Ω)


▲ EMI診斷與整改的基本過程

電磁干擾的傳播和EMC性測試數(shù)據(jù)-如何快速
鎖定EMC問題

梯形波諧波發(fā)射通常是由多個源或輻射結(jié)構(gòu)產(chǎn)生，以200MHz為分界線分析

產(chǎn)品系統(tǒng)(逆變及開關(guān)電源系統(tǒng))EMI整改的
流程及方法策略

注意：當(dāng)有多個頻率點超標(biāo)時，先診斷發(fā)射強度最大的超標(biāo)頻率，通常這個頻率點的超標(biāo)整改成功后，其它頻率點上的超標(biāo)發(fā)射也會隨著消失。

產(chǎn)品系統(tǒng)(逆變及開關(guān)電源系統(tǒng))EMI傳導(dǎo)發(fā)射
整改的流程及方法策略

▲ EMI傳導(dǎo)發(fā)射整改 示意圖

產(chǎn)品系統(tǒng)(逆變及開關(guān)電源系統(tǒng))EMI傳導(dǎo)發(fā)射
濾波器電路的設(shè)計架構(gòu)經(jīng)驗參考

A.電子產(chǎn)品開關(guān)電源系統(tǒng)-濾波器中共模電感對系統(tǒng)的快速群脈沖(EMS)作用明顯。

B.最快速優(yōu)化濾波器的方法:通過測試(EMI)曲線進行EMI濾波器的匹配設(shè)計。


更多案例分析可參考杜老師編著的兩本書籍《開關(guān)電源電磁兼容分析與設(shè)計》、《物聯(lián)產(chǎn)品電磁兼容分析與設(shè)計》

產(chǎn)品系統(tǒng)(逆變及開關(guān)電源系統(tǒng))-正確選擇
共模濾波電感的設(shè)計-納米晶共模電感參考例


產(chǎn)品系統(tǒng)(逆變及開關(guān)電源系統(tǒng))EMI輻射發(fā)射
整改流程及方法策略


產(chǎn)品系統(tǒng)優(yōu)化-EMC電磁干擾3D可視化
整改工具-WM7300


產(chǎn)品系統(tǒng)優(yōu)化-WM7300檢測功能及電路板測試案例

▲ 測定結(jié)果畫面展示

產(chǎn)品系統(tǒng)優(yōu)化-EMC電磁干擾3D可視化
整改工具-WM9500

采用3D立體鏡頭，獲取空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)。同時，將頻譜分析儀讀取的磁場傳感器的測定值和空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)一起存入電腦。

產(chǎn)品系統(tǒng)優(yōu)化-WM9500測試案例

▲ 測定結(jié)果畫面展示

測量對象物和電磁干擾圖重疊，表示直接找到干擾源位置

產(chǎn)品系統(tǒng)(逆變及開關(guān)電源系統(tǒng))采用拓展
濾波器設(shè)計-需要注意的問題

問題一：濾波器與電源端口之間的連接線過長。這是一個常見的錯誤，有以下兩個原因：

1、對于抗外界干擾的場合：外面沿電源線傳進設(shè)備的干擾還沒有經(jīng)過濾波，就已經(jīng)通過空間耦合的方式干擾到線路板了，造成敏感度的問題。

2、對于產(chǎn)品內(nèi)部干擾發(fā)射的場合(包括傳導(dǎo)發(fā)射和輻射發(fā)射)：線路板上產(chǎn)生的干擾可以直接耦合到濾波器的外側(cè)，傳導(dǎo)到產(chǎn)品機殼外面，造成超標(biāo)的電磁發(fā)射(包括傳導(dǎo)和輻射)

問題二：濾波器輸入與輸出線靠得過近。發(fā)生這個錯誤的原因也是忽視了高頻電磁干擾的空間耦合。

在布置產(chǎn)品及設(shè)備內(nèi)部連接線時，為了美觀，將濾波器的輸入、輸出端扎在一起，結(jié)果輸入線和輸出線之間有較大的分布電容，形成耦合通路，使電磁干擾能量實際將濾波器旁路掉，特別是在高頻段，濾波效果變差。


正確的接地方式：濾波器的金屬外殼一定要大面積地貼在金屬機箱的導(dǎo)電表面上；濾波器的接地端子上都連著一根接地線。（注意：不正確連接這根導(dǎo)線，對濾波器的性能會帶來影響）

濾波器直接接地盡量短，輸入、輸出線隔離。濾波器的輸入和輸出可分別在機箱金屬板的兩側(cè)，直接安裝在金屬板上，使接觸阻抗最小，并且利用機箱的金屬面板將濾波器的輸入端和輸出端隔離開，防止高頻時的耦合。



版權(quán)聲明：文章整理于電極限“2024電磁兼容與電源技術(shù)應(yīng)用大會·上海峰會”杜佐兵老師課件摘要，推送文章目的，在于傳播相關(guān)技術(shù)知識，供讀者學(xué)習(xí)和交流！歡迎點贊收藏，一起交流進步！

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