功率开关器件如何处理电磁干扰的抑制

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提高功率密度和转换效率是电动汽车DC/DC变换器发展的重要目标，目前主流的技术路线是提高开关频率。

而功率器件在高频开关模式下工作，开通关断时容易产生严重振荡。

这就成为了电动汽车电气系统中电磁干扰（EMI；Electromagnetic interference）的主要源头之一。

DC/DC变换器在电动汽车上的基本功能是将动力电池提供的高压直流电源变换成适合车载低压电气设备使用的电压等级。

不同车辆的电压等级不同，一般有12V、24V和48V。

虽然DC/DC变换器内部拓扑结构不尽相同，但电磁发射的主体部分都类似。

当电动汽车行驶时，驾驶员通过刹车、使用车灯控制拨杆和空调旋钮来发出响应请求。

此时，DC/DC变换器传输低压直流电为低压蓄电池充电，分别为车灯、空调等提供电能。

由于自身电磁干扰能力强，可能会引发电子刹车系统失效、电子油门失效和车身控制器失效等风险。   产生电磁干扰的部分有磁性元件、功率开关器件和输出整流滤波电路，它们构成的高频开关电流可能会产生较大的空间辐射，形成干扰。

如果DC/DC变换器输入端滤波电容的容量不足或高频特性不好，高频电流会形成传导干扰。

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功率开关器件

在DC/DC变换器中，功率开关管与高频变压器的初级线圈相连形成开关节点，在开关转换瞬间产生的du/dt是主要干扰源。

功率开关管导通与关断产生的电磁干扰类型属于传导型电磁干扰，是由瞬变的磁化冲击电流形成的。

安装在汽车上的DC/DC变换器

这种干扰既会影响DC/DC变换器内部正常工作，还会造成更多的高次谐波影响。

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输出整流滤波电路

输出整流二极管在正向导通时会积累电荷，在截止时积累的电荷将消失并产生反向电流。

由于DC/DC变换器的开关频率高，使二极管从导通到截止的转换过程极短。

如此短的时间内让存储的电荷消失必然产生大的反向电流浪涌，会引起高频衰减震荡产生干扰。

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抑制电磁干扰的方法

3.1 功率开关器件产生电磁干扰的抑制

DC/DC变换器的主要干扰源是功率开关器件在导通与截止瞬间产生的高尖峰电压。

因此，减小功率开关管转换期间的du/dt成为了抑制电磁干扰的基本思路。

作为DC/DC变换器的专业制造商，迪龙新能源采用先进的LLC谐振开关方法，来抑制电磁干扰。

研究表明，迪龙新能源具有电压钳位的零电压定频DC/DC变换器的EMI电平最低。

并且可以有效减少分布电感、分布电容产生的寄生振荡，还可以降低开关损耗，提高转换效率和功率密度。

3.2 高频变压器产生电磁干扰的抑制

对于高频变压器产生的电磁干扰问题，抑制措施的核心点是减少其自身的寄生参数。

包括初/次级烧组线圈的漏电感、分布电容、烧组线圈的铜损及磁芯的铁损。

可以采用平面变压器代替传统普通变压器，它的磁芯材质采用高功率铁氧体材料，在高频下有较低的磁芯损耗。

烧组线圈采用多成电路板叠绕而成，与平面铁芯构成变压器回路。

开关电源中的平面变压器

这种平面变压器的直流损耗低、分布电容低，可以满足谐振电路的要求，并且磁芯具有良好的磁屏蔽，可以抑制射频干扰。

据迪龙新能源工程师介绍，我们在生产DC/DC变换器时，用的就是平面变压器，公司也十分重视变压器的选型。

并且我们一直在寻找一些能满足更高频率下，损耗更低的材料，目前来说平面变压器是最优的选择方案。

与传统变压器相比，同等体积，平面变压器的散热效果和对射频干扰的抑制是最好的。

3.3 输出整流二极管产生电磁干扰的抑制

DC/DC变换器的输出整流二极管常选用肖特基二极管或超快速恢复二极管。

肖特基二极管

其在截止瞬间有着很高的di/dt，除了可以采取并联RC吸收回路的办法。

还可以利用输出滤波电容中的等效电感削弱电容的高频旁拉作用，增加形成二级滤波作用的结构。

3.4 PCB电路板的合理走线与布局设计

PCB电路板合理走线与元器件合理的布局设计，同样能有效地降低DC/DC变换器的电磁干扰。

PCB电路板

走线方面，应尽量增大线间距离，降低电容耦合与线间互感，减小干扰源和敏感电路的环路面积，以降低辐射干扰。

并实施静电屏蔽，屏蔽层采用网格接地的方法。

布局方面，应使各元器件尽量紧密排列，并将相互关联的元器件摆放在一起。

3.5 EMI滤波器

DC/DC变换器电源线的传导干扰主要包括共模干扰和差模干扰。

由于电源线间一般同时存在共模干扰和传导干扰，EMI滤波器设计往往由共模滤波器和差模滤波器共同构成。

EMI滤波器

其中，共模滤波器和差模滤波器分别对共模干扰和差模干扰有着较强的衰减作用。

共模滤波器针对低频噪声时，主要是共模电感起衰减作用，针对高频噪声大部分由共模电容即Y电容起衰减作用。

差模滤波器一般由低通滤波元件组成，最常用的是X电容直接并联在两根电源线之间形成的输入滤波电路。

选取适当容量的电容，将对高频噪声具有较强的抑制作用。

3.6 频率抖动技术抑制电磁干扰

频率抖动技术是利用扩散频谱能量来降低谐波幅值。

该方法是对于恒定开关频率PWM控制方式而言的，其抖动是指PWM发生器在脉宽调制的同时，开关频率围绕某个固定频率变化。

实质上是在总能量不变的前提下，将集中在谐波上的能量扩散到该频率附近的一定带宽内，从而得到较低的幅值，降低EMI噪声。

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DC/DC变换器电磁兼容能力验证

一般使用三种方法来考察DC/DC变换器的EMI特性，分别为辐射骚扰测试、电源端传导骚扰测试、控制信号线传导骚扰测试。

迪龙新能源电磁兼容实验室

辐射骚扰测试是从空间电磁辐射量上来考察DC/DC变换器对外的辐射发射量。

电源端传导骚扰测试是在DC/DC变换器工作时，通过对电源线的监控骚扰数值，来考察是否会对车用电网造成冲击。

控制信号线传导骚扰测试是对DC/DC变换器控制信号线上电流对外骚扰量进行考察。

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DC/DC变换器电磁兼容标准

“GB/T24347-2009电动汽车DC/DC变换器”是专门为电动汽车DC/DC变换器制定的国家标准。

关于电磁兼容的规定指出DC/DC变换器在运行过程中产生的传导干扰和辐射干扰不应超过GB18655-2002中12章和14章规定的限值。

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DC/DC变换器厂家

迪龙新能源专注于车载DC/DC变换器、车载充电机（OBC）、车载集成一体等产品的研发、生产与销售。

公司凭借雄厚的技术实力、过硬的产品质量和高性价比的优势，成为了闻名于全球的车载电源产品供应商。

经过技术研发，公司成功量产车载电源产品，成为业内最早实现车载充电机、DC/DC变换器集成的厂商之一。

公司DC/DC变换器等产品具有高效率、高功率密度、体积小、轻量化、抗干扰能力强等核心特点，在国际市场中拥有较强竞争力。

编辑：黄飞