如何减少逆变器中的电磁干扰

 

 

 

本文要点

 

 

逆变器是用于将输入直流电转换为输出交流电的一种电路。

在高频开关操作时，电源开关会产生较大的 dv/dt 和 di/dt 值，从而导致逆变器中产生电磁干扰 (EMI)。

使用软开关的逆变器称为谐振逆变器。

 

逆变器是用于将输入的直流电转换为输出交流电的一种电路。逆变器可用于电池供电系统、可再生能源系统、不间断电源、电机驱动等。逆变器是一种电力电子转换器，能够将输入的直流电转换为具有所需振幅和频率的交流电。

 

逆变器使用开关器件，无论在何处使用，逆变器都是电磁干扰的主要来源，因此，如何减少逆变器的电磁干扰是工业系统工程师面临的一大难题。在本文中，我们将讨论逆变器如何产生电磁干扰，以及可用于降低电磁干扰的软开关方法。

 

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逆变器的运行和电磁干扰的产生

 

逆变器的输入可以是电池、光伏板、燃料电池或任何直流电源。通过正确控制 BJT、MOSFET 或 IGBT 等开关器件，可在输出端获得具有所需振幅和频率的交流电压。根据开关器件导通和关断的频率（开关频率），输出电压将更接近正弦波。

 

通常，逆变器采用脉宽调制 (PWM) 方案来控制开关的导通和关断。较高的开关频率可降低输出电压中的谐波含量（即总谐波失真，THD），并向连接的负载提供正弦波形。然而，在选择高开关频率来降低 THD 的过程中，会导致逆变器中产生电磁干扰。

 

逆变器

 

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逆变器硬开关产生的电磁干扰

 

硬开关是指逆变器中的开关器件。当电源开关接通时，其两端的电压为零，并有一定的电流流过。当开关断开时，电流停止流动，其两端电压有一个确定的值。器件从接通到关断，其两端电压变化很大。同样，从关断到接通也会导致电流发生剧烈变化。这种类型的开关称为硬开关。

 

在硬开关操作时，电源开关会出现较大的 dv/dt 和 di/dt 值，从而产生电磁干扰。逆变器工作时产生的电磁干扰会误触发自身的控制电路，或干扰附近的电路。因此，减少与硬开关 PWM 逆变器相关的电磁干扰非常重要。

 

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如何减少逆变器中的电磁干扰

 

确定如何减少逆变器中的电磁干扰是设计人员必须高度重视的问题。在这方面，有多种技术可供选择；EMI 滤波器就是其中一种方法，通常用于逆变器的输入端和输出端，以减少 EMI。

 

EMI 滤波器有很多类型，包括共模 EMI 滤波器和差分 EMI 滤波器，用于最大限度地降低逆变器直流侧和交流侧的电磁干扰。然而，即便这些滤波器能减少电磁干扰，硬开关仍会产生电磁干扰。因此，我们要使用软开关来减少电磁干扰的产生。

 

软开关

 

 

当逆变器中电源开关两端的电压和/或通过的电流为零时，其开关状态会发生变化（由接通变成断开，反之亦然），这种逆变器就是软开关逆变器。逆变器的软开关不仅能减少电磁干扰，还能减轻开关应力和开关功率损耗。

 

在开关两端电压为零的一瞬间接通或断开开关，就属于一种软开关，称为零电压开关 (ZVS)。零电流开关 (ZCS) 是另一种软开关，它们在通过开关的电流为零的一瞬间改变开关状态。使用软开关的逆变器统称为谐振逆变器。

 

随着软开关的引入，减少逆变器中的电磁干扰变得更加轻松。而如果想减少EMI，Cadence Clarity 3D Transient Solver 采用突破性的电磁仿真技术，以及近乎无限的容量和测量级精准度，可将系统级 EMI 仿真速度最高提升10倍，完成之前非常耗时且需要昂贵的消声实验室才能进行的产品原型机电磁兼容性（EMC）测试，仿真之前被视为不切实际或无法求解的大型设计，缩短设计周期并加速产品上市。

 

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