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與傳統(tǒng)的電能轉(zhuǎn)換設(shè)備相比，開關(guān)變換器在體積、質(zhì)量、效率等方面明顯占優(yōu)，因而被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，如可再生能源并網(wǎng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、消費(fèi)電子供電等。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，開關(guān)變換器的功率密度、開關(guān)頻率、開關(guān)速度等逐漸提高、電路結(jié)構(gòu)逐漸復(fù)雜、應(yīng)用領(lǐng)域逐漸拓展，這導(dǎo)致其電磁干擾（Electromagnetic Interference, EMI）問題日益增多且日趨嚴(yán)重。

電磁干擾是指電磁能量以輻射或傳導(dǎo)的方式對(duì)器件、設(shè)備、系統(tǒng)或生命組織造成的意外不利影響。電磁干擾可分為輻射干擾和傳導(dǎo)干擾，前者通過空間傳播，后者通過電路傳播。傳導(dǎo)干擾又可分為共模干擾和差模干擾。共模干擾流通回路由相線/中線和地線構(gòu)成，不同相線/中線的共模電流大小相等、相位相同；差模干擾流通回路由不同相線/中線構(gòu)成，不同相線/中線的差模電流大小相等、相位相反。

為避免電磁干擾，有關(guān)國(guó)際組織和大多數(shù)國(guó)家紛紛制定電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了包括電磁發(fā)射限值和測(cè)量在內(nèi)的諸多規(guī)范。輻射發(fā)射通常規(guī)定在30MHz以上的頻段內(nèi)，它可以在半電波暗室或開闊場(chǎng)中進(jìn)行測(cè)量，半電波暗室用以模擬開闊場(chǎng)，其主要作用是屏蔽室外電磁發(fā)射和防止墻面反射室內(nèi)輻射發(fā)射；傳導(dǎo)發(fā)射通常規(guī)定在150kHz～30MHz的頻段內(nèi)，它必須采用線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)量，線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)的主要作用是為受試設(shè)備電源線與參考地之間提供穩(wěn)定阻抗，使受試設(shè)備隔離電源端的干擾信號(hào)，為測(cè)量?jī)x器提供測(cè)量端口等。

電磁干擾的三要素是干擾源、耦合路徑和受擾體，因此抑制電磁干擾的基本思路是削減干擾源的電磁發(fā)射、阻斷電磁干擾的耦合路徑和增強(qiáng)受擾體的抗擾度。有學(xué)者給出了一些通用性較強(qiáng)或針對(duì)特定電子系統(tǒng)的電磁干擾抑制方法，涉及屏蔽、濾波、接地、布線、頻譜管理、時(shí)間分離、空間分離和電氣隔離等。

對(duì)開關(guān)變換器而言，傳導(dǎo)干擾比輻射干擾更易產(chǎn)生且危害更大。開關(guān)變換器傳導(dǎo)干擾的噪聲來源按頻率成分從低到高可大致分為電網(wǎng)頻率諧波、開關(guān)頻率諧波和開關(guān)暫態(tài)噪聲，電網(wǎng)頻率諧波是功率二極管或晶閘管整流器對(duì)工頻交流電整流的產(chǎn)物，后兩者是功率開關(guān)器件進(jìn)行開關(guān)工作和功率二極管電流進(jìn)行反向恢復(fù)的產(chǎn)物。

電網(wǎng)頻率諧波主要集中在幾十Hz到幾百kHz之間，其在規(guī)定的傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)量頻段內(nèi)已經(jīng)大幅衰減，因此其引起的傳導(dǎo)干擾較小。由于功率二極管不可控、晶閘管只能控制導(dǎo)通而不能控制關(guān)斷，因此不能通過改變控制策略來主動(dòng)減小電網(wǎng)頻率諧波，一般只能通過濾波來抑制電網(wǎng)頻率諧波引起的傳導(dǎo)干擾。

開關(guān)變換器傳導(dǎo)干擾的主要噪聲來源是開關(guān)頻率諧波和開關(guān)暫態(tài)噪聲，這兩者都可由開關(guān)波形表征。前者是開關(guān)波形的諧波分量，集中在幾kHz到幾十MHz之間，主要由調(diào)制策略決定；后者是開關(guān)波形的暫態(tài)分量，具有很寬的頻譜，主要受功率開關(guān)器件及其門極驅(qū)動(dòng)的特性、功率二極管特性、功率器件/模塊封裝、電路板設(shè)計(jì)等影響。

基于開關(guān)頻率諧波和開關(guān)暫態(tài)噪聲的這些特點(diǎn)，除通用性較強(qiáng)的濾波外，開關(guān)變換器傳導(dǎo)干擾抑制策略還呈現(xiàn)出較高的獨(dú)特性。針對(duì)開關(guān)頻率諧波引起的傳導(dǎo)干擾，一般可以通過改進(jìn)脈寬調(diào)制策略來抑制。針對(duì)開關(guān)暫態(tài)噪聲引起的傳導(dǎo)干擾，除選擇合適型號(hào)的功率器件/模塊外，還可以通過改進(jìn)功率器件/模塊封裝、優(yōu)化電路板設(shè)計(jì)、改善開關(guān)過程等來抑制。此外，特殊的電橋平衡與反相補(bǔ)償策略也能抑制部分傳導(dǎo)干擾。

開關(guān)變換器傳導(dǎo)干擾抑制策略分類如圖1所示。圖1對(duì)這些策略進(jìn)行了概括，值得注意的是，改進(jìn)功率器件/模塊封裝、優(yōu)化電路板設(shè)計(jì)、改善開關(guān)過程對(duì)開關(guān)變換器輻射干擾也有抑制作用。

圖1 開關(guān)變換器傳導(dǎo)干擾抑制策略分類

目前，有關(guān)學(xué)者對(duì)開關(guān)變換器傳導(dǎo)干擾抑制策略進(jìn)行了總結(jié)，但不夠全面和深入?；诖?，北京航空航天大學(xué)、清華大學(xué)電機(jī)系的研究人員從阻斷傳導(dǎo)干擾的耦合路徑和消減干擾源的傳導(dǎo)發(fā)射兩大方面，全面深入地梳理了圖1所列的各類開關(guān)變換器傳導(dǎo)干擾抑制策略，并介紹了最新研究進(jìn)展，致力于闡述相關(guān)策略的基本原理、研究現(xiàn)狀和作用特點(diǎn)等。

他們指出開關(guān)變換器傳導(dǎo)干擾抑制策略主要包括濾波、電橋平衡、反相補(bǔ)償、改進(jìn)脈寬調(diào)制、改進(jìn)功率器件/模塊封裝、優(yōu)化電路板設(shè)計(jì)、改善開關(guān)過程等。這些策略分為兩大類：一類用于傳導(dǎo)干擾耦合路徑；一類用于傳導(dǎo)干擾源。前者更加有效，但明顯增加了系統(tǒng)的體積或質(zhì)量；后者更加靈活，但控制和設(shè)計(jì)更加復(fù)雜。

另外，研究人員認(rèn)為，電力電子技術(shù)仍在快速發(fā)展，開關(guān)變換器傳導(dǎo)干擾問題日趨復(fù)雜，其抑制技術(shù)在很多方面仍有待研究和發(fā)展。他們就主要問題進(jìn)行了探討并給出相關(guān)技術(shù)展望。

（1）綜合考慮開關(guān)變換器傳導(dǎo)干擾問題。開關(guān)變換器傳導(dǎo)干擾問題的解決是個(gè)系統(tǒng)性工程，即其抑制技術(shù)不是孤立的，測(cè)量、建模、仿真和分析方法都是深入理解、研究和應(yīng)用其抑制技術(shù)的重要基礎(chǔ)。

（2）自動(dòng)化設(shè)計(jì)電磁干擾濾波器。開關(guān)變換器傳導(dǎo)干擾抑制策略眾多，但是目前濾波仍是最有效的工程解決方案，因此電磁干擾濾波器的設(shè)計(jì)和優(yōu)化仍是研究重點(diǎn)。由于開關(guān)變換器的開關(guān)器件、電路拓?fù)?、工作?fù)載、電路板設(shè)計(jì)等存在差異，傳統(tǒng)電磁干擾濾波器設(shè)計(jì)的通用性較差，而借助計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)及先進(jìn)算法進(jìn)行自動(dòng)設(shè)計(jì)，則能夠簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)成本，因而應(yīng)成為重要研究方向。

（3）結(jié)合濾波和削減干擾源傳導(dǎo)發(fā)射的策略。在干擾源處抑制傳導(dǎo)干擾的策略更加靈活，能夠抑制給定頻率范圍的諧波或噪聲。將這類策略與濾波相結(jié)合，能減小電磁干擾濾波器的體積或質(zhì)量，并提高開關(guān)變換器的功率密度。

（4）開關(guān)變換器其他性能的評(píng)估。很多策略以降低開關(guān)變換器傳導(dǎo)干擾為唯一目的，這很可能會(huì)損害功率變換系統(tǒng)的其他性能，如功率密度、開關(guān)損耗、電流紋波、電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)等，包含電磁干擾抑制能力的特定目標(biāo)優(yōu)化控制策略應(yīng)成為重要研究方向。

（5）應(yīng)用場(chǎng)景和工作條件的要求。開關(guān)變換器用途日益廣泛，如并網(wǎng)變換器、軌道交通牽引變流器、電動(dòng)汽車牽引逆變器、航空航天開關(guān)電源等，由于它們所在電力電子系統(tǒng)的物理和電磁環(huán)境不同，除電磁兼容性外，其物理結(jié)構(gòu)、可靠性、電壓/電流等級(jí)、電能質(zhì)量等要求也往往不同，電磁干擾抑制策略必須充分考慮這些要求。

（6）大功率、模塊化開關(guān)變換器的電磁干擾。隨著智能電網(wǎng)/電能路由器的發(fā)展，大功率、模塊化的并網(wǎng)變換器成為研究熱點(diǎn)，該類變換器開關(guān)器件眾多、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，電磁干擾問題也更加嚴(yán)重，當(dāng)前針對(duì)該問題的研究尚處于初級(jí)階段。

（7）寬禁帶基開關(guān)變換器的電磁干擾。隨著寬禁帶半導(dǎo)體的應(yīng)用，開關(guān)變換器的開關(guān)頻率明顯提高、開關(guān)波形振蕩問題明顯加重，這導(dǎo)致開關(guān)變換器的傳導(dǎo)和輻射干擾問題更加嚴(yán)重，對(duì)寬禁帶半導(dǎo)體器件特性、封裝設(shè)計(jì)的研究應(yīng)成為重點(diǎn)。

（8）開關(guān)變換器內(nèi)部弱電電路的電磁干擾。傳統(tǒng)的抑制策略主要作用于開關(guān)變換器對(duì)外部電路的傳導(dǎo)干擾，而非對(duì)內(nèi)部控制、驅(qū)動(dòng)、采樣電路的傳導(dǎo)干擾，后者應(yīng)成為重要研究方向。

本文編自2022年第6期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“開關(guān)變換器傳導(dǎo)干擾抑制策略綜述”。論文第一作者為何杰，1995年生，北京航空航天大學(xué)自動(dòng)化科學(xué)與電氣工程學(xué)院碩士研究生，研究方向?yàn)镾iC器件驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)和功率變換器控制。通信作者為李曉，1990年生，北京航空航天大學(xué)自動(dòng)化科學(xué)與電氣工程學(xué)院博士，研究方向?yàn)槟Ｐ皖A(yù)測(cè)控制、寬禁帶器件的應(yīng)用、電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。本課題得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、北京市科技新星計(jì)劃和清華大學(xué)電力系統(tǒng)及大型發(fā)電設(shè)備安全控制和仿真實(shí)驗(yàn)室開放課題的資助。