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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)、電機驅(qū)動系統(tǒng)、消費電子供電等。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重。

電磁干擾是指電磁能量以輻射或傳導(dǎo)的方式對器件、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)國際組織和大多數(shù)國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中進行測量，半電波暗室用以模擬開闊場，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)進行測量，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，為測量儀器提供測量端口等。

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受擾體的抗擾度。有學(xué)者給出了一些通用性較強或針對特定電子系統(tǒng)的電磁干擾抑制方法，涉及屏蔽、濾波、接地、布線、頻譜管理、時間分離、空間分離和電氣隔離等。

對開關(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工頻交流電整流的產(chǎn)物，后兩者是功率開關(guān)器件進行開關(guān)工作和功率二極管電流進行反向恢復(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)動的特性、功率二極管特性、功率器件/模塊封裝、電路板設(shè)計等影響。

基于開關(guān)頻率諧波和開關(guān)暫態(tài)噪聲的這些特點，除通用性較強的濾波外，開關(guān)變換器傳導(dǎo)干擾抑制策略還呈現(xiàn)出較高的獨特性。針對開關(guān)頻率諧波引起的傳導(dǎo)干擾，一般可以通過改進脈寬調(diào)制策略來抑制。針對開關(guān)暫態(tài)噪聲引起的傳導(dǎo)干擾，除選擇合適型號的功率器件/模塊外，還可以通過改進功率器件/模塊封裝、優(yōu)化電路板設(shè)計、改善開關(guān)過程等來抑制。此外，特殊的電橋平衡與反相補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對這些策略進行了概括，值得注意的是，改進功率器件/模塊封裝、優(yōu)化電路板設(shè)計、改善開關(guān)過程對開關(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)者對開關(guān)變換器傳導(dǎo)干擾抑制策略進行了總結(jié)，但不夠全面和深入。基于此，北京航空航天大學(xué)、清華大學(xué)電機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、反相補償、改進脈寬調(diào)制、改進功率器件/模塊封裝、優(yōu)化電路板設(shè)計、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)計更加復(fù)雜。

另外，研究人員認為，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系統(tǒng)性工程，即其抑制技術(shù)不是孤立的，測量、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）自動化設(shè)計電磁干擾濾波器。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)計和優(yōu)化仍是研究重點。由于開關(guān)變換器的開關(guān)器件、電路拓撲、工作負載、電路板設(shè)計等存在差異，傳統(tǒng)電磁干擾濾波器設(shè)計的通用性較差，而借助計算機輔助技術(shù)及先進算法進行自動設(shè)計，則能夠簡化設(shè)計成本，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、電機轉(zhuǎn)矩脈動等，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、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，該類變換器開關(guān)器件眾多、拓撲結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電磁干擾問題也更加嚴重，當(dāng)前針對該問題的研究尚處于初級階段。

（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重，對寬禁帶半導(dǎo)體器件特性、封裝設(shè)計的研究應(yīng)成為重點。

（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)變換器對外部電路的傳導(dǎo)干擾，而非對內(nèi)部控制、驅(qū)動、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》，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)自動化科學(xué)與電氣工程學(xué)院碩士研究生，研究方向為SiC器件驅(qū)動設(shè)計和功率變換器控制。通信作者為李曉，1990年生，北京航空航天大學(xué)自動化科學(xué)與電氣工程學(xué)院博士，研究方向為模型預(yù)測控制、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。本課題得到了國家自然科學(xué)基金、北京市科技新星計劃和清華大學(xué)電力系統(tǒng)及大型發(fā)電設(shè)備安全控制和仿真實驗室開放課題的資助。