技术博客 I 如何减少逆变器中的电磁干扰

李梦达 2024-09-24 14:50

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。

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

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。

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。

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