基於頻域限幅的變流器電磁干擾綜合抑制研究

中文摘要

在大量機電設備運行的現場，變流器作為交、直流開關電源裝配後常常出現輸出EMI超標的情況，短時間內很難甚至無法找到原因或干擾源。為了符合負載的EMC要求和變流器本身的抗干擾要求，對變流器採用實時地動態分析和抑制EMI的技術十分必要。本項目研究一種以變流器輸出的傳導性EMI實時頻譜為評價基準的干擾綜合治理方案。通過EMI實時動態頻譜分析（其中引入小波變換的多解析度思想提高頻譜分析的精度），首先在超出干擾門限的頻點上對變流器的工作開關進行擴頻控制，以期望降低開關頻繁切換引起的干擾峰值；再對仍然超出門限的頻點採用頻域選取有源抵消手段降低峰值；最後採用變電抗濾波器濾除強幹擾信號的殘存峰值。在對EMI綜合抑制措施所產生的負面效應分析研究前提下，提出最佳化治理方案的策略，使干擾的綜合抑制效果最佳。本項目以Boost變換器和三相逆變器電路為基礎，進行仿真和實驗驗證研究。

結題摘要

作為各種裝置配備的電源，變流器提供符合標準的交/直流輸出十分重要。由於變流器中開關的工作特點，其產生的電磁干擾(EMI)主要集中在中低頻段。本項目在變流器EMI實時頻譜估計的研究基礎上，採用載波調製、反向抵消、變電抗濾波等技術來抑制EMI峰值，並採取措施應對出現的負面效應。要有效地抑制EMI，首先需要精確地確定EMI峰值的參數。本項目提出了一種基於對稱移位相位差(STSPD)法的實時估計變流器EMI頻譜的綜合方案。該方案以多解析度頻譜分析的思想解決了頻譜分析中實時性和準確性的矛盾，先以較低解析度的分析獲得頻譜的粗略情況，再對峰值附近的頻譜進行STSPD法的高解析度分析，獲得峰值的高精度參數。本項目提出的STSPD法在峰值頻率臨近時具有比其它方法更小的估計誤差。載波調製技術可以用來抑制干擾峰值，其中載波頻率調製(CFM)能在頻譜上達到削峰填谷的效果，大幅降低變流器開關頻率及其諧波頻率的峰值。本項目提出了一種載波二次調頻的策略，即經最佳化，將兩種簡單的周期信號加權合成一種複雜的信號對載波進行調頻，使得削峰填谷效果最佳。本項目還提出了一種載波峰值位置調製(CPPM)技術，可以在任意調製指數下，降低三相逆變器共模電壓的時域峰值。本項目將上述兩種載波調製技術合成一種載波多重調製技術，在時域和頻域上都達到了抑制干擾峰值的效果。在前述研究中發現三相逆變器採用載波移相策略時會產生附加的低頻共模干擾，本項目提出了一種反向注入控制技術來抵消這種干擾。它採用了臨時注入參考信號的方式，修正了檢測-控制延時問題，獲得了很好的抵消效果。本項目還在CPPM技術的基礎上設計了一種有源反向抵消濾波器來抑制三相逆變器的共模電壓。考慮到CPPM會引起逆變器差模輸出惡化，又設計了一個針對性的無源濾波器來改善其差模輸出，並將這種有源和無源濾波電路結合成一個混合濾波器，達到既消除共模電壓又抑制差模干擾的效果。對於干擾峰值的抑制，單調諧濾波器比單純增加並聯濾波電容具有更高的效率。但調諧濾波器的失諧問題會造成其干擾峰值抑制效果大打折扣。本項目提出了一種可變電容濾波器(VCF)方案。設計的VCF通過可變增益放大器控制等效可變電容，達到跟隨並抑制干擾峰值的效果。這種VCF還可以用在開關進行CFM控制的場合，填補了採用CFM控制後如何濾波的空白。上述新技術在DC/DC和DC/AC變換器中得到了驗證。

基於頻域限幅的變流器電磁干擾綜合抑制研究

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