摘 要

随着电力电子技术的飞速发展，越来越多的电力电子装置被运用到生活中。因此，对这些装置的电磁干扰的建模与预测也越来越受到人们的重视。本文针对直流变换器电磁干扰的建模与预测问题展开深入研究。

功率变流器的开关处于快速开关状态，是其产生电磁干扰的主要原因。因此， 首先对开关管产生电磁干扰的原因进行了深入的探究。针对传导电磁干扰的耦合通路复杂这一问题，首先分析了无源器件的高频特性，并建立了无源器件的高频模型，将传导干扰回路的主要寄生参数提取出来，建立起差模和共模耦合通路的模型，成功对差模噪声和共模噪声进行预测。针对直流变换器的电磁干扰的抑制问题，分别就差模噪声和共模噪声提出了不同的抑制方法，并进行了仿真。

本文针对直流变换器的电磁干扰问题所建立的模型为其他功率变流器的电磁干扰问题的建模与预测提供了借鉴，对功率变流器在实际生活中的应用具有一定的指导作用。

关键词：差模干扰 共模干扰 功率变流器 干扰预测 干扰抑制

Abstract

With the rapid development of power electronics technology, more and more power electronic devices have been applied to life. Therefore, the modeling and prediction of the electromagnetic interference of these devices has also received more and more attention. This paper focuses on the modeling and prediction of electromagnetic interference in DC converters.
The power converter's switch is in a fast switching state, which is the main reason for its electromagnetic interference. Therefore, in this paper, the causes of the electromagnetic interference generated by the switch tube are first explored. To solve the problem of the complex coupling path of conducted electromagnetic interference, this paper first analyzes the high-frequency characteristics of passive components, and establishes a high-frequency model of passive components, extracts the main parasitic parameters of the conducted interference loop, and establishes differential modes. Models of common-mode coupled paths successfully predict differential-mode noise and common-mode noise. In order to suppress the electromagnetic interference of DC-DC converters, different suppression methods for differential-mode noise and common-mode noise are proposed in this paper, and the suppression effect is good.
The model established for the electromagnetic interference problem of DC-DC converters provides a reference for the modeling and prediction of electromagnetic interference problems of other power converters, and has a certain guiding role in the application of power converters in real life.

Keywords：differential mode interference; common mode interference; interference prediction; interference suppression

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

11.1电磁干扰问题研究的目的及意义 1

1.2电磁干扰概述 1

1.3传导电磁干扰概述 2

1.4传导电磁干扰耦合方式 3

1.4.1公共阻抗耦合 3

1.4.2电磁感应耦合 4

1.4.3电容耦合 5

1.4功率变流器电磁干扰的建模的研究现状 7

1.5论文的主要内容 7

第2章 直流变换器工作原理及电磁干扰 8

2.1直流变换器工作原理 8

2.2 电磁干扰的产生与测试方法 9

2.3电磁干扰源的提取与分析 10

2.4本章小结 11

第3章 直流变换器电磁干扰建模 12

3.1建模方法 12

3.2无源器件的高频模型 12

3.2.1电容器的高频模型 12

3.2.2电感器的高频模型 13

3.3传导干扰的预测模型 13

3.3.1共模干扰的预测模型 14

3.3.2差模干扰的预测模型 16

3.4本章小结 19

第4章 直流变换器传导电磁干扰的抑制 20

4.1传导电磁干扰的抑制方案 20

4.2共模干扰的抑制 20

4.3差模干扰的抑制 22

4.4本章小结 25

第5章 总结与展望 26

5.1课题总结 26

5.1课题展望 26

致谢 27

参考文献 28

附录A 30

附录B 31

第1章 绪论

11.1电磁干扰问题研究的目的及意义

随着电力电子技术的广泛应用，电磁干扰(Electromagnetic Interference，简称EMI)成为人们不可忽视的一个重大问题，并且由于电力电子装置的容量不断增大，增大了电磁干扰污染的可能，所以在电路设计和器件选用方面，EMI已经成为首要考虑的问题之一。在全世界范围内，各国对电气设备的电磁兼容（Electromagnetic Compatibility,简称EMC）制订了相应的标准，特别是美国。美国关于电磁兼容标准制定的机构是美国联邦通信委员会（Federal Communications Commission，简称FCC）。该机构规定在美国销售的电子设备和装置必须在其指定的特定环境下测量其电磁干扰,并且测量的电磁干扰必须小于特定值。否则，该电子设备或装置不能在美国市场流通。虽然各国对于电磁兼容的标准不一，但是，对于电磁干扰问题的重视却是大相径庭的。

早在19世纪，人们已经开始意识到电磁干扰会对电力电子装置的正常工作状态产生影响。关于电磁干扰问题的研究最早的文献应该是英国科学希维赛德在1881年发表的“论干扰”，由此拉开了电磁干扰研究的帷幕。紧接着不久，德国在柏林成立了电磁干扰问题委员会。等到了1889年，英国邮政部门开始研究通讯方面的电磁干扰的问题。到了20世纪，随着欧盟推行89/336/EEC电磁兼容指令，各国先后成立了相应的委员会，制订了相应的电磁兼容性标准，实行市场准入制，对于不符合其标准的电气设备，不准在其市场上进行流通。

由以上电磁干扰研究的发展史可以看出，电磁干扰问题被人们越来越重视，如何抑制电磁干扰，是电力电子技术的发展需要解决的重大问题。因此，对于电磁兼容性的问题不容小觑，必须认真对待。

目前，国内外很多专家学者对电磁干扰中的传导干扰产生的机理、抑制方法以及预测模型方面做了大量的研究，但是对于直流变换器的电磁干扰方面的研究却很少，所以对于这方面的研究仍然需要投入大量的精力，本文就直流变换器的电磁干扰进行分析，并建立其噪声预测模型。

1.2电磁干扰概述

电磁兼容性EMC（Electro Magnetic Compatibility），主要是指电力电子装置或系统在特定的电磁环境中正常运行，并且不对其所处环境中的其他任何设备产生产生影响，即不干扰其他设备原来的正常工作状态。总的来说，就是要求电气设备或系统在所处的电磁环境中既不受其他电磁干扰，又不对其他设备产生电磁干扰，处于正常的工作状态。

电磁兼容性的问题离不开电磁干扰三要素（干扰源、耦合途径以及敏感设备），对于任何电磁干扰问题的研究，都需要对这三个要素进行分析。所有电磁干扰问题都离不开这三要素，电磁干扰的过程即干扰源发出干扰信号，通过各种耦合途径传入到敏感设备，并对敏感设备原有的工作状态产生干扰，如果干扰信号特别大，那么会对敏感设备造成极大的破坏。

图1.1 电磁干扰三要素

为方便起见，常常将电磁干扰源分为两类，一类是自然干扰源。自然干扰源主要源于大气中的雷电噪声、以及宇宙中的某些射线，自然干扰源主要对卫星运行、火箭发射以及通讯传输产生干扰。另一类是人为干扰源。人为干扰源，顾名思义，就是人为制造的设备或装置，例如广播、雷达等。由于广播和雷达这类人为干扰源是人们利用其干扰特性来方便人类生活，是希望出现的干扰，故称为有意发射干扰源，而类似于照明器具这些电气设备，对整个电网和电力系统产生的电磁干扰是不希望出现的，称为无意电磁干扰源。

电磁干扰的传导途径一般分为传导耦合和辐射耦合，由于本文主要研究的是功率变流器的电磁干扰问题，所以主要是传导耦合方式。

1.3传导电磁干扰概述

传导干扰主要是传导电磁干扰在电路中的表现形式是电压和电流，通过电路中的导线或电路中的电子器件耦合到敏感设备上去。在电路回路的低频分段，电磁干扰的主要形式是传导干扰。如果一个通道中有不希望的信号进来，那么就有可能对附近的电气设备产生干扰。

电力系统以及电力设备回路一般都存在两条回路，并且一般还存在信号地线，当干扰信号在这两条回路之间进行往返流动时，这时候就是差模干扰；当干扰信号从这两条回路流出，并通过信号地线流回，这就是共模干扰。具体的，见下图1.2和图1.3：

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