中心議題：

• 分析電力電子設備中傳導電磁干擾噪聲產生的機理
• 分析討論幾種主要EMI噪聲源建模和測量方法
• 采用雙電流探頭法進行驗證實驗并實際測量了噪聲源內阻抗，結果較滿意

解決方案：

• 對EMI傳導噪聲進行濾波，提高EMC性能，降低電磁干擾
• 采用雙電流探頭法，具有較好的精度
  

引言
電力電子設備作為電源與控制設備，由于進行電能變換時的高效率而在許多行業得到了廣泛的應用，在電力電子設備為人類生產、生活帶來巨大便利的同時，因其開關工作方式，使電磁兼容性能受到挑戰，一方面，不良的電磁兼容性能不僅對外造成干擾，影響其它設備的正常工作，另一方面，電力電子設備本身也會受到電磁干擾的影響，使其可靠性下降，如何降低電磁干擾，提高電磁兼容性已成為迫在眉睫的問題，傳統的方法是采用濾波技術，但是EMI(電磁干擾)濾波器設計的必要前提是對電力電子設備EMI噪聲源的測量與分析，本文詳細介紹了電力電子設備EMI噪聲源的測量與分析。
　　
EMI噪聲源產生機理
電力電子設備產生的電磁干擾通過傳導和輻射耦合到敏感設備，在電力電子設備中，傳導是電力電子設備干擾傳播的重要途徑，也是在電磁兼容技術中應著重考慮的。

電力電子設備的干擾源主要集中在功率開關器件以及與之相連的散熱器和高頻變壓器上，電力電子設備高功率密度、高電流/電壓變化率的特點導致其EMI問題特別嚴重。
 
電力電子設備中功率器件的快速通斷產生了較大的dv/dt和di/dt，一方面在布線電感上產生了很大的尖峰電壓Ldi/dt，疊加在開關管兩端，提高了開關管的電壓應力；另一方面，由于電路中存在寄生參數，和dv/dt、dildt相互作用產生了高頻噪聲電流，形成了很強的電磁干擾，
 
電力電子設備電磁干擾源的位置較為清楚，主要集中在功率開關器件、二極管以及與之相連的散熱器和高頻變壓器上，另外印制板布線不當也是引起電磁干擾的一個主要因素為了散熱，功率器件MOSFET的漏極、源極和金屬外殼之間有一個很薄的絕緣層，金屬外殼和散熱器緊緊貼在一起，由于安全原因和機械結構的考慮，散熱器通常接地，這就使得MOSFET的漏極、源極和地之間存在寄生電容，當功率器件快速通斷時，共模電流流過開關管對地的寄生電容，
 
當MOSFET關斷時，高頻變壓器的漏感所產生的反電勢E＝-Ldi/dt，其值與漏極的電流變化率di/dt以及漏感量成正比，疊加在開關管兩端，形成關斷電壓尖峰，增大了dv/dt，

輸出整流二極管對地存在寄生電容，當MOSFET通斷時，共模電流流過輸出整流二極管對地的寄生電容，另外當輸出整流二級管截止時，二極管反向恢復電流在變壓器漏感和其他分布參數的影響下將產生額外的高頻噪聲。

根據傳導干擾方式的不同，可以把電磁干擾源分為共模(CM)和差模(DM)兩種形式，它們產生的內部機理有所不同，共模干擾是指通過相線、對地寄生電容，再由地形成的回路干擾，它主要是由較高的dv/dt與寄生電容間的相互作用而產生的高頻振蕩；差模干擾是指相線之間的干擾，直接通過相線與電源形成回路，它主要是由電力電子設備產生的脈動電流引起的，差模和共模干擾各自的回路，差模干擾電流為1DM，共模干擾電流。
　　
傳導EMI噪聲源建模分析
EMI濾波器是抑制電磁干擾的有效措施，但目前國內外進行EMI濾波器設計時，事先并不知道噪聲源的內部干擾源和阻抗，設計時往往忽略了噪聲源的內阻抗，進行一種通用的EMI濾波器設計，由于各噪聲源的內阻抗并不相同，而干擾源阻抗和濾波器阻抗之間的匹配關系直接影響到濾波器的濾波效果，因此，準確估計電力電子設備內部阻抗對于電磁干擾的有效抑制有著重要意義.

目前噪聲源阻抗測量主要有以下幾種方法：
a.諧振法
諧振法通過加入電感器并使之與設備傳導干擾的等效內阻抗發生諧振，從諧振頻率和品質因數推知電磁干擾的等效阻抗，該方法的使用頻率段窄(≤1 MHz)且實施起來很繁瑣，具體原理如下：
若開關電源噪聲源用諾頓等效電路表示，則(諧振測量的)原理電路。

為了測量開關電源噪聲源等效電路的參數，在其前端并入開關S，和可調負載電感L，如果將頻譜分析儀的寬頻電流探頭插入源和負載之間，則當S關閉時，電流探頭可測得噪聲源流經S。當L打開，調整L使整個回路諧振時，電流探頭可以測得流過L的諧振電流L注意這里L是L和S的等效電感，并等效為并聯諧振電路，其Q值為：

b.插入損耗法
插入損耗法通過并入一個已知的電感，由插入損耗曲線得出設備傳導干擾等效內阻抗的幅頻特性曲線， 如果在A和R之間加上濾波器通過R的噪聲電壓將會減小，這種變化定義為插入損耗.
 
該方法具有較好的理論基礎，但同樣存在阻抗相位測量精度低、未能提取出有效等效電磁干擾源的信息、適用頻段窄的缺點。
 
c.改進的插入損耗法
該模型參數估計法在LISN和設備之間引入已知阻抗特性的濾波元件(串聯或者并聯)，通過考查LISN端口干擾電壓和電流的變化關系計算出等效噪聲源和內阻抗，以差模噪聲源和內阻抗的估計方法為例：
首先將設備以浮地方式消除共模干擾的影響，當并聯上阻抗Z后，在LISN側等效噪聲負載變 .

d.雙電流探頭法
該測定方法采用兩個電流探頭，一個作為注入式探頭，另一個作為檢測式探頭，通過仔細地校準和測試，可以分別得到開關電源在EMC規定范圍的各頻率點的CM、DM阻抗，并且具有較好的精度，
如圖5所示，雙電流探頭法測試的實驗裝置包括了一個注入式電流探頭、一個檢測式電流探頭、一個信號發生器和一個頻譜分析儀，要測量的未知阻抗以b端的阻抗Z來表示，信號發生器輸出一正弦波信號V注入到注入式電流探頭，于是電路中就產生L的電流，頻譜分析儀可以檢測到L對檢測式電流探頭的作用結果，通過信號發生器不同頻率點輸出的調節，就可以在檢測式電流探頭端獲取不同頻率點的值，
　　
測量實驗結果
本文基于電流探頭法對EMI噪聲源內阻抗進行了驗證，實驗裝置如圖7所示，其中兩個電容分別接在L—E線和N—E線之間，為使該電路的Z可重復進行測量并盡量保持恒定，該兩電容必須固定在印刷電路板上，同時注入式和檢測式電流探頭在電路板上也必須有其固定位置，PCB與測試設備間的連線必須盡量的短，以減小導線布局引起的寄生效應，這種位置固定的測試，其優點是一旦電路校準后，測得的Z不但適用于CM測試，同樣也適用于DM測試，可大大提高測試的速度。

驗證實驗如下，取已知阻抗的電路元件作為被測試件進行測試，將信號發生器輸出信號輸入到注入式電流探頭，有一導線穿過兩個電流探頭與待測阻抗構成回路，檢測式電流探頭通過耦合將感應到的信號輸人至放大器進行放大，而后送人頻譜儀進行檢測，圖中虛線由高頻阻抗儀(電子部41所生產的AV2782型)測量結果，實線是通過雙電流探頭法測量和分析后得到的結果，發現阻抗儀測得結果與實驗測得結果吻合較好這說明電流探頭法測試精度較高，可以用于噪聲源內阻抗測量，
　　
結論 　　
電力電子設備由于電磁兼容性能差而影響了其廣泛應用，因此提高EMC性能，降低電磁干擾就顯得十分重要，而其中EMI傳導噪聲濾波是有效方法之一，特別是EMI噪聲源的測定與分析是設計EMI濾波器的前提條件，本文詳細分析了電力電子設備中傳導電磁干擾噪聲產生的機理，然后分析討論了幾種主要EMI噪聲源建模和測量方法，同時采用雙電流探頭法進行了驗證實驗并實際測量了噪聲源內阻抗，結果較滿意，通過本文開展的噪聲源建模研究，能準確地反映裝置內傳導干擾特性，有利于幫助設計人員認清傳導干擾的性質，指導EMI濾波器的設計，從而降低裝置對外傳導干擾發射，達到EMC國際標準。