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共模EMI发生机理与动态节点电位平衡共模EMI抑制技术

共模EMI发生机理与动态节点电位平衡共模EMI抑制技术 随着功率变换器朝着高频率、高效率、小型化方向的迅速发展由此产生的电磁干扰(EMI)问题也就越来越严重各种国际和国内电磁兼容(EMC)规范的强制执行更使得功率变换器的EMI成为一个亟待解决的问题。电路的EMI可以分为差模干扰和共模干扰两部分。在功率变换器中共模干扰往往占主要成分。共模干扰的主要来源是电路中存在着电位随着时间剧烈变化的电节点。该电接点通过其对地的分布电容以电容耦合的形式在地回路中产生的位移电流。电力电子器件MOSFET的漏极一般会与其封装的散热金属壳在内部相接该金属壳再通过绝缘垫片固定在外接散热器上散热器则与地相连。因此MOSFET的漏极对地之间存在一个较大的分布电容。以传统Boost电路为例下图1箭头所示即为共模电流的通路节点与MOSFET的漏极相连而MOSFET的漏极与金属外壳之间通过分布电容。与此同时二极管D也是安装在外部散热器上的其阴极与金属外壳之间也存在比较大分布电容。LISN为传导EMI测试规范中需要的线性阻抗匹配网络它的功能是将被测设备的EMI噪声耦合至干扰接收机并隔离电网侧的噪声。​​​​​​​ ​​​​​​​当电路中其他节点、的对地电位虽然也是悬浮的但节点上电位变化率不大且对地分布电容也远小于、。忽略LISN中的对地阻容当MOS管投入时对电平突降当然对地电平也会突降这部分对地释放的电荷会从电路中其他地方供给从而导致整个电路对地电平下降而由于远大于其余的对地分布电容因此对地的充放电会引起较大幅度的共模电压波动从而引发较大的共模EMI问题。要想该问题就需要在电压相对稳定的地方提供较大的对地电容如图1中LISN的对地阻容。当对地电压波动时能有其余较大的对地电容为其提供电荷从而减小共模电压波动幅度。另有一个方法即动态节点电位平衡共模EMI抑制技术利用、容值相当的特点使其产生的位移电流大小相等方向相反从而能够相互抵消进而达到降低共模干扰的效果。​​​​​​​ ​​​​​​​ ​​​​​​​将图1的Boost电路中的电感从中间抽头引出分成两个分别串联在直流侧上下支路上的电感如图2所示这样在MOSFET开关瞬态时节点的电位变化du/dt减半而节点的du/dt与节点的du/dt大小一致方向相反。两个动态节点和可获得动态电位平衡再将续流二极管D从直流侧上支路移至下支路二极管D的阴极与节点相连。由于在同一电路中MOSFET和二极管D的功率等级通常差不多其封装大小也是一致的。因此将MOSFET和D安装在一个散热器上采用相同材料的绝缘垫片两者对地的分布电容和大小趋向一致。显然节点和平衡变化的电位在分布电容和中产生的位移电流和大小相等方向相反互相抵消使得流经散热器到地的共模电流大大减小。
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