儲(chǔ)能電源電磁兼容研究與優(yōu)化 | 杜佐兵電極限第209位演講嘉賓

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杜佐兵，emc及電源行業(yè)專家、電極限平臺(tái)常駐專家

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一、儲(chǔ)能電源設(shè)計(jì)及其關(guān)鍵技術(shù)

儲(chǔ)能及能量變換系統(tǒng)中的硅器件及寬禁帶器件
技術(shù)應(yīng)用研究

儲(chǔ)能逆變及能量變換系統(tǒng)-主要拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的技術(shù)應(yīng)用

寬禁帶半導(dǎo)體SiC & GaN 新材料性能特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

▲ 更高的溫度應(yīng)用(3倍禁帶寬度:低漏電、高工作溫度)

材料特性：
高禁帶寬度、擊穿場(chǎng)強(qiáng)、熱導(dǎo)率、電子漂移速度
器件優(yōu)勢(shì)：
高擊穿電壓、開(kāi)關(guān)頻率、工作溫度、功率密度
系統(tǒng)功能提升：
轉(zhuǎn)換效率、尺寸重量、系統(tǒng)工作頻率

寬禁帶半導(dǎo)體材料：GaN,SiC
寬禁帶材料&Si材料性能優(yōu)勢(shì):
A.禁帶寬
B.擊穿場(chǎng)強(qiáng)高
C.電子遷移速度快

儲(chǔ)能逆變及能量變換系統(tǒng)中的功率開(kāi)關(guān)器件
損耗品質(zhì)因素FOM解析

二、儲(chǔ)能逆變電路設(shè)計(jì)及電磁干擾
問(wèn)題研究

儲(chǔ)能電源及單級(jí)高頻太陽(yáng)能光伏逆變器的
原理設(shè)計(jì)及技術(shù)方案

便攜式儲(chǔ)能電源雙向DC-DC的變換器架構(gòu)及電磁干擾

儲(chǔ)能電源單向DC電源設(shè)計(jì)及噪聲干擾源研究

儲(chǔ)能電源逆變器交流輸入輸出與EMI濾波器的
設(shè)計(jì)及應(yīng)用

儲(chǔ)能逆變電源系統(tǒng)中-常見(jiàn)的電磁干擾EMI問(wèn)題

逆變及能量變換系統(tǒng)中的開(kāi)關(guān)器件-開(kāi)關(guān)du/dt&di/dt
帶來(lái)的噪聲干擾問(wèn)題

逆變及能量變換器中的開(kāi)關(guān)器件-上升沿及下降沿
與寄生參數(shù)的影響分析

在電磁兼容領(lǐng)域，開(kāi)關(guān)器件的寄生參數(shù)是關(guān)注的重點(diǎn)。通過(guò)理論和實(shí)踐得出結(jié)論：產(chǎn)品及器件的寄生參數(shù)也就是分布參數(shù)是造成EMC問(wèn)題的主要原因。

三、儲(chǔ)能電源系統(tǒng)電磁兼容設(shè)計(jì)

儲(chǔ)能逆變電源項(xiàng)目及產(chǎn)品理論與實(shí)踐結(jié)合是
最佳的策略-產(chǎn)品舉例

產(chǎn)品系統(tǒng)可靠性（EMC）設(shè)計(jì)時(shí)需要評(píng)審及
故障診斷的核心內(nèi)容

儲(chǔ)能產(chǎn)品中EMC設(shè)計(jì)示意圖展現(xiàn)EMC問(wèn)題全過(guò)程

▲ 產(chǎn)品中電磁兼容問(wèn)題的形成模型

通用儲(chǔ)能電源系統(tǒng)中其EMI的總體路徑及設(shè)計(jì)策略

▲ 充電模式

四、儲(chǔ)能產(chǎn)品EMC問(wèn)題優(yōu)化策略

中大功率逆變儲(chǔ)能電源EMC測(cè)試案例-引發(fā)的思考

1、AC濾波器接PE，超標(biāo)20dB
2、AC濾波器不接PE，余量10dB
3、PE上繞非晶，錳鋅(1~35mH)都試過(guò)，AV尖峰可以下來(lái)，PEAK無(wú)用

逆變電源及產(chǎn)品中EMI問(wèn)題測(cè)試與整改
兩個(gè)方面的要求

傳導(dǎo)發(fā)射(CE)：干擾電流沿著電源線傳導(dǎo)進(jìn)入公共電網(wǎng)
輻射發(fā)射(RE)：干擾能量以電磁波的形式進(jìn)入空間(空間波阻抗377Ω)

▲ EMI診斷與整改的基本過(guò)程

電磁干擾的傳播和EMC性測(cè)試數(shù)據(jù)-如何快速
鎖定EMC問(wèn)題

梯形波諧波發(fā)射通常是由多個(gè)源或輻射結(jié)構(gòu)產(chǎn)生，以200MHz為分界線分析

產(chǎn)品系統(tǒng)(逆變及開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng))EMI整改的
流程及方法策略

注意：當(dāng)有多個(gè)頻率點(diǎn)超標(biāo)時(shí)，先診斷發(fā)射強(qiáng)度最大的超標(biāo)頻率，通常這個(gè)頻率點(diǎn)的超標(biāo)整改成功后，其它頻率點(diǎn)上的超標(biāo)發(fā)射也會(huì)隨著消失。

產(chǎn)品系統(tǒng)(逆變及開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng))EMI傳導(dǎo)發(fā)射
整改的流程及方法策略

▲ EMI傳導(dǎo)發(fā)射整改示意圖

產(chǎn)品系統(tǒng)(逆變及開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng))EMI傳導(dǎo)發(fā)射
濾波器電路的設(shè)計(jì)架構(gòu)經(jīng)驗(yàn)參考

A.電子產(chǎn)品開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)-濾波器中共模電感對(duì)系統(tǒng)的快速群脈沖(EMS)作用明顯。

B.最快速優(yōu)化濾波器的方法:通過(guò)測(cè)試(EMI)曲線進(jìn)行EMI濾波器的匹配設(shè)計(jì)。

更多案例分析可參考杜老師編著的兩本書籍《開(kāi)關(guān)電源電磁兼容分析與設(shè)計(jì)》、《物聯(lián)產(chǎn)品電磁兼容分析與設(shè)計(jì)》

產(chǎn)品系統(tǒng)(逆變及開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng))-正確選擇
共模濾波電感的設(shè)計(jì)-納米晶共模電感參考例

產(chǎn)品系統(tǒng)(逆變及開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng))EMI輻射發(fā)射
整改流程及方法策略

產(chǎn)品系統(tǒng)優(yōu)化-EMC電磁干擾3D可視化
整改工具-WM7300

產(chǎn)品系統(tǒng)優(yōu)化-WM7300檢測(cè)功能及電路板測(cè)試案例

▲ 測(cè)定結(jié)果畫面展示

產(chǎn)品系統(tǒng)優(yōu)化-EMC電磁干擾3D可視化
整改工具-WM9500

采用3D立體鏡頭，獲取空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)。同時(shí)，將頻譜分析儀讀取的磁場(chǎng)傳感器的測(cè)定值和空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)一起存入電腦。

產(chǎn)品系統(tǒng)優(yōu)化-WM9500測(cè)試案例

▲ 測(cè)定結(jié)果畫面展示

測(cè)量對(duì)象物和電磁干擾圖重疊，表示直接找到干擾源位置

產(chǎn)品系統(tǒng)(逆變及開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng))采用拓展
濾波器設(shè)計(jì)-需要注意的問(wèn)題

問(wèn)題一：濾波器與電源端口之間的連接線過(guò)長(zhǎng)。這是一個(gè)常見(jiàn)的錯(cuò)誤，有以下兩個(gè)原因：

1、對(duì)于抗外界干擾的場(chǎng)合：外面沿電源線傳進(jìn)設(shè)備的干擾還沒(méi)有經(jīng)過(guò)濾波，就已經(jīng)通過(guò)空間耦合的方式干擾到線路板了，造成敏感度的問(wèn)題。

2、對(duì)于產(chǎn)品內(nèi)部干擾發(fā)射的場(chǎng)合(包括傳導(dǎo)發(fā)射和輻射發(fā)射)：線路板上產(chǎn)生的干擾可以直接耦合到濾波器的外側(cè)，傳導(dǎo)到產(chǎn)品機(jī)殼外面，造成超標(biāo)的電磁發(fā)射(包括傳導(dǎo)和輻射)

問(wèn)題二：濾波器輸入與輸出線靠得過(guò)近。發(fā)生這個(gè)錯(cuò)誤的原因也是忽視了高頻電磁干擾的空間耦合。

在布置產(chǎn)品及設(shè)備內(nèi)部連接線時(shí)，為了美觀，將濾波器的輸入、輸出端扎在一起，結(jié)果輸入線和輸出線之間有較大的分布電容，形成耦合通路，使電磁干擾能量實(shí)際將濾波器旁路掉，特別是在高頻段，濾波效果變差。

正確的接地方式：濾波器的金屬外殼一定要大面積地貼在金屬機(jī)箱的導(dǎo)電表面上；濾波器的接地端子上都連著一根接地線。（注意：不正確連接這根導(dǎo)線，對(duì)濾波器的性能會(huì)帶來(lái)影響）

濾波器直接接地盡量短，輸入、輸出線隔離。濾波器的輸入和輸出可分別在機(jī)箱金屬板的兩側(cè)，直接安裝在金屬板上，使接觸阻抗最小，并且利用機(jī)箱的金屬面板將濾波器的輸入端和輸出端隔離開(kāi)，防止高頻時(shí)的耦合。

版權(quán)聲明：文章整理于電極限“2024電磁兼容與電源技術(shù)應(yīng)用大會(huì)·上海峰會(huì)”杜佐兵老師課件摘要，推送文章目的，在于傳播相關(guān)技術(shù)知識(shí)，供讀者學(xué)習(xí)和交流！歡迎點(diǎn)贊收藏，一起交流進(jìn)步！

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