基于频域限幅的变流器电磁干扰综合抑制研究

在大量机电设备运行的现场，变流器作为交、直流开关电源装配后常常出现输出EMI超标的情况，短时间内很难甚至无法找到原因或干扰源。为了符合负载的EMC要求和变流器本身的抗干扰要求，对变流器采用实时地动态分析和抑制EMI的技术十分必要。本项目研究一种以变流器输出的传导性EMI实时频谱为评价基准的干扰综合治理方案。通过EMI实时动态频谱分析（其中引入小波变换的多分辨率思想提高频谱分析的精度），首先在超出干扰门限的频点上对变流器的工作开关进行扩频控制，以期望降低开关频繁切换引起的干扰峰值；再对仍然超出门限的频点采用"频域选取"有源抵消手段降低峰值；最后采用变电抗滤波器滤除强干扰信号的残存峰值。在对EMI综合抑制措施所产生的负面效应分析研究前提下，提出优化治理方案的策略，使干扰的综合抑制效果最佳。本项目以Boost变换器和三相逆变器电路为基础，进行仿真和实验验证研究。

作为各种装置配备的电源，变流器提供符合标准的交/直流输出十分重要。由于变流器中开关的工作特点，其产生的电磁干扰(EMI)主要集中在中低频段。本项目在变流器EMI实时频谱估计的研究基础上，采用载波调制、反向抵消、变电抗滤波等技术来抑制EMI峰值，并采取措施应对出现的负面效应。.要有效地抑制EMI，首先需要精确地确定EMI峰值的参数。本项目提出了一种基于对称移位相位差(STSPD)法的实时估计变流器EMI频谱的综合方案。该方案以多分辨率频谱分析的思想解决了频谱分析中实时性和准确性的矛盾，先以较低分辨率的分析获得频谱的粗略情况，再对峰值附近的频谱进行STSPD法的高分辨率分析，获得峰值的高精度参数。本项目提出的STSPD法在峰值频率临近时具有比其它方法更小的估计误差。.载波调制技术可以用来抑制干扰峰值，其中载波频率调制(CFM)能在频谱上达到削峰填谷的效果，大幅降低变流器开关频率及其谐波频率的峰值。本项目提出了一种载波二次调频的策略，即经优化，将两种简单的周期信号加权合成一种复杂的信号对载波进行调频，使得削峰填谷效果最佳。本项目还提出了一种载波峰值位置调制(CPPM)技术，可以在任意调制指数下，降低三相逆变器共模电压的时域峰值。本项目将上述两种载波调制技术合成一种载波多重调制技术，在时域和频域上都达到了抑制干扰峰值的效果。.在前述研究中发现三相逆变器采用载波移相策略时会产生附加的低频共模干扰，本项目提出了一种反向注入控制技术来抵消这种干扰。它采用了临时注入参考信号的方式，修正了检测-控制延时问题，获得了很好的抵消效果。本项目还在CPPM技术的基础上设计了一种有源反向抵消滤波器来抑制三相逆变器的共模电压。考虑到CPPM会引起逆变器差模输出恶化，又设计了一个针对性的无源滤波器来改善其差模输出，并将这种有源和无源滤波电路结合成一个混合滤波器，达到既消除共模电压又抑制差模干扰的效果。.对于干扰峰值的抑制，单调谐滤波器比单纯增加并联滤波电容具有更高的效率。但调谐滤波器的失谐问题会造成其干扰峰值抑制效果大打折扣。本项目提出了一种可变电容滤波器(VCF)方案。设计的VCF通过可变增益放大器控制等效可变电容，达到跟随并抑制干扰峰值的效果。这种VCF还可以用在开关进行CFM控制的场合，填补了采用CFM控制后如何滤波的空白。.上述新技术在DC/DC和DC/AC变换器中得到了验证。