基于噪声源阻抗提取的PWM逆变器EMI滤波参数设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于噪声源阻抗提取的PWM逆变器EMI滤波参数设计方法，包括：1依据三电平PWM逆变器的EMI滤波拓扑建立差/共模滤波器的等效电路，推导差/共模插入损耗的表达式；2根据所得表达式分析噪声源阻抗对EMI滤波效果的影响；3采用单电感单电容插入损耗法提取逆变器的差/共模噪声源阻抗的最大可能值和最小可能值；4使用MATLAB分析噪声源阻抗与插入损耗的关系，并选定滤波效果最差情况下的噪声源阻抗进行参数设计；5通过转折频率建立等价表达式，计算得到差/共模滤波器的元件参数。本发明专利技术在不增加滤波器参数计算复杂性的同时提高参数设计的准确性，降低设计过程中的试错成本，实现了EMI滤波器的定量设计。实现了EMI滤波器的定量设计。实现了EMI滤波器的定量设计。

【技术实现步骤摘要】
基于噪声源阻抗提取的PWM逆变器EMI滤波参数设计方法


[0001]本专利技术涉及一种基于噪声源阻抗提取的PWM逆变器EMI滤波参数设计方法，属于电磁兼容设计


技术介绍

[0002]EMI滤波器作为变流装置中电磁兼容设计的重要一环，广泛应用于高频电力电子产品中。近些年来，随着PWM逆变器集成度的提高，功率密度的增大以及半导体材料的发展，应用于逆变器的电力开关管的开关频率可以达数十kHz乃至数百kHz。这些高频开关器件可以大幅度提高逆变器工作时的开关频率，减小无源谐波滤波器的体积和重量。但与此同时，带来的电磁干扰问题也变得越来越突出，在系统传导过程中不仅增加了设备的功率损耗，缩短设备的使用寿命，影响逆变器的正常工作，还会给电网引入谐波干扰，引起电网侧电压脉动和波形畸变。现有针对EMI滤波器设计的方法主要包括以下几种：
[0003](1)将噪声源阻抗视为无穷大，即开路状态。根据EMI滤波器的等效电路计算得到的插入损耗表达式，同时由插入损耗曲线的切点引入一条切线与水平轴相交，交点为转折频率点，由此建立等价关系进行参数设计，虽然简化了参数的计算过程，但没有考虑实际情况下噪声源阻抗带来的影响，所得插入损耗值无法准确衡量滤波器的性能，偏离实际；
[0004](2)将噪声源阻抗和负载阻抗假定为50欧姆电阻,虽然考虑了噪声源阻抗带来的影响，但实际情况下噪声源阻抗一般不是恒定的50欧姆，且噪声源内阻随着频率的变化而变化，所以如果仍然按照50欧姆电阻特性来假定干扰源内阻，进行滤波器设计，则无法得到准确的插入损耗。

技术实现思路

[0005]本专利技术为克服现有EMI滤波器参数设计方法存在的不足之处，提出一种基于噪声源阻抗提取的PWM逆变器EMI滤波参数设计方法，以期能提高EMI滤波器的滤波性能，从而能确保PWM逆变器并网电流的质量，减小电磁干扰的影响。
[0006]本专利技术为达到上述专利技术目的，采用的技术方案如下：
[0007]本专利技术一种基于噪声源阻抗的PWM逆变器EMI滤波参数设计方法的特点在于，包括以下步骤：
[0008]步骤1、根据L型等效拓扑，利用单电感插入损耗法得到如式(1)所示的共模电感对噪声衰减的表达式：
[0009][0010]式(1)中，Z
sCM
是待求解的共模噪声源阻抗，Z
fCM
表示已知的共模电感的感抗，A
T
表示共模衰减值，R
loadCM
表示共模等效电阻；
[0011]步骤2、利用式(2)分别获得共模噪声源阻抗的最大可能值|Z
sCM
|
MAX
和最小可能值|Z
sCM
|
MIN
：
[0012][0013]步骤3、根据C型等效拓扑，利用单电容插入损耗法得到如式(3)所示的差模电容对噪声衰减的表达式：
[0014]|Z
sDM
|
‑
|Z
fDM
|＜A
T
|Z
fDM
|＜|Z
sDM
|+|Z
fDM
|
ꢀꢀꢀ
(3)
[0015]式(3)中，Z
sDM
是待求解的差模噪声源阻抗，Z
fDM
表示已知的差模电感的感抗，A
T
是差模噪声衰减值，R
loadDM
表示差模等效电阻；
[0016]步骤4、利用式(4)分别获得差模噪声源阻抗的最大可能值|Z
sDM
|
MAX
和最小可能值|Z
sDM
|
MIN
：
[0017][0018]步骤5、根据LC型等效电路，使用MATLAB绘制插入损耗随频率和噪声源阻抗变化的三维曲线及其投影图，并得出差/共噪声源阻抗与插入损耗成反比关系；
[0019]步骤6、使用共模噪声源阻抗的最大可能值进行参数设计；
[0020]步骤6.1、根据三电平PWM逆变器的LC型EMI等效拓扑，得到LC型共模滤波等效电路；
[0021]步骤6.2、根据LC型共模滤波等效电路的拓扑，利用式(5)得到共模频率f
cm
的表达式；
[0022][0023]式(5)中，C
cm
是共模电容，L
cm
是共模电感；R
loadCM
是共模等效阻抗；
[0024]步骤6.3、利用式(6)构建共模电容C
cm
的漏电流I的表达式，从而得到共模电容C
cm
：
[0025]I＝2πfC
cm
U
ꢀꢀꢀ
(6)
[0026]式(6)中，f为电网频率，U为对地电压；
[0027]步骤6.4、在已知的共模频率f
Tcm
所对应的插入损耗为V
req
处作一条直线l1，并与共模频率f
cm
的对数坐标轴相交，从而利用式(7)得到共模转折频率f
ccm
：
[0028][0029]式(7)中，k1为直线l1的斜率；
[0030]由式(5)和式(7)建立等价关系，计算得到共模滤波器的元件参数；
[0031]步骤7、使用差模噪声源阻抗的最大可能值进行参数设计；
[0032]步骤7.1、根据三电平PWM逆变器的LC型EMI等效拓扑，得到LC型差模滤波等效电路；
[0033]步骤7.2、根据LC型差模滤波等效电路的拓扑，从而利用式(8)得到差模频率f
dm
的表达式；
[0034][0035]式(8)中，C
dm
是差模电容，L
dm
是共模电感；R
loadDM
是差模等效阻抗；
[0036]步骤7.3、根据经验值得到差模电容C
dm
；
[0037]步骤7.4、在已知的差模频率为f
Tdm
所对应的插入损耗为V
req
处作一条直线l2，并与差模频率f
dm
的对数坐标轴相交，从而利用式(9)得到差模转折频率f
cdm
：
[0038][0039]式(9)中，k2为直线l2的斜率；
[0040]由式(8)和式(9)建立等价关系，计算得到差模滤波器的元件参数。
[0041]本专利技术一种电子设备，包括存储器以及处理器的特点在于，所述存储器用于存储支持处理器执行所述PWM逆变器EMI滤波参数设计方法的程序，所述处理器被配置为用于执行所述存储器中存储的程序。
[0042]本专利技术一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序的特点在于，所述计算机程序被处理器运行时执行所述PWM逆变器EMI滤波参数设计方法的步骤。
[0043]相比于现有技术方法，本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于噪声源阻抗的PWM逆变器EMI滤波参数设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、根据L型等效拓扑，利用单电感插入损耗法得到如式(1)所示的共模电感对噪声衰减的表达式：式(1)中，Z
sCM
是待求解的共模噪声源阻抗，Z
fCM
表示已知的共模电感的感抗，A
T
表示共模衰减值，R
loadCM
表示共模等效电阻；步骤2、利用式(2)分别获得共模噪声源阻抗的最大可能值|Z
sCM
|
MAX
和最小可能值|Z
sCM
|
MIN
：步骤3、根据C型等效拓扑，利用单电容插入损耗法得到如式(3)所示的差模电容对噪声衰减的表达式：|Z
sDM
|
‑
|Z
fDM
|＜A
T
|Z
fDM
|＜|Z
sDM
|+|Z
fDM
|
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)式(3)中，Z
sDM
是待求解的差模噪声源阻抗，Z
fDM
表示已知的差模电感的感抗，A
T
是差模噪声衰减值，R
loadDM
表示差模等效电阻；步骤4、利用式(4)分别获得差模噪声源阻抗的最大可能值|Z
sDM
|
MAX
和最小可能值|Z
sDM
|
MIN
：步骤5、根据LC型等效电路，使用MATLAB绘制插入损耗随频率和噪声源阻抗变化的三维曲线及其投影图，并得出差/共噪声源阻抗与插入损耗成反比关系；步骤6、使用共模噪声源阻抗的最大可能值进行参数设计；步骤6.1、根据三电平PWM逆变器的LC型EMI等效拓扑，得到LC型共模滤波等效电路；步骤6.2、根据LC型共模滤波等效电路的拓扑，利用式(5)得到共模频率f
cm
的表达式；式(5)中，C
cm
是共模电容，L
...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪海宁，李明杰，张鹏，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：