技术资讯 I 如何减少逆变器中的电磁干扰

耀创深圳

本文要点

逆变器是用于将输入直流电转换为输出交流电的一种电路。

在高频开关操作时，电源开关会产生较大的 dv/dt 和 di/dt 值，从而导致逆变器中产生电磁干扰 (EMI)。

使用软开关的逆变器称为谐振逆变器。

逆变器是用于将输入的直流电转换为输出交流电的一种电路。逆变器可用于电池供电系统、可再生能源系统、不间断电源、电机驱动等。逆变器是一种电力电子转换器，能够将输入的直流电转换为具有所需振幅和频率的交流电。

逆变器使用开关器件，无论在何处使用，逆变器都是电磁干扰的主要来源，因此，如何减少逆变器的电磁干扰是工业系统工程师面临的一大难题。在本文中，我们将讨论逆变器如何产生电磁干扰，以及可用于降低电磁干扰的软开关方法。

1
逆变器的运行和电磁干扰的产生

逆变器的输入可以是电池、光伏板、燃料电池或任何直流电源。通过正确控制 BJT、MOSFET 或 IGBT 等开关器件，可在输出端获得具有所需振幅和频率的交流电压。根据开关器件导通和关断的频率（开关频率），输出电压将更接近正弦波。

通常，逆变器采用脉宽调制 (PWM) 方案来控制开关的导通和关断。较高的开关频率可降低输出电压中的谐波含量（即总谐波失真，THD），并向连接的负载提供正弦波形。然而，在选择高开关频率来降低 THD 的过程中，会导致逆变器中产生电磁干扰。


逆变器

2
逆变器硬开关产生的电磁干扰

硬开关是指逆变器中的开关器件。当电源开关接通时，其两端的电压为零，并有一定的电流流过。当开关断开时，电流停止流动，其两端电压有一个确定的值。器件从接通到关断，其两端电压变化很大。同样，从关断到接通也会导致电流发生剧烈变化。这种类型的开关称为硬开关。

在硬开关操作时，电源开关会出现较大的 dv/dt 和 di/dt 值，从而产生电磁干扰。逆变器工作时产生的电磁干扰会误触发自身的控制电路，或干扰附近的电路。因此，减少与硬开关 PWM 逆变器相关的电磁干扰非常重要。

3
如何减少逆变器中的电磁干扰

确定如何减少逆变器中的电磁干扰是设计人员必须高度重视的问题。在这方面，有多种技术可供选择；EMI 滤波器就是其中一种方法，通常用于逆变器的输入端和输出端，以减少 EMI。

EMI 滤波器有很多类型，包括共模 EMI 滤波器和差分 EMI 滤波器，用于最大限度地降低逆变器直流侧和交流侧的电磁干扰。然而，即便这些滤波器能减少电磁干扰，硬开关仍会产生电磁干扰。因此，我们要使用软开关来减少电磁干扰的产生。

软开关


当逆变器中电源开关两端的电压和/或通过的电流为零时，其开关状态会发生变化（由接通变成断开，反之亦然），这种逆变器就是软开关逆变器。逆变器的软开关不仅能减少电磁干扰，还能减轻开关应力和开关功率损耗。

在开关两端电压为零的一瞬间接通或断开开关，就属于一种软开关，称为零电压开关 (ZVS)。零电流开关 (ZCS) 是另一种软开关，它们在通过开关的电流为零的一瞬间改变开关状态。使用软开关的逆变器统称为谐振逆变器。

随着软开关的引入，减少逆变器中的电磁干扰变得更加轻松。而如果想减少EMI，Cadence Clarity 3D Transient Solver 采用突破性的电磁仿真技术，以及近乎无限的容量和测量级精准度，可将系统级 EMI 仿真速度最高提升10倍，完成之前非常耗时且需要昂贵的消声实验室才能进行的产品原型机电磁兼容性（emc）测试，仿真之前被视为不切实际或无法求解的大型设计，缩短设计周期并加速产品上市。

上述特性让 Clarity 3D Transient Solver 成为超大规模计算、汽车、移动和航空市场很多复杂应用的理想选择。



点击文末阅读原文，了解 Clarity 3D Transient Solver！







▼您可能错过的精彩内容▼技术资讯 I 器件封装类型：选择标准
HDI PCB 设计 I 操作视频（1/6）：叠孔规则设定
免费下载 I 【5G 通信白皮书3/3】利用电路/天线原位仿真进行 5G/MIMO 设计
突破技术瓶颈：RK3566 SoC设计精髓与Cadence allegro X 23.1革新揭秘

Cadence楷登PCB及封装资源中心


原文由Cadence楷登PCB及封装资源中心整理撰写。
Cadence是唯一一家为整个电子设计链提供专业技术、工具、IP及硬件的公司。产品应用于消费电子、云数据中心、汽车、航空、物联网等行业领域。Cadence创新的 “智能系统设计” 战略助力客户优化设计、缩短开发周期、打造行业领先产品。
识别下方二维码关注公众号



关于耀创科技


耀创科技（U-Creative）专注于为电子行业客户提供电子设计自动化（EDA）解决方案及服务的高科技公司，是Cadence在国内合作时间最长的代理商。      耀创科技（U-Creative）至今积累有20多年的EDA工程服务经验，已经在中国为数百家客户提供了EDA解决方案及服务，这极大地提高了客户的硬件设计效率和生产效率。公司在引进国外先进的EDA解决方案的同时，针对中国市场的特殊性，与Cadence公司合作，在国内最早提出了电子电气协同设计与工程数据管理的概念，成功地在众多研究所及商业公司内进行实施，极大的改善了PCB/SIP产品的标准化设计流程，覆盖从优选元件选控、协同设计输入、在线检查分析、标准化文档输出及PLM/PDM系统集成，获得了众多用户的赞许。与此同时，根据中国客户的实际情况，公司还提供除了软件使用培训之外的工程师陪同项目设计服务，以帮助客户在完成实际课题的同时，也能够熟练掌握软件的高级使用方法，这一举措也取得了非常好的效果。我们一直秉承“与客户共同成长”的服务理念，希望在国内EDA领域内能为更多客户提供支持与服务！识别下方二维码关注耀创科技公众号

欢迎您的留言！您可以通过微信后台留言或发邮件至sales@u-c.com.cn联系我们，非常感谢您的关注以及宝贵意见。点击“阅读原文”，了解Clarity 3D Transient Solver！
↓↓↓期待您的分享、点赞、在看