储能电源电磁兼容研究与优化 | 杜佐兵 电极限第209位演讲嘉宾

杜佐兵，emc及电源行业专家、电极限平台常驻专家



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一、储能电源设计及其关键技术


储能及能量变换系统中的硅器件及宽禁带器件
技术应用研究


储能逆变及能量变换系统-主要拓扑结构的技术应用


宽禁带半导体SiC & GaN 新材料性能特点及优势

▲ 更高的温度应用(3倍禁带宽度:低漏电、高工作温度)

材料特性：
高禁带宽度、击穿场强、热导率、电子漂移速度
器件优势：
高击穿电压、开关频率、工作温度、功率密度
系统功能提升：
转换效率、尺寸重量、系统工作频率

宽禁带半导体材料：GaN,SiC
宽禁带材料&Si材料性能优势:
A.禁带宽
B.击穿场强高
C.电子迁移速度快

储能逆变及能量变换系统中的功率开关器件
损耗品质因素FOM解析



二、储能逆变电路设计及电磁干扰
问题研究


储能电源及单级高频太阳能光伏逆变器的
原理设计及技术方案


便携式储能电源双向DC-DC的变换器架构及电磁干扰


储能电源单向DC电源设计及噪声干扰源研究



储能电源逆变器交流输入输出与EMI滤波器的
设计及应用


储能逆变电源系统中-常见的电磁干扰EMI问题


逆变及能量变换系统中的开关器件-开关du/dt&di/dt
带来的噪声干扰问题


逆变及能量变换器中的开关器件-上升沿及下降沿
与寄生参数的影响分析


在电磁兼容领域，开关器件的寄生参数是关注的重点。通过理论和实践得出结论：产品及器件的寄生参数也就是分布参数是造成EMC问题的主要原因。



三、储能电源系统电磁兼容设计


储能逆变电源项目及产品理论与实践结合是
最佳的策略-产品举例


产品系统可靠性（EMC）设计时需要评审及
故障诊断的核心内容


储能产品中EMC设计示意图展现EMC问题全过程

▲ 产品中电磁兼容问题的形成模型

通用储能电源系统中其EMI的总体路径及设计策略

▲ 充电模式


四、储能产品EMC问题优化策略


中大功率逆变储能电源EMC测试案例-引发的思考

1、AC滤波器接PE，超标20dB
2、AC滤波器不接PE，余量10dB
3、PE上绕非晶，锰锌(1~35mH)都试过，AV尖峰可以下来，PEAK无用

逆变电源及产品中EMI问题测试与整改
两个方面的要求

传导发射(CE)：干扰电流沿着电源线传导进入公共电网
辐射发射(RE)：干扰能量以电磁波的形式进入空间(空间波阻抗377Ω)


▲ EMI诊断与整改的基本过程

电磁干扰的传播和EMC性测试数据-如何快速
锁定EMC问题

梯形波谐波发射通常是由多个源或辐射结构产生，以200MHz为分界线分析

产品系统(逆变及开关电源系统)EMI整改的
流程及方法策略

注意：当有多个频率点超标时，先诊断发射强度最大的超标频率，通常这个频率点的超标整改成功后，其它频率点上的超标发射也会随着消失。

产品系统(逆变及开关电源系统)EMI传导发射
整改的流程及方法策略

▲ EMI传导发射整改 示意图

产品系统(逆变及开关电源系统)EMI传导发射
滤波器电路的设计架构经验参考

A.电子产品开关电源系统-滤波器中共模电感对系统的快速群脉冲(EMS)作用明显。

B.最快速优化滤波器的方法:通过测试(EMI)曲线进行EMI滤波器的匹配设计。


更多案例分析可参考杜老师编著的两本书籍《开关电源电磁兼容分析与设计》、《物联产品电磁兼容分析与设计》

产品系统(逆变及开关电源系统)-正确选择
共模滤波电感的设计-纳米晶共模电感参考例


产品系统(逆变及开关电源系统)EMI辐射发射
整改流程及方法策略


产品系统优化-EMC电磁干扰3D可视化
整改工具-WM7300


产品系统优化-WM7300检测功能及电路板测试案例

▲ 测定结果画面展示

产品系统优化-EMC电磁干扰3D可视化
整改工具-WM9500

采用3D立体镜头，获取空间坐标数据。同时，将频谱分析仪读取的磁场传感器的测定值和空间坐标数据一起存入电脑。

产品系统优化-WM9500测试案例

▲ 测定结果画面展示

测量对象物和电磁干扰图重叠，表示直接找到干扰源位置

产品系统(逆变及开关电源系统)采用拓展
滤波器设计-需要注意的问题

问题一：滤波器与电源端口之间的连接线过长。这是一个常见的错误，有以下两个原因：

1、对于抗外界干扰的场合：外面沿电源线传进设备的干扰还没有经过滤波，就已经通过空间耦合的方式干扰到线路板了，造成敏感度的问题。

2、对于产品内部干扰发射的场合(包括传导发射和辐射发射)：线路板上产生的干扰可以直接耦合到滤波器的外侧，传导到产品机壳外面，造成超标的电磁发射(包括传导和辐射)

问题二：滤波器输入与输出线靠得过近。发生这个错误的原因也是忽视了高频电磁干扰的空间耦合。

在布置产品及设备内部连接线时，为了美观，将滤波器的输入、输出端扎在一起，结果输入线和输出线之间有较大的分布电容，形成耦合通路，使电磁干扰能量实际将滤波器旁路掉，特别是在高频段，滤波效果变差。


正确的接地方式：滤波器的金属外壳一定要大面积地贴在金属机箱的导电表面上；滤波器的接地端子上都连着一根接地线。（注意：不正确连接这根导线，对滤波器的性能会带来影响）

滤波器直接接地尽量短，输入、输出线隔离。滤波器的输入和输出可分别在机箱金属板的两侧，直接安装在金属板上，使接触阻抗最小，并且利用机箱的金属面板将滤波器的输入端和输出端隔离开，防止高频时的耦合。



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