三电平逆变器三电平逆变器IGBT驱动电路电磁兼容研究驱动电路电磁兼容研究
本文分析了三电平逆变器系统中存在的主要干扰源及耦合途径,并重点分析了这些干扰对于用于逆变器中的
IGBT驱动电路会造成的影响;通过这些分析,提出了IGBT驱动电路在进行EMC设计时应注意的一些问题,具体
讨论了光纤传输信号、辅助电源设计、瞬态噪声抑制以及PCB的抗干扰设计等问题,采取相应的措施之后驱动
电路的抗干扰性能有了较大的改善。
0 引言
近年来,二极管箝位型
驱动电路电磁兼容研究" onclick="get_larger(this)"
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三电平逆变器系统结构如图2所示,主要有不控
从系统结构图可以看到,IGBT的驱动电路连接着数字控制电路与逆变器主功率电路,是逆变器能否正常工作的关键所
在。由于驱动电路靠近IGBT器件,而且其中强电信号与弱电信号共存,可能受到的电磁干扰更为严重,因而IGBT驱动电路的
EMC设计也是影响着整个逆变器系统工作性能的关键问题。本文将分析三电平逆变器系统中会对IGBT驱动电路产生影响的主
要干扰源及耦合途径,并重点讨论IGBT驱动电路的EMC设计。
1 干扰源及耦合途径
对IGBT驱动电路进行EMC设计,必须首先考虑三电平逆变器整个系统可能存在的干扰源及干扰噪声的耦合途径。
1.1 功率半导体器件的开关噪声
由图2所示的逆变器系统结构图可以看到,电网电压经过三相不控整流电路后输入三电平逆变器,经过逆变电路和滤波电
路后为负载供电。不控整流电路中的功率二极管及逆变器电路中器件(IGBT)在开关过程中均存在较高的di/dt,可能通过线路或
元器件的寄生电感引起瞬态
1.1.l 功率二极管的开关噪声
功率二极管开通时,电流迅速增加,电压也会出现一个快速的上冲,会导致一个宽带的电磁噪声;二极管在关断时会有一
个反向恢复电流脉冲,由于其幅度及di/dt都很大,在电路的寄生电感作用下会产生很高的感应电压,造成较强的瞬态电磁噪
声。由于功率二极管应用在三相不控整流电路中,输入电压较高,开关过程中的电磁噪声对系统其他部分的影响会更为严重。
IGBT驱动电路及DSP控制电路中的
1.1.2 IGBT的开关噪声
IGBT属于多子与少子的混合器件,开关速度较快,所以开关过程中其电流变化造成的瞬态电磁噪声会更为严重。三电平
逆变器的主功率电路要用到12只IGBT器件,并且工作在高压、高频、大电流的场合,开关过程中产生的电磁噪声也是整个系
统主要的干扰源。
1.2 整流电路造成的谐波干扰
电网电压经过不控整流电路后输人逆变器部分,由于功率二极管的开通与关断,三相不控整流电路在工作过程中将会产生
较大的谐波干扰及电磁噪声,上一节已经对此进行了分析;另外,不控整流电路会产生谐波干扰,由于整流电路与电网直接相
连,它本身及后级电路产生的干扰将会通过整流电路以传导形式引人电网,对连接在同一电网的其它设备造成干扰。
1.3 电位浮动产生的干扰
逆变器在工作过程中,IGBT的发射极电位是浮动的,而且不同开关管电位相差很大,以图1电路A相为例说明:当上桥臂
IGBT管Sa1和Sa2开通时,A相输出为+Vdc,IGBT的发射极电位也是+Vdc;同理,下桥臂IGBTSa3和Sa4开通时,IGBT的发
射极电位为0,中间两管Sa2和Sa3开通时,发射极电位为+Vdc/2。
IGBT门极驱动信号的参考电位取在IGBT的发射级E端,这便要求驱动电路要与功率电路直接相连,从而驱动电路的电源
电位也会随IGBT的电位变化而变化。在逆变器工作过程中,这种频繁的大幅度电位变化将会对驱动电路产生较大的电磁干
扰,尤其是同一块驱动板上的两路驱动信号之间会互相干扰,影响电路的正常工作。
1.4 电磁噪声的耦合途径
电磁噪声的耦合途径有传导和辐射两种方式,在本逆变器系统中主要是传导耦合方式,即电磁噪声的能量在电路中以电压
或电流的形式,通过导线及其他元件(如变压器)耦合至被干扰电路。本文主要考虑会对IGBT驱动电路造成影响的噪声传导耦
合。
1.4.1 直接传导耦合
直接传导耦合是本系统中电磁噪声最主要的耦合方式。由于电路导线中存在着漏电阻及寄生电感、寄生电容等,在进行