低压大电流整流模块传导干扰的分析与抑制

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随着社会和电力电子技术的快速发展,低压大电流电源在船舶、航天和工业领域有着非常广泛的应用前景。PWM整流模块作为低电压大电流电源的关键部件,其高速工作的开关器件MOSFET成为模块产生电磁干扰的主要干扰源。电磁干扰的超标不仅会缩短整流模块自身和周围电子设备的寿命,严重时会导致其性能下降,甚至将其毁坏,而且还会影响长时间和设备接触的人体的健康。因此,本文以低压大电流电源中PWM整流模块为载体,研究其传导干扰是非常必要的。
  目前,国内外鲜有对考虑MOSFET自身封装寄生参数的PWM整流模块传导干扰的研究,同时现有的寄生参数的提取方法对计算机硬件和处理速度的要求比较高,而且具有在计算开域问题时不能强加截断边界条件等局限性。同时,现有的传导干扰抑制方法具有电路结构复杂,PWM整流模块体积和重量增加等缺点。本文以低压大电流发电系统的PWM整流模块为研究对象,建立其传导干扰仿真模型,并基于仿真模型完成共模干扰抑制。
  首先,研究了低压大电流发电系统的基本组成,它主要由12极54槽的同步发电机及两个汇流圆盘构成,在汇流圆盘表面装有散热导条,散热导条上并联安装整流模块。在该系统结构基础上对其传导干扰的主要干扰源和传播路径进行分析。
  其次,为建立精确的传导干扰仿真模型,本文提出矩阵提取法,并通过Ansoft Q3D对压接式SiC MOSFET封装建立3D模型,仿真获得压接式SiC MOSFET各极和极间的寄生参数矩阵,从而精确提取寄生参数。在提取的寄生参数基础上建立高精度PWM整流模块传导干扰仿真模型。对比分析理想状态下、添加无源器件寄生参数和本文所建立高精度的PWM整流模块的交直流侧共模干扰。
  再次,在所建立的高精度PWM整流模块传导干扰仿真模型的基础上,分别利用二级EMI滤波器、扩展频谱技术和基于三相四桥臂SVPWM跳变后移控制策略抑制方法进行共模干扰的抑制,并进行性能对比。
  最后,搭建5V/1000A低压大电流发电系统的实验平台,并根据仿真结果进行传导干扰的测试。实验证明共模干扰的主要来源是PWM整流模块的直流侧,且证明基于矩阵提取法确定模型寄生参数的准确性,为功率变流器系统传导干扰的预测研究提供了一种更简单有效的参考方法。通过对比仿真结果和实验结果,证明了基于三相四桥臂的SVPWM跳变后移控制策略能够保证桥臂的输出平衡,且使共模干扰达到理想状态。
  
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