pfc共模干擾測試實驗研究

pfc共模干擾測試實驗研究

信號分析和對比pfc的共模傳導輸出校正通常用于解決由于各種輸出變換電路而導致的聲波和低污染電網(wǎng)的問題。然而PFC本身亦是一種功率變換電路，其在解決設(shè)備諧波發(fā)射的同時也產(chǎn)生了相應(yīng)傳導等干擾。對于PFC方面的EMI研究，參考文獻中進行了相應(yīng)的探討。文獻研究了各種吸收電路對PFC差模與共模干擾的改善。文獻對傳統(tǒng)Boost型變換器進行了改進提出了平衡式Boost拓撲，以期降低甚至抵消共模干擾，具有一定新穎性。但實際功率變換系統(tǒng)中很難實現(xiàn)。文獻對無橋PFC性能進行了研究。文獻則研究了交錯式PFC性能。這些工作為Boost型PFC共模干擾研究提供了前提。本文就各種通用的PFC拓撲對其共模傳導發(fā)射特性進行了分析與對比。在此基礎(chǔ)上對這些通用PFC拓撲在相同的條件下進行了共模電流測試。實驗結(jié)果表明普通無橋PFC共模干擾最大，交錯式PFC的共模干擾在占空比不為50%時共模干擾要比傳統(tǒng)PFC大。1平衡式pfc拓撲傳統(tǒng)Boost型PFC如圖1(a)所示，此拓撲的共模干擾源主要來源于功率開關(guān)管MOS管的漏極（或IGBT的集電極）。其耦合途徑主要是功率管與散熱器之間的寄生電容Cd?？芍碚撋蟼鹘y(tǒng)Boost型PFC共模傳導電流為：式中,為功率管漏極電壓變化率。要減少共模傳導電流,一種方式是減少功率管與散熱器寄生電容dC,另一種方式是降低功率管漏極電壓變化率。然而除非散熱器采用懸浮的方式,寄生電容dC的降低將導致熱阻的增大,散熱效果變差。功率管漏極電壓變化率的降低亦會導致?lián)p耗的增加,功率變換效率的降低。因此此種拓撲要從干擾源上抑制共模傳導干擾,措施有限。為了降低甚至消除普通Boost型PFC的共模傳導干擾，文獻提出了如圖1(b)所示Boost型PFC拓撲。此種平衡式PFC拓撲把儲能電感由一個更改為兩個差模耦合式電感。在此拓撲中PFC的共模傳導干擾源由普通拓撲的功率管漏極一個干擾源變?yōu)楣β使艿穆O與源極兩個干擾源。此種情況下，漏極電壓的變化情況剛好和源極電壓的變化情況相反。此時功率管漏極干擾源與源極干擾源導致的共模干擾電流分別為：這兩個共模干擾相位相反可以進行抵消。最終凈共模干擾電流為：由式5可知,要消除此PFC的共模干擾電流只要使功率管的漏極端對地寄生電容dC等于源極端對地寄生電容sC。這為共模傳導干擾的消除提供了有益的思路。然而在實際應(yīng)用中很難做到共模干擾電流的真正消除。因為源極電位的變化會相應(yīng)的導致負載地電位變化。從而導致共模電流。此種情況在熱地的情況下更明顯，甚至導致其共模干擾電流比普通PFC電路的還大。2共模傳導干擾無橋式PFC的提出主要是針對效率的提升，但從抑制共模傳導干擾的角度亦符合上文提到的平衡式PFC的機理。如圖2(a)所示，此普通無橋式PFC干擾源主要有兩個：功率管Q1源極電壓變化率以及功率管Q2源極電壓變化率。凈共模電流表達與平衡式PFC拓撲類似：只要功率管Q1漏極對地寄生電容Cd1和Q2漏極對地寄生電容Cd2相等，就可以使得共模傳導電流的消除。且只從電路拓撲上看，電路本身是對稱的。兩個功率管的漏極對地寄生電容應(yīng)該是相同的。似乎此拓撲可以很好的解決共模傳導干擾問題。然而實際情況恰恰相反。此種普通無橋PFC共模傳導干擾特別嚴重。普通無橋PFC功率管是根據(jù)輸入電壓按半周交替工作的。在一個半周期工作機理和平衡式PFC類似。理論上只要功率管漏極電位和源極電位對地的寄生電容相等就可以抵消共模干擾電流。然而，此種情況下源極電位與直流母線及負載地相連導致源極電位的對地寄生電容Cs遠遠大于漏極電位對地寄生電容Cd1。因而存在較大的源極電位干擾源產(chǎn)生的共模干擾電流。為解決普通無橋PFC的共模干擾問題，相關(guān)文獻提出了改進型的無橋PFC拓撲，如圖2(b)所示。此拓撲將回流二極管聯(lián)結(jié)于電源的輸入端。從而使得電源任一半周等效于傳統(tǒng)Boost型PFC機理。此種情況下只有處于工作狀態(tài)功率管漏極一個干擾源。因而其共模傳導干擾特性和傳統(tǒng)Boost型PFC拓撲是一樣的。3共模電流大小對比交錯式PFC通常采用兩組傳統(tǒng)Boost型PFC電路構(gòu)成。兩組驅(qū)動信號在相位上相隔180度交替導通，如圖3所示。其干擾源亦有兩個，即兩組傳統(tǒng)PFC的功率管漏極端電位的變化。由于干擾電流都是產(chǎn)生在功率管開通和關(guān)斷期間，因此兩組Boost，開關(guān)次數(shù)加倍。因而共模電流大小也加倍。但是此交錯式PFC存在一種兩個共模傳導電流相互抵消的情況，即PFC占空比為50%時，此時一組PFC功率管開通，同時另一組PFC功率管關(guān)斷。因此兩組PFC的共模干擾電流在開通和關(guān)斷的瞬間相位剛好相差180度。由于兩組PFC拓撲對稱，其干擾源對地寄生電容可以做到幾乎相等。因此此時兩個干擾電流可以相互抵消。4種清水pfc的共模電流在一1500W的系統(tǒng)上進行實驗驗證。為確保實驗的一致性所有實驗都是在相同的負載測試。測試方法上采用高頻電流探頭同時夾著電源線的零線和火線，此時電流探頭測得的即為共模電流，如圖4所示。測得的共模電流信號再送入EMI接收機。實驗分別按照本文所述5種BOOST型PFC拓撲進行了共模電流測試。測得的具體頻譜如圖5、圖6及圖7所示。由圖5、6、7可知平衡式BOOST型PFC共模干擾并沒有想象的好，有的頻率點比傳統(tǒng)PFC還差。普通無橋式PFC共模干擾較大，改進型無橋PFC器共模干擾和普通PFC差不多。交錯式PFC在占空比不為50%時共模干擾比普通BOOST型PFC差。5