1.2 电力电子变换器的传导EMI

随着电力电子技术的发展，电力电子变换器已广泛应用于一般工业、电力系统、电气化交通、信息技术产业、航空航天、家用电器等领域，并已逐渐在可再生能源发电、柔性交/直流输电、电动汽车、节能环保等方面发挥极其重要的作用[6]。电力电子变换器的功率器件在开关过程中会产生很高的电压和电流变化率，通过导电介质和近场耦合等方式在输入电源线中产生电磁噪声。这些电磁噪声不仅污染电网，还影响同一电网中其他设备的正常工作，由此引起传导EMI问题[7-9]。

传导EMI在耦合路径中主要以电流形式传递电磁噪声。按照耦合路径的特点，传导EMI可分为共模（Common Mode，CM）传导干扰和差模（Differential Mode，DM）传导干扰。图1.5以交流输入为例，给出了共模和差模电流的传递路径，其中，共模传导干扰电流i_CM是输入电源线的同向干扰分量，经安全地（Protective Earth，PE）形成回路；差模传导干扰电流i_DM是输入电源线上的反向干扰分量，经输入电源形成回路。

图1.5 共模和差模电流的传递路径

一般来说，电力电子变换器的差模传导干扰主要由变换器输入电流中的开关分量引起，共模传导干扰则是由电路中电位高频跳变的节点通过对安全地的寄生电容产生[10-15]。对于非隔离型变换器，以图1.6a所示的Boost变换器为例，开关管Q_b的漏极电位随着Q_b的开关工作而高频跳变，并通过寄生电容C_p产生流入安全地PE的位移电流，形成共模传导干扰。寄生电容C_p由开关管到散热器之间的寄生电容以及开关管漏极所在的PCB走线到安全地的杂散电容构成。在相同主电路参数和控制方式的条件下，寄生电容C_p越大，变换器的共模传导干扰越恶劣。

图1.6 Boost变换器的共模干扰传递路径

在大功率场合，出于安全考虑，会将散热器与安全地相连，此时开关管漏极到散热器之间的寄生电容是电力电子变换器共模传导干扰的主要传递路径[16]。该寄生电容的大小与绝缘层的厚度、介电常数以及开关管和散热器的相对面积有关，一般为几十pF左右，如图1.6b所示。

在采用塑料外壳的小功率电源中，散热器通常与原边功率地相连，流过开关管到散热器之间寄生电容的位移电流仅在电路内部传递，不会形成共模传导干扰。此时，开关管漏极所在节点的PCB走线到安全地的杂散电容是共模传导干扰的主要路径。不过，该杂散电容相对较小，因此共模干扰较小。

图1.7给出了隔离型变换器的共模传导干扰主要路径。以交流输入为例，隔离型变换器由输入整流桥、原边电路、变压器和副边整流滤波电路组成。原边电路和副边整流滤波电路的零电位参考点分别为原边功率地（Primary Ground，PG）和副边输出地（Secondary Ground，SG）。C_p、C_s分别为原边电路、副边整流滤波电路中电位高频变化的节点到安全地PE的寄生电容，C_ps为变压器原副边绕组间的分布电容。对于三线制交流输入，出于安全考虑，变换器的副边输出地SG通常与安全地PE相连。

在图1.7中，以虚线画出了输入整流桥中一对二极管导通时的共模传导干扰路径，包括原边电路中电位高频变化的节点到安全地的寄生电容C_p，以及变压器原副边绕组间的分布电容C_ps。图中，以点画线画出了从变压器分布电容到安全地的割集。根据全电流连续定律，流过变压器分布电容的总位移电流等于从安全地返回的共模干扰电流i_Cps。记流入电网的共模干扰电流为2i_CM，流过寄生电容C_p的电流为i_Cp，对节点J来说，有

图1.7 隔离型变换器共模传导干扰的传递路径

从式（1.1）可以看出，隔离型变换器共模传导干扰的传递路径包括原边电路到安全地的寄生电容，以及变压器原副边绕组间的分布电容（简称为变压器的分布电容）[17]。

共模和差模传导干扰产生的原因不同，其抑制方法也有区别。因此，将传导EMI分离为共模和差模传导干扰有利于诊断传导EMI频谱，选取传导EMI抑制方法，设计EMI滤波器中共模和差模滤波元件。本书第2章的2.2节将介绍共模和差模传导干扰的分离方法及相应的EMI滤波器设计流程，其余章节将分别介绍AC-DC整流器的传导电磁干扰以及DC-DC变换器和DC-AC逆变器的共模传导干扰。由于AC-AC变频器应用较少，本书不讨论其传导电磁干扰。