关于IGBT的EMC问题请教大神

shelby

各位大神，请教一下关于IGBT对EMC影响的两个问题，如图所示IGBT在关断的瞬间，Vce电压上升所形成的du/dt对IGBT与散热器之间的寄生电容充放电，根据公式I=C*du/dt所形成的共模噪声电流从散热器导入地然后回流至电源端LISN上的50Ω电阻，接收机取50欧姆两端压降测试传导骚扰电压，然后回流至电源线经整流器，然后过母线回流至干扰源IGBT。
问题一：根据上述变频器共模噪声电流回流路径，如果IGBT在导通瞬间，Vce电压为下降沿为-du/dt，那么此时的共模噪声电流环路方向是否和上述相反，那么在此瞬间接收机测得的传导骚扰电压与正向环流有何不同。
问题二：在IGBT导通瞬间，集电极电流Ic为上升沿，那么di/dt，如何形成接收机测得的传导骚扰电压呢？
这两个问题找了好多资料都没有一个明确的答案，在此请教大神，非常感谢！

7 Q+ q( A1 z( U7 A

House

Colbie 发表于 2019-8-2 15:22
di/dt反应的是电流的变化速率，在时域波形上表现就是斜率，对于时域上i的曲线，如果转化为频域，di/d ...

补充一下，决定辐射频谱不仅是Vce一阶斜率dv/dt,还有二阶d（dv/dt）/dt，即上升时间变化率。
% L! \* M+ n3 b1 h- m& v8 c在波特图上有三个拐点分别对应-20db/dec; -40dB/dec和-60db/dec,
fc1=fs (gate drive switching freq)
fc2=1/pi/tr
fc3=1/pi/tr'         (tr'即（dv/dt）曲线的上升时间)

只要你能合理的设计驱动，令Vge在上升拐点更加平滑，那么tr'就可以增加到接近0.5tr，把-60db/dec频域拐点降低，从而减小高频辐射。
更重要的是，如果增加tr'，可以用更小的tr取得更低的辐射，同时也降低了开关损耗。这本来是矛盾的，因为通常的设计无法控制tr',所以貌似开关越快
辐射越高。但是对于f>fc1频段，如果能令fc2>f,则有可能进一步降低辐射。
8 W' M6 G5 R7 X

Colbie

shelby 发表于 2019-8-2 15:21
' F& b* i& N  g非常感谢！我还想了解一下是不是di/dt直接转化为以其上升时间决定频带宽度的骚扰电流，还有就是这个骚扰 ...

& F6 y. v0 T$ k. `. Q$ i* Q# s4 G
$ S+ o4 L  j+ G* v* h2 g0 Z4 sdi/dt反应的是电流的变化速率，在时域波形上表现就是斜率，对于时域上i的曲线，如果转化为频域，di/dt越大，则在频域上高频分量越大。在这里集电极电流就是骚扰电流，当集电极电流产生变化时，也就会有di/dt, 这时会有高频分量通过寄生电容到散热片。骚扰电流的幅值大小与di/dt有关，假设i在频点f0的分量幅值大小为A0，在频点f0，骚扰电流流经散热片路径的电流与电路中的阻抗和散热片路径的阻抗有关，就是电路中的分流，哪个路径阻抗低，A0就会更多分配到那个路径。

Allevi

问题一：根据上述变频器共模噪声电流回流路径，如果IGBT在导通瞬间，Vce电压为下降沿为-du/dt，那么此时的共模噪声电流环路方向是否和上述相反，那么在此瞬间接收机测得的传导骚扰电压与正向环流有何不同。
----在瞬态时应该是反向的，但是接收机测量的是绝对值，所以无所谓正负和方向。一般骚扰信号都是高频信号，不会去分析电压和电流方向，只分析路径。
问题二：在IGBT导通瞬间，集电极电流Ic为上升沿，那么di/dt，如何形成接收机测得的传导骚扰电压呢？
1 t6 @7 U0 X6 M' v9 d+ j-----最简单的来说是di/dt的谐波分量在BUS上形成高频纹波，这个纹波就是差模骚扰。这个纹波电压耦合到LISN，被接收机测量。

Colbie

CE测试是以频率为横坐标，所以这个问题要到频域来考虑。
不管是上升沿还是下降沿，如果相同斜率，转换到频域后相同频点的幅值是一样的。
# k2 Z$ U) w0 A* H; @传导测量读取的50ohm上面的电压，这由流经50ohm上的电流决定，同样基于单个频点分析，集电极i的变化曲线取傅立叶变换到频域，每个频点有对应的电流，i变化，频域电流变化，流经50ohm上的电流变化，读取的电压就会变化。

shelby

Colbie 发表于 2019-8-2 15:20
CE测试是以频率为横坐标，所以这个问题要到频域来考虑。
不管是上升沿还是下降沿，如果相同斜率，转换到频 ...

9 m7 F( C) Y$ S& l/ y! J非常感谢！我还想了解一下是不是di/dt直接转化为以其上升时间决定频带宽度的骚扰电流，还有就是这个骚扰电流的幅值大小由什么决定？
& X: S  f: p6 \# \7 D

shelby

Colbie 发表于 2019-8-2 15:22
di/dt反应的是电流的变化速率，在时域波形上表现就是斜率，对于时域上i的曲线，如果转化为频域，di/d ...

! p+ }' O" I  O* M7 A好的，谢谢大神！
9 |( H3 i- S$ c+ p$ L8 [

ygcgsa

请问楼主，IGBT开关瞬间产生的电流脉冲信号应为尖峰衰减震荡信号，你画的是示意图吗？

shelby

ygcgsa 发表于 2019-8-2 15:23
+ K; Y5 B9 F# ?5 J% \8 ^  h; Q" V请问楼主，IGBT开关瞬间产生的电流脉冲信号应为尖峰衰减震荡信号，你画的是示意图吗？

图示确实是理论示意图，针对于逆变器IGBT开通时的集电极电流只能通过双脉冲来测，是会存在尖峰之后的震荡，不确定是电路特性本身造成的震荡还是电流探头引起的震荡。但IGBT关断时由于外围电路的分布参数引起Vce电压上升沿存在尖峰和震荡是确定的。
0 \9 H' P, I) C) e

ygcgsa

shelby 发表于 2019-8-2 15:23
6 t: \$ P. J  S* r. F图示确实是理论示意图，针对于逆变器IGBT开通时的集电极电流只能通过双脉冲来测，是会存在尖峰之后的震荡 ...

  b3 m* H, M: P. `; L7 q- [+ k看过一些论文，说是IGBT外围电路本身的寄生电感和电容造成的震荡现象，所以实测的电流信号为理想电流信号和尖峰震荡信号的叠加，这个尖峰震荡信号是主要的骚扰源，从信号系统角度来看，这个信号满足稳定条件。

tobias

( I, R' [; `# T怎么滤除这些干扰对系统的影响？

shelby

Allevi 发表于 2019-8-2 15:25
问题一：根据上述变频器共模噪声电流回流路径，如果IGBT在导通瞬间，Vce电压为下降沿为-du/dt，那么此时的 ...

) _9 P2 ^' ]# G) F8 I请问EMS项目中比如ESD和EFT的脉冲波形分正负，其目的是否是以正向以及反向的回流路径来干扰敏感设备，或者是还有其他目的？
$ X7 n" Y* |& i% O' P/ C

shelby

tobias 发表于 2019-8-2 15:24
怎么滤除这些干扰对系统的影响？

从我的角度理解，首先要从系统主回路搞清楚du/dt、di/dt与其他寄生电容、寄生电感作用形成的回流路径，也就是“环路”。对于辐射问题，想办法使用电容或改PCB走线减小环路，或用电感将环路中的共差模电流消耗掉。对于传导问题，那就是尽可能避免使共差模电流流向LISN的采样电阻，手段还是电容电感。我觉得环路的分析是最难的，而解决手段是最简单的。拙见~~~

tobias

shelby 发表于 2019-8-2 15:26
从我的角度理解，首先要从系统主回路搞清楚du/dt、di/dt与其他寄生电容、寄生电感作用形成的回流路径，也 ...

3 o+ p- c7 P1 b
3 w9 K: E$ k( _9 R2 c
3 N, |. r+ c9 y4 g那这个电容应该并在什么位置呢？

Taio

tobias 发表于 2019-8-2 15:27
那这个电容应该并在什么位置呢？

- x! N/ G. E1 a: A这个电容可以放在：1. Y电容，电源输入口；
                           2. 正负母线对地的高压电容（这个对辐射效果甚好）。但是要选取合适的Y电容，一般是                       
                               Y1。
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