[发明专利]一种基于振铃效应的电磁干扰预测算法

说明书

本发明公开了一种基于振铃效应的电磁干扰预测算法。该模型能够在产品设计阶段，准确预测电磁干扰频谱包络线，且不需要复杂的测量步骤，避免了由于产品不能满足电磁干扰的标准，而带来巨大的经济损失，为电力电子设计工程师设计产品提供了方便。

技术领域

本发明属于电力电子电磁干扰研究领域，具体为一种基于振铃效应的电磁干扰预测算法。

背景技术

近年来，由于电力电子器件的快速发展，其快速的开通和关断过程带来了严重的电磁干扰问题。而且事实证明，基于宽带隙(WBG)的半导体开关器件，例如碳化硅(SiC)MOSFET和氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(HEMT)，其性能优于最新的Si技术就低损耗和高温性能而言。它们被认为是汽车，航空航天和工业应用中高性能和高功率密度电机驱动器的关键促成因素。WBG设备的短开关转换通常5ns至20ns的范围内，可显着减少开关事件期间的能量损耗，但同时也引起人们对电磁干扰(EMI)增大的担忧。

一般来说，分析电磁干扰的方法主要是通过LISN网络进行测量。其中测量的电磁干扰可以分成共模(CM)和差模(DM)两类。然而，测量的过程非常繁琐和复杂，而且一旦产品不能满足电磁干扰的标准，这会带来巨大的经济损失。因此，在产品设计阶段预测电磁干扰的产生变得非常重要。在传统的预测方法中，都是根据系统中的电流来进行预测，计算或仿真每一种拓扑的电流也需要耗费很长的时间。

发明内容

为克服上述缺点，本发明提出了一种考虑了振铃效应，计算精度高，模型更加真实，符合实际情况的的开关电压波形及其电磁干扰频谱包络线预测算法。

本发明一种基于振铃效应的电磁干扰预测算法，包括如下步骤：

步骤1，根据emode GaN器件的寄生电容和PCB寄生电感，推导器件关断过程中电压的震荡方程：

步骤2，通过求解拉普拉斯方程得到开关震荡电压的时域解析表达式；

步骤3，采用分离变量法，将考虑振铃效应的开关电压函数分解为等效梯形波开关电压函数与开关震荡电压函数计算振铃电压的频谱表达式。

步骤4，计算等效梯形波电压的频谱表达式：

步骤5，根据谐波次数的不同，将等效梯形波频谱划分为高频、中高频、中频、低频四种不同的频段，分别计算频谱包络线的表达式。

在高频范围内，即对于比较大的谐波次数n，等于-1，频谱包络线的表达式为：

当n减小时，2nπt_r/T将将会小于π而且会逐渐接近于0，因此为-1，为-j,得到中高频范围的频谱包络线表达式：

当n继续减小时，2nπt_f/T接近于0，等于-1，得到中低频的频谱包络线表达式：

在低频范围内，即当n等于1时，最大振幅受开关频率f_s分量的限制，得到低频范围的频谱包络线表达式：

步骤6，根据电磁干扰的定义，可得本发明一种基于振铃效应的电磁干扰频谱包络线预测算法：

S(f)＝S₁(f)+S₂(f)