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电动汽车驱动 SiC器件 PFC整流 ★ 5.0

基于半桥单元全包容传导电磁干扰噪声模型的SiC单相升压PFC变换器研究

Development of a Half-Bridge Cell-Derived All-Inclusive Conducted Emission Noise Model for SiC-Based Single Phase Boost PFC Converter

作者 Connor Reece · Naveed Ishraq · Ayan Mallik
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2024年10月
技术分类 电动汽车驱动
技术标签 SiC器件 PFC整流
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 电力电子转换器 差模 共模 传导发射电磁干扰 噪声模型
语言:

中文摘要

本研究提出了一种全新的综合电力电子变换器噪声模型,该模型包含差模(DM)和共模(CM)寄生电路元件。此外,还提出了一种全面的建模方法和新颖的实验驱动方法,用于分析差模和共模电路元件对采用碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的1 kW、120 VAC/400 VDC单相功率因数校正升压变换器中传导发射电磁干扰的影响。这是通过预测差模和共模噪声转折频率,并在基于新型半桥噪声单元的综合变换器寄生电路模型中观测差模/共模噪声转折频率来实现的。频谱结果表明,所提出的综合噪声模型估计出八个差模噪声转折频率,平均误差低至6.45%,并且该模型还成功识别出了功率变换器系统中存在的集总共模电容。

English Abstract

This work presents a novel all-inclusive power electronic converter noise model comprised of both differential-mode (DM) and common-mode (CM) parasitic circuit components. Furthermore, a thorough modeling method and novel experiment-driven methodology to analyze the impact of the DM and CM circuit components on the resultant conducted emission electromagnetic interference in a single-phase power factor correction boost converter rated for 1 kW 120 VAC/400 VDC utilizing silicon-carbide mosfets is presented. This is achieved by predicting DM and CM noise corner frequencies and observing DM/CM noise corner frequencies in a novel half-bridge noise cell-based, all-inclusive converter parasitic circuit model. Frequency spectrum results find that eight DM noise corner frequencies are estimated by the proposed all-inclusive noise model with low average error of 6.45%, and the model further successfully identifies lumped CM capacitances present in the power converter system.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项针对SiC基单相Boost PFC变换器的全包络传导发射噪声模型研究具有重要的技术参考价值。该研究聚焦于差模和共模噪声的精确建模,这与我司光伏逆变器、储能变流器等核心产品的电磁兼容性设计直接相关。

该论文提出的半桥单元衍生噪声模型能够以6.45%的低平均误差预测八个差模噪声转折频率,并成功识别系统中的集总共模电容。这种高精度建模方法对我司产品开发具有三方面价值:首先,可显著缩短EMI滤波器设计周期,传统的试错法往往需要多轮样机迭代,而精确的噪声预测模型能够在设计初期就优化滤波器参数;其次,SiC器件的高开关频率特性带来更严峻的EMI挑战,该模型为我司大规模应用SiC技术提供了噪声抑制的理论工具;第三,在高功率密度储能系统中,EMI滤波器体积往往成为瓶颈,精准的噪声模型有助于实现滤波器小型化。

从技术成熟度评估,该研究基于1kW单相PFC验证,向我司数百千瓦乃至兆瓦级三相系统扩展仍需验证。主要挑战在于:复杂拓扑下寄生参数提取的准确性、多并联SiC模块间的耦合效应、以及宽频段(150kHz-30MHz)模型的鲁棒性。建议我司技术团队可与学术机构合作,将该方法论扩展至三电平、多电平等复杂拓扑,建立覆盖全产品线的EMI数字孪生平台,这将成为我司在新能源变流器领域保持技术领先的重要支撑。