← 返回
利用电容耦合夹具适配器方法提取功率变换器中单个元件的在电路阻抗以进行电磁干扰估计
In-Circuit Impedance Extraction of Individual Components in Power Converter Using Capacitive Coupling Fixture Adapters Method for Electromagnetic Interference Estimation
| 作者 | |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Electronics |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 技术标签 | 多物理场耦合 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 功率变换器 电路内阻抗 电容耦合夹具适配器 电磁干扰估计 去嵌入程序 |
语言:
中文摘要
摘要:功率变换器中单个组件(如半导体功率开关和电感器)的在电路阻抗可能会偏离其离线阻抗,从而影响电磁干扰(EMI)估算。现有方法在提取这些组件的在电路阻抗方面存在挑战。为克服这一局限,本文提出了一种基于电容耦合夹具适配器(CFA)的方法,其中紧凑型CFA作为矢量网络分析仪(VNA)与功率变换器被测节点之间的互连。与传统的电容耦合方法不同,CFA由五级结构组成,包括柔性端部(FE)、同轴电缆、直流阻断器、保护器和衰减器;并且便于在运行中的功率变换器中进行配置。此外,FE可以配置成反射、并联直通和串联直通电容耦合拓扑,以适应不同类型的组件。此外,采用了一种简单的去嵌入程序来消除CFA的寄生效应。以一个450 W的直流 - 直流变换器为例,所提出的方法能够有效提取功率变换器内单个组件的在电路阻抗,从而建立精确的组件模型,并最终实现150 kHz至30 MHz传导EMI的精确估算。
English Abstract
In-circuit impedances of individual components in power converters, such as semiconductor power switches and inductors, can deviate from their off-circuit impedances, affecting electromagnetic interference (EMI) estimation. Existing methods pose challenges in extracting in-circuit impedances of these components. To overcome this limitation, this article proposes a method based on capacitive coupling fixture adapters (CFAs), where compact-sized CFAs serve as interconnections between the vector network analyzer (VNA) and the measured nodes of the power converter. Unlike the traditional capacitive coupling method, the CFAs consist of a five-stage structure with flexible end (FE), coaxial cable, dc blocker, protector, and attenuator; and also facilitate easy configuration into an operating power converter. Additionally, the FEs can be configured into reflection, parallel-through, and series-through capacitive coupling topologies to accommodate different component types. Moreover, a simple deembedding procedure is utilized to eliminate the parasitic effects of CFAs. Using a 450 W dc–dc converter as a case study, the proposed method effectively extracts the in-circuit impedances of individual components within the power converter, enabling the creation of precise component models and finally realizing the accurate estimation of conducted EMI from 150 kHz to 30 MHz.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项基于电容耦合夹具适配器的在路阻抗提取技术具有重要的工程应用价值。在光伏逆变器和储能变流器等核心产品中,功率半导体器件和电感元件的实际工作阻抗特性直接影响传导电磁干扰(EMI)水平,而传统离线测试方法无法准确反映元件在真实工作状态下的阻抗特性,导致EMI仿真与实测存在显著偏差。
该技术的核心创新在于通过五级结构的电容耦合适配器实现了在不中断电路运行状态下的精确阻抗测量。对于阳光电源而言,这意味着可以在产品研发阶段更准确地建立IGBT、SiC MOSFET等功率器件的高频模型,优化滤波器设计,从而在设计初期就有效抑制150kHz-30MHz频段的传导EMI,减少后期整改成本。特别是在高功率密度的储能PCS和组串式逆变器开发中,精确的EMI预测能力将显著缩短认证周期。
技术成熟度方面,该方法已在450W DC-DC变换器上验证,但向兆瓦级大功率产品应用仍需解决高压隔离和强电磁环境下的测量可靠性问题。对于阳光电源的机遇在于:可将此技术集成到内部EMC设计流程中,建立涵盖不同工况的元件阻抗数据库,提升仿真驱动设计能力;同时在新一代SiC产品开发中,该技术对高频开关特性的精确表征尤为关键。挑战则在于需要培养掌握矢量网络分析仪操作和去嵌入算法的复合型人才,以及建立标准化的测试规范以适配不同拓扑的变流器产品。