引言

隨著各行各業(yè)控制技術(shù)的發(fā)展和對(duì)操作性能要求的提高，許多行業(yè)的用電設(shè)備都不是直接用交流電網(wǎng)提供的交流電作為電能源，而是通過各種形式對(duì)其進(jìn)行變換，從而得到各自所需的電詹旨形式。逆變就是對(duì)電能進(jìn)行變換陽控制的—種基本形式，它完成將直流電變換成交流電的功能。

船用配電柜對(duì)全船的電力系統(tǒng)進(jìn)行區(qū)域劃分，它以電力電子變流裝置為核心元件，利用現(xiàn)代電力電子變流技術(shù)，向用電負(fù)載提供不同電制、不同頻率、不同幅值需求的電能。與傳統(tǒng)配電技術(shù)相比，直流輸入的配電系統(tǒng)有利于提高船舶生命力，減少配電系統(tǒng)重量和制造成本，有利于船舶總體優(yōu)化和升級(jí)改造。

某型船舶在特定工況下，由蓄電池提供唯—?jiǎng)恿碓矗枰捎媒涣髟O(shè)備將直流電變換為恒定的交流電供給交流負(fù)載使用。本文設(shè)計(jì)了—種船用逆變電源，并對(duì)其進(jìn)行了電磁兼容試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)項(xiàng)目上出現(xiàn)的問題進(jìn)行了整改，滿足了試驗(yàn)指標(biāo)要求。

1 工作原理

逆變電源由輸入接電電路、輸入濾波電路、IGBT三相逆變、LC濾波和三相隔離輸出電路、三相輸出反饋電路、波形控制和驅(qū)動(dòng)、三相輸出采樣電路、微處理器控制電路、狀態(tài)控制和輔助電源等組成。逆變電源原理框圖見圖1。

直流電通過輸入接電電路接入交流電源，經(jīng)延時(shí)上電后送至輸入濾波電路，濾波后的直流電壓輸送到IGBT逆變電路，為保證三相不平衡工作時(shí)的電壓，IGBT逆變電路由三組相同電路組成，每組由功率模塊IGBT和高壓脈沖吸收電路組成，采用橋式逆變電路，三組電路除了輸出相位相差120°外，其余電路完相同。三相逆變電路由微處理器進(jìn)行控制，通過主控制板上的EPROM和D／A轉(zhuǎn)換，輸出相位分別為0°、120°和240°的三相正弦信號(hào)并送到信號(hào)控制板；輸出的三相電壓、電流采樣信號(hào)經(jīng)過A／D轉(zhuǎn)換，由微處理器采集和處理。輸送到信號(hào)板上的三相正弦信號(hào)，通過采用先進(jìn)的正弦脈寬調(diào)制技術(shù)(SPWM)產(chǎn)生三相SPWM 波，分別送給三組IGBT隔離驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)IGBT，得到放大后的SPWM 波，再經(jīng)過LC濾波、輸出變壓器和輸出濾波電路，得到穩(wěn)定的50Hz三相交流電。狀態(tài)控制電路主要實(shí)現(xiàn)復(fù)位、狀態(tài)指示、故障指示、輸出電壓和電流采樣信號(hào)。

功率逆變電路是逆變電源的核心分，電路有三路獨(dú)立橋式逆變組成，基本結(jié)構(gòu)圖見圖2。

基本結(jié)構(gòu)中主要有功率模塊IGBT、吸收電容和隔離驅(qū)動(dòng)組成，具有以下功能：

1)具有短路保護(hù)功能；

2)具有過欠壓保護(hù)功能；

3)具有過溫保護(hù)功能；

4)每相可獨(dú)立控制、調(diào)壓；

5)功率開關(guān)管并聯(lián)吸收電容，在開關(guān)管關(guān)斷瞬間源漏極之間的電壓變化率得以降低，減少了容性位移電流引起的開關(guān)噪聲，提高了電磁兼容性能。

2 電磁兼容設(shè)計(jì)

對(duì)于電磁兼容設(shè)計(jì)來說，重要的有三個(gè)要素：騷擾源、耦合途徑以及敏感設(shè)備。針對(duì)這三個(gè)方面，展開了交流直流電源電磁兼容設(shè)計(jì)工作。

對(duì)于由于交流電源的功率變換器工作于高頻開關(guān)狀態(tài)，在半導(dǎo)體開關(guān)導(dǎo)通與關(guān)斷瞬間，電壓和電流的高速變化會(huì)產(chǎn)生寬頻譜的電磁噪聲。逆變電源輸入端會(huì)產(chǎn)生高頻電壓脈沖，疊加在直流輸入電壓端，產(chǎn)生傳導(dǎo)差模干擾噪聲。由于線路分布電容和電感存在，共模噪聲則源于主電路與地面之間及隔離變壓器內(nèi)寄生電容的充電及放電所產(chǎn)生的對(duì)地電勢波動(dòng)，該噪聲電流通過接地線傳播。因此，其本身相對(duì)于其他敏感設(shè)備來說，就是一個(gè)騷擾源。對(duì)于開關(guān)電源的控制等小信號(hào)，外部騷擾也會(huì)影響到電源的正常工作。因此電源設(shè)計(jì)的重點(diǎn)包括降低電源自身對(duì)外界的干擾，提高自身的抗干擾能力，同時(shí)切斷騷擾源的傳播途徑。

為減小電源本身的對(duì)外騷擾以及提高電源的抗干擾能力，電源在設(shè)計(jì)中采取了以下措施：

1)對(duì)功率母線采用夾心餅干式布線，減分布電感，并加無感電容，降低開關(guān)尖峰電壓，改善了開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷條件，在不損失效率的前提下，減緩了各節(jié)點(diǎn)的電壓變化率和各支路的電流變化率，抑制了高次諧波的對(duì)外傳導(dǎo)和輻射。

2)功率變壓器采用次級(jí)一初級(jí)一次級(jí)繞組工藝，減小了分布參數(shù)的影響，有利于降低開關(guān)關(guān)斷時(shí)的反向恢復(fù)噪聲。

3)電源內(nèi)部直流母線正負(fù)端以及電源輸出正負(fù)與機(jī)殼之間均放置了共模濾波電容，可以有效衰減外部信號(hào)對(duì)電源的干擾，提高電源自身的抗干擾能力。

4)電源箱體和電源模塊殼體采用比較高的電磁導(dǎo)率金屬板，有利于提高產(chǎn)品電磁屏蔽效果。殼體內(nèi)表面處理方式為鍍彩鋅，有利用提高殼體的磁導(dǎo)率和耐腐蝕性。

5)在保證模塊散熱要求的情況下，盡量不開散熱孔：并且所有的散熱孔開孔方式都是規(guī)則的圓孔，這樣也有利于提高殼體的電磁兼容性。

3 電磁兼容試驗(yàn)及整改

3．1 電磁兼容試驗(yàn)

該逆變電源電磁兼容試驗(yàn)依據(jù)GJB 151A進(jìn)行CE101、CE102、RE101、RE102、CS101、CS114、CS116、RS101和RS103等9項(xiàng)測試，按照GJB 152A規(guī)定，電磁環(huán)境電平應(yīng)至低于規(guī)定的極限值6 dB，電源線亡傳導(dǎo)環(huán)境電平應(yīng)在斷開EUT情況下測量。初次試驗(yàn)結(jié)果顯示，以上9項(xiàng)測試項(xiàng)目CE102測試超標(biāo)，測量CE102極限值如圖3所示，超標(biāo)約15 dB，超標(biāo)頻段200kHz~2 MHz。

3．2 整改措施

電力電子變流裝置器件開關(guān)頻率相當(dāng)高，在傳導(dǎo)射頻段中會(huì)出現(xiàn)大量開關(guān)頻率諧波，干擾頻段范圍從數(shù)干到數(shù)兆赫茲，并且，器件開關(guān)du／dt、di／dt越來越高，尖峰諧振頻率也會(huì)達(dá)到數(shù)兆赫茲。

根據(jù)信號(hào)頻段分析可以明確干擾信號(hào)類型，小于0．1 MHz頻段以差模干擾為主，0．1 MHz~1MHz頻段兼有差模、共模干擾，大于1 MHz頻段以共模干擾為主。由圖3測試CE102電源傳導(dǎo)干擾結(jié)果，設(shè)備傳導(dǎo)干擾應(yīng)同時(shí)具備共模和差模干擾信號(hào)。為了抑制干擾，設(shè)備輸入端增加電源濾波器，選用常州多極濾波器，根據(jù)測量超標(biāo)值，并考慮插入損耗預(yù)留20 dB余量，選取濾波器插入損耗曲線如圖4所示。濾波器采用二階濾波器，電路結(jié)構(gòu)如圖5所示，共模線圈L1和共模電容C2消除共模干擾，L1=8mH，C2=0．1uF，差模電容C1抑制差模干擾，C1=3uF。整改后測量CE102傳導(dǎo)干擾曲線如圖6所示，符合極限值要求。

4 結(jié)論

本文分析了逆變電源的工作原理，在逆變電源的設(shè)計(jì)過程中采取了安裝EMI濾波器、改善開關(guān)管導(dǎo)通條件以及合理結(jié)構(gòu)布線設(shè)計(jì)等抑制干擾措施，整個(gè)系統(tǒng)取得了較好的電磁兼容性能。最后針對(duì)該逆變電源進(jìn)行了電磁兼容試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)項(xiàng)目出現(xiàn)的具體問題完成了整改，滿足了試驗(yàn)要求。