（电力电子与电力传动专业论文）开关电源（smps）电磁干扰（emi）问题的研究.pdf

a b s t r a c t s w i t c h i n g m o d ep o w e r s u p p l i e s ( s m p s ) o f f e rm a n ya d v a n t a g e s o v e rl i n e a r r e g u l a t o r s ，s u c h a s h i g he f f i c i e n c y a n dr e l a t i v e l ys m a l l e rs i z ea n dl i g h t i n gw e i g h t h o w e v e r ，s n i p so p e r a t ea th i g hs w i t c h i n gf r e q u e n c i e s ，a n dt h ea s s o c i a t e dt r a n s i e n t p u l s e sa r ef u l lo f h i g hf r e q u e n c y h a r m o n i c st h a tm a yc a u s ee l e c t r o m a g n e t i ci n t e r f e r e n c e r e m 0e m a f f e c t sb o t ht h ee l e c t r o m a g n e t i cc o m p a t i b i l i t y 但m c ) p e r f o r m a n c e a n dt h e c o s to fo p e r a t i o nf o rs n i p s t h i sd i s s e r t a t i o ne x a m i n e st h ed i f f e r e n tk i n d so fe m ii n l y p i c a ls m p s ，n a m e l yc o n d u c t e d ( d i f f e r e n t i a l a n dc o m m o nm o d e ) a n dr a d i a t e d i n t e l f e r e n c e s t h ee l i m i n a t i o no fe m ii ns m p sr e q u i r e sas y s t e m a t i cs e a r c hf o rn o i s ee m i s s i o n s f i o mt h ec o n v e r t e r c o m p o n e n t s t o q u a n t i f y t h ei n f l u e n c eo ft h ei n d u c t o r so n c o n d u c t e de m ii ns n i p s ，a r li n v e s t i g a t i o nw a sm a d eo fc o n d u c t e dc o m m o nm o d e c u r r e n tc a u s e db yt h es t r a yc a p a c i t a n c eo f t h ei n d u c t o rw i n d i n g si nab o o s tc o n v e r t e r t om i n i m i z et h ep o s t - d e v e l o p m e n tm o d i f i c a t i o nc o s t so fs m p s ，as e to fr u l e si s p r e s e n t e dt oe s t a b l i s has i m p l ec o m p r e h e n s i v em o d e lf o rc o n d u c t e de m i i ns w i t c h i n g c i r c u i t st h e s er u l e sa r eb a s e do nt h ee x t r a c t i o no fa l lp a r a s i t i cp a r a m e t e r so f t h el a y o u t a n dd e v i c em o d e l i n g ，i n c l u d i n gt r a n s i t i o nb e h a v i o r , h i g hf r e q u e n c yc h a r a c t e r i s t i c so f t h ed i f f e r e n tm a t e r i a l s ，a n de l e c t r o s t a t i c c o u p l i n g s t o p r i n t e d c i r c u i t b o a r d ( p c b ) c o n d u c t o r sa n dt ot h eg r o u n d a n t i p h a s et e c h n i q u ep r o p o s e db y o u rr e s e a r c hg r o u pi si n t e n d e dt oc a n c e lc o m m o n m o d en o i s ef r o mt h e g e n e r a t i o np o i n t ( d r a i nn o d e ) t op u t i ti n t o p r a c t i c e ，t h e i n f l u e n c e so ft h e p a r a s i t i cc a p a c i t a n c e s h a v et ob ef u r t h e r i n v e s t i g a t e du s i n g a s i m p l i f i e de q u i v a l e n tc i r c u i t t h e r e f o r e ，t h i st h e s i sp r o v i d e sad e t a i l e dv e r i f i c a t i o no f t h ee f f e c t so fp a r a s i t i cc a p a c i t a n c e so ft h ea n t i p h a s ew i n d i n go nt h ee f f i c a c yo ft h e p r o p o s e dt e c h n i q u e a c k n o w l e d g m e n t s t om e ，t h e s ef e ws e n t e n c e sa r et h em o s td i f f i c u l tp a r to ft h i st h e s i s ，b e c a u s es i m p l e w o r d sc a nh a r d l ye x p r e s sm ys i n c e r eg r a t i t u d et ot h o s ew h oh a v ee n r i c h e dm yl i f ea n d a s s i s t e dm ye f f o r t sd u r i n gm ys t u d i e si nz h e j i a n gu n i v e r s i t y p a r t i c u l a r y , 1w o u l dl i k e t o s i n c e r e l yt h a n km ys u p e r v i s o rp r o f e s s o rz h a om i n g q i a n ，w h on o to n l ya d v i s e dm yw o r k ，b u ta l s og a v em et h eb e n e f i to fh i sc o n s t r u c t i v e c r i t i c i s mh i se n t h u s i a s ma n dh e l pt h r o u g h o u tm ys t u d i e sm o t i v a t e dm et oa l w a y st r y l l a r d e r t h a n k ss h o u l da l s ob er e n d e r e dt od rmh p o n g ，a l la s s i s t a n tp r o f e s s o ro f e e e a t h o n gk o n gu n i v e r s i t yw h e n 1w a si nh o n gk o n g u n i v e r s i t yf o rao n e y e a rr e s e a r c h f e l l o w s h i p ，d rp o n gu n r e s e r v e d l y s h a r e dw i t hm eh i sv a s t k n o w l e d g e o f e l e c t r o m a g n e t i ci n t e r f e r e n c e ，a n da l w a y sg a v em eh i s h o n e s t o p i n i o n s a n dh e l p f u l g u i d a n c e ia l s ow i s ht ot h a n ka l l m yc o l l e a g u e s i nt h ee e ep o w e re l e c t r o n i c s l a b o r a t o r ya th o n g k o n gu n i v e r s i t y ，a n da l lm yc o l l e a g u e si nz h e j i a n gu n i v e r s i t yf o r t h e i rh e l pa n d s u p p o r td u r i n gm y r e s e a r c hw o r k ia ma l s ov e r yg r a t e f u lt om y f a m i l yi 锄f o r e v e ri n d e b t e dt om yd e a r e s tm o t h e r a n df a t h e r b o t ho fw h o mh a v em a d et r e m e n d o u ss a c r i f i c e ss ot h a tt h e i rc h i l d r e nc o u l d s u c c e e dim u s ta l s ot h a n ka l lm ys i s t e r sa n db r o t h e r sf o rt h e i rs u p p o r t ，p a r t i c u l a r l ym y e l d e rb r o t h e r ，w i t h o u tw h o s ee m o t i o n a la n df i n a n c i a ls u p p o r tin e v e rw o u l dh a v eb e e n a b l et oc o n t i n u em ys t u d i e st h a n k sa l s ot or e b e c c a k a i z e r m a n , w h os p e n tm a n yh o u r s p r o o f r e a d i n ga n dc o r r e c t i n gm y t h e s i s ，i na d d i t i o nt op r o v i d i n ga ne m o t i o n a ls u p p o r t t oa l lt h e s ep e o p l eid e d i c a t em yl i f e sw o r k c h a p t e r1 i n t r o d u c t i o n 1 1i n t r o d u c t i o nt oe l e c t r o m a g n e t i ci n t e r f e r e n c e ( e m i ) a n d e l e c t r o m a g n e t i ce n v i r o n m e n t e m ie x i s t se v e r y w h e r e ，i n s i d ea n do u t s i d ea l le l e c t r i c a le q u i p m e n t t h e r em u s tb ea s o u r c eo fe m i s s i o n ，ap a t hf o rt h ec o u p f i n go ft h ee m i s s i o n ，a n dac i r c u i tu n i to rs y s t e m s e n s i t i v et ot h er e c e i v e dn o i s ea si l l u s t r a t e di nf i g u r ell ，t h e s et h r e ea s p e c t so ft h e e l e c t r o m a g n e t i cc o m p a t i b i l i t yo ! m c ) p r o b l e m f o r mt h eb a s i cf r a m e w o r ko fa n ye m c d e s i g n s o u r c e so fe m ic a nb ed i v i d e di n t on a t u r a la n dm a l l m a d e f i g u r e1 2s h o w s t h eb a s i cc a t e g o r i e so f e m c 【1 2 ，3 ，4 】 f i g u r ei 1 t h eb a s i cd e c o m p o s i t i o n & t h ee m c c o u p l i n gp r o b l e m f i g u r e1 2c a t e g o r i e so f e l e c t r o m a g n e t i cc o m p a t i b i l i t y 1 1 1n a t u r a ls o u r c e so fe m i s o m en a t u r a lf o r m so fe m in o i s e s i n c l u d e a t m o s p h e r i c n o i s e p r o d u c e db y e l e c t r i c a ld i s c h a r g e ( e s d ) ，s u c ha so c c u r sd u r i n gt h u n d e r s t o r m sc o s m i cn o i s es o u r c e s f r o mt h es u n ，m o o n ，s t a r s ，p l a n e t s ，a n do t h e rg a l a c t i cb o d i e sa l s oc o n t r i b u t et oe m i n o i s e s 1 1 2m a l l m a d es o u r c e so fe m i m a n m a d ee m in o i s e sa r eo nt h ei n c r e a s ed a l l y ，d u e t ot h ei n c r e a s e du s eo f e l e c t r i c a la n de l e c t r o n i ce q u i p m e n t s o m em a j o rs o u r c e so f m a n m a d ee m i a r e ： i n d u s t r i a l ，s c i e n t i f i c ，a n dm e d i c a lo s m ) e q u i p m e n t ， e l e c t r i cm o t o r s ， a ch i g hv o l t a g et r a n s m i s s i o nl i n e ， c o m m u n i c a t i o nt r a n s m i t t e ri n t e n t i o n a ls p u r i o u sr a d i a t i o n ， f l u o r e s c e n t l a m p s ， 2 m i c r o w a v eo v e n s s w i t c hm o d ep o w e rs u p p l i e s e t c t h er a d i a t e do rr a d i of r e q u e n c y ( r f ) i n t e r f e r e n c ec o u l db eg e n e r a t e dl o c a l l yo r r e m o t e l yf r o mr na cp o w e rc o r d ，am e t a l l i ce n c l o s u r ec o n t a i n i n gas u b s y s t e m ，o rf r o m c a b l e c o n n e c t i n gs u b s y s t e m ss u c h a sm o t o r s ，s w i t c hg e a r s ，r fr a d i a t o r s ，c o r o n a d i s c h a r g e s ，i g n i t i o nn o i s es o u r c e s ，e t c t h ec o n d u c t e dn o i s ei sc a u s e db yp o w e rl i n en o i s ef r o me x t e r n a le q u i p m e n t i n t e r n a ls w i t c hm o d ep o w e rs u p p l i e s ，a n db yg r o u n dl o o p sc r e a t e db ye q u i p m e n t i n t e r c o n n e c t i o n s f i g u r e 1 2s h o w sd i f f e r e n t c a t e g o r i e s o f e l e c t r o m a g n e t i c c o m p a t i b i l i t y f o rc i r c u i t sa n dc o n d u c t o r si nc l o s ep r o x i m i t yw ec o n s i d e rt h ec o u p l i n g ，o r c r o s s t a l k , t ob ev i am u t u a l 舾d “c 胁c ea n di n t e r - c i r c u i tc a p a c i t a n c e 、a l t h o u g ho n eo f t h e s em o d e su s u a l l yp r e d o m i n a t e s t h es o u r c eo fn o i s em a yb ep o w e rl i n e s ，s i g n a l l i n e s ，l o g i c ( e s p e c i a l l y c l o c k sa n dd a t a l i n e s ) ，o r c u r r e n t c a r r y i n gg r o u n d c o n n e c t i o n s l l , 2 1 1 2e m ir e g a | a t i o n s e m ic a nb ec o n s i d e r e daf o r mo fe n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n a n di no r d e rt or e d u c e t h ei m p a c to ft h i sp o l l u t i o nc o n t r o lo nt h ee n v i r o n m e n t a ll e v e lo fc o n d u c t e da n d r a d i a t e de m i s s i o n so fn o i s ei sn e c e s s a r y c o n s e q u e n t l y ，e l e c t r o m a g n e t i cc o m p a t i b i l i t y ( e m c ) r e q u i r e m e n t so fa l lc o u n t r i e sa r eo fi m p o r t a n c et om a n u f a c t u r e r so fe l e c t r o n i c e q u i p m e n t m a n yc o u n t r i e si m p o s ee m ir e g u l a t i o n so nt h ee m i s s i o n sf r o md a t ap r o c e s s i n g e q u i p m e n t ，i n d u s t r i a le q u i p m e n t ，s c i e n t i f i ca n dm e d i c a l ( s m ) e q u i p m e n t ，v e h i c l e s ， a p p l i a n c e s ，e t cf o re x a m p l e ，i nt h eu n i t e ds t a t e s ，b e c a u s eo ft h eo c c u r r e n c eo fd i g i t a l s y s t e mi n t e r f e r e n c ew i t hw i r ea n dr a d i oc o m m u n i c a t i o n ，t h ef e d e r a lc o m m u n i c a t i o n s c o m m i s s i o n ( f c c ) i sc h a r g e dw i t ht h er e g u l a t i o n st h a tr e q u i r et h ee l e c t r o m a g n e t i c e m i s s i o n so fa l l “d i g i t a ld e v i c e s ”t ob eb e l o wc e r t a i nl i m i t st h ei n t e n to ft h i sr u l ew a s i ot r yt ol i m i tt h e “e l e c t r o m a g n e t i cp o l l u t i o n ”o f t h ee n v i r o n m e n ti no r d e rt op r e v e n t ，o r a tl e a s tt or e d u c e t h en u m b e ro f i n s t a n c e so f e n 3 t h ef c cf u r t h e rb r e a k st h ed i g i t a ld e v i c ec l a s so fp r o d u c t si n t oc l a s saa n dc l a s s bc l a s sad i g i t a ld e v i c e sa r et h o s et h a ta r em a r k e t e df o ru s ei nac o m m e r c i a l ， i n d u s t f i a lo rb u s i n e s se n v i r o n m e n tc l a s sbd i g i t a ld e v i c e sa r et h o s et h a ta r em a r k e t e d f o ru s ei nar e s i d e n t i a le n v i r o n m e n t ，n o t w i t h s t a n d i n gt h e i ru s ei nac o m m e r c i a l ， i n d u s t r i a lo rb u s i n e s se n v i r o n m e n tt h ec l a s sbl i m i t sa r em o r es t r i n g e n tt h a nt h ec l a s s al i m i t s b e c a u s ei ta s s u m e dt h a ti n t e r f e r e n c ef r o mt h ead e v i c ei na ni n d u s t r i a l e n v i r o n m e n tc a r lb em o r er e a d i l yc o r r e c t e dt h a ni nar e s i d e n t i a le n v i r o n m e n t ，w h e r et h e i n t e r f e r e n c es o u r c ea n dt h es u s c e p t i b l ed e v i c ea r el i k e l yt ob ei nc l o s e rp r o x i m i t y f i g u r e1 3i l l u s t r a t e ss o m er e a s o n sf o re a r l ya n dp r e s e n te m cr e g u l a t i o n s 即】 w h y h a v ew e r e g u l a t e de m c ? f i g u r e1 3c o n f i g u r a t i o no f e a r l ya n dp r e s e n te m c r e g u l a t i o n s 4 t a b l els u m m a r yo fs o m en a t i o n a la n di n t e r n a t i o n a ls t a n d a r d sf o rt h ee m ia s p e c t r e f e f e n c e d e s c r i p t i o n ( e m i s s i o ns t a n d a r d ) c i s p r l 3 l i m i t sa n dm e t h o d so fm e a s u r e m e n to fr a d i o 压n 5 5 0 1 3i n t e r f e r e n c ec h a r a c t e r i s t i c so fs o u n da n dt v b r o a d c a s tr e c e i v e r sa n da s s o c i a t e de q u i p m e n t 。c 1 s p r 】4 l i m i t sa n dm e t h o d so f m e a s u r e m e n to f r a d i o 7 8 n 5 5 0 1 4i n t e r f e r e n c ec h a r a c t e r i s t i c so f e l e c t r i cm o t o r o p e r a t e da n dt h e r m a la p p l i a n c e sf o rh o u s e h o l d a n ds i m i l a rp u r p o s e s ，e l e c t r i ct o o l sa n ds i m i l a r e l e c t r i c a la p p a r a t u sc a t e s tr e v i s i o nc o v e r sa l l e l e c t r i c a lh o u s e h o l da p p l i a n c e s ) c i s p r l 5l i m i t sa r dm e t l a o d so f m e 部u r j 湘e j o ft a d i o e n 5 5 0 1 5i n t e r f e r e n c ec h a r a c t e r i s t i c so f e l e c t r i c a l l i g h t n i n ga n d s i m i l a re q u i p m e n t c i s p r 2 2l i i l l i t sa n dm e t h o d so f m e a s u r e m e n to f r a d i o ，e n 5 5 0 2 2i n t e r f e r e n o ec h a r a c t e r i s t i c so f i n f o r m a t i o n t e c h n o l o g ye q u i p m e n t 【王：c 610 0 0 3 2l i m i t sf o rh a r m o n i cc u r r e n te m i s s i o n ( = 1 6 a ，e n 610 0 0 3 2 p e rp h a s e ) i e c 6 1 0 0 0 3 3l i m i t a t i o no f v o l t a g ef l u c t u a t i o n sa n df l i c k e ri n e n 610 0 0 3 3 t o wv o l t a g es u p p l ys y s t e mf j甘p)|薯蠕3i皇8面 6 9 鼍 i 要 墨 1 5 0 k h z4 5 0 k h z 5 m h z 5 0 0 k h z ( a ) 1 5 0 k h z4 5 0 k h z l7 0 5 m h z3 0 m h z 5 0 0 k h z f i g u r e1 5t h ec i s p r 2 2c o n d u c t e de m i s s i o nl i m i t sc o m p a r e dt ot h ef c cr a d i a t e d e m i s s i o nl i m i t s ( a ) c l a s sb ( b ) c l a s sa 川 (ajp)gioa 1 3e m im e a s u r e m e n tf o rv e r i f i c a t i o no fc o m p l i a n c e m e a s u r e m e n to fc o n d u c t e da n dr a d i a t e de m i s s i o n si s ac o m p l e xs u b j e c to n ec a n o b t a i nd i f f e r e n ts e t so fm e a s u r e dd a t aa td i f f e r e n tm e a s u r e m e n ts i t e sf o rt h es a m e p r o d u c t ! e v e r ys t a n d a r dt h a ts e t so u tl i m i t so i l r a d i a t e da n dc o n d u c t e de m i s s i o n s ( f c c ， c i s p r2 2 ，a n dm i l s t d ，4 6 1 ) h a sar e l a t e ds t a n d a r dt h a tc l e a r l yd e f i n e sh o w t h ed a t a a r et ob em e a s u r e dt h i si n c l u d e st e s tp r o c e d u r e s ，t e s te q u i p m e n t ，b a n d w i d t h ，t e s t a n t e n n a ，e t ca st h en o i s es i g n a li sn o tn e c e s s a r i l yas t e a d ys i g n a l ，t h ea m p l i t u d eo ft h e n o i s ec a r lc h a n g ew i t ht h et i m e ，a sf a ra ss t a n d a r d sa r ec o n c e r n e d ，t h e r ea r et h r e e u s u a l w a y st or e p r e s e n tt h en o i s el e v e l ：p e a k ，q u a s ip e a ka n da v e r a g ee a c hr e p r e s e n t a t i o n n e e d sad i f f e r e n td e t e c t i o nm e t h o da n du s u a l l yh a sad i f f e r e n tu p p e r - l i m i tl e v e ll i m i t t h ed i f f e r e n tk i n d so fd e t e c t i n gm e t h o d sa t t e m p tt oa c c o u n tf o rt h ee f f e c t so fa c t u a l i n t e r f e r e n c eb ym e a n so fd i f f e r e n tk i n d so fm o d u l a t i o no ft h er fe m i s s i o nt h ep e a k ( p ) d e t e c t o rr e s p o n d sa l m o s ti n s t a n t a n e o u s l yt ot h ep e a kv a l u eo ft h en o i s e m o s t s t a n d a r d sd on o tr e f e rt ot h i sk i n do f m e a s u r e m e n t t h eq u a s i - p e a k ( q p ) d e t e c t o rw o r k s l i k et h ep e a kd e t e c t o rb u tw i t had e f i n e dc h a r g ea n dd i s c h a r g et i m et h ea v e r a g e ( a v ) d e t e c t o rm e a s u r e st h ea v e r a g ev a l u eo ft h es i g n a l f i g u r e16s h o w sas i m p l i f i e dw a yt o d e s c r i b et h er e s u i t so f t h et h r e ed i f f e r e n td e t e c t i o nm e t h o d s m 】 f i g u r e16s i m p l i f i e dw a y t od e s c r i b et h er e s u l t so f t h et h r e ek i n d so f d e t e c t o r s 9 1 3 1c o n d u c f i v ee m i s s i o nm e a s u r e m e n t t h ec o n d u c t e de m i s s i o nt h a ts h o u l db em e a s u r e di st h en o i s ec u i t e n tc o n d u c t e do u t t h r o u g ht h ea cp o w e rc o r do ft h ee q u i p m e n tu n d e rt e s t ( e u t ) y e tt h ef c ca n d c i s p rc o n d u c t e de m i s s i o nl i m i t sa r eg i v e ni nu n i t so fv o l t s t h et e s t sa r et ob e c o n d u c t e db yi n s e r t i n gal i n ei m p e d a n c es t a b i l i z a t i o nn e t w o r k ( l i s n ) i ns e r i e sw i t ht h e a cp o w e rc o r do ft h eo ft h ee u tt h e r ea r et w op u r p o s e so ft h el i s nf i r s ti st o p r e v e n te 妣e m a ln o i s ef r o mc o n t a m i n a t i n gt h em e a s u r e m e n tt h es e c o n dp u r p o s ei st o e n s u r et h a tm e a s u r e m e n t sm a d ea to n et e s ts i t ew i l lc o r r e l a t ew i t hm e a s u r e m e n t sa t a n o t h e rt e s ts i t em e a s u r e m e n t so fa ci m p e d a n c e 啊e w e df r o md i f f e r e n tl o c a t i o n so f t h ea cp o w e rn e ts h o wv a r i a b i l i t yf r o ms i t et os i t ei na d d i t i o nt ov a r i a b i l i t yw i t ht h e f r e q u e n c y ，t h e r e f o r e , l i s ni si n s e r t e dt op r e s e n tac o j l s t a n ti m p e d a n c ei nf r e q u e n c y a n df r o ms i t et os i t e ac u r r e n tp r o b ei sc l a m p e da r o u n dt h ei n p u tc a b l eo ft h ee u t ；t h e p r o b em e a s u r e st h ec u r r e n t , w h i c hi sd i s p l a y e db yt h es p e c t r u ma n a l y z e ro rt h e r e c e i v e ri ti sa l w a y sr e c o m m e n d e dt h a tat r a n s i e n tl i m i t e rb ep l a c e di nf r o n to ft h e i n p u tt ot h es p e c t r u ma n a l y z e ri no r d e rt op r o t e c tt h ef r o n te n dr e c e i v e rf r o mb e i n g o v e r l o a d e d f i g u r e1 7i l l u s t r a t e st h et y p e so fe q u i p m e n tu s e df o rt h em e a s u r e m e n to f c o n d u c t e de m l 。s s i o n s f i g u r e17m e a s u r e m e n ts e t u po f c o n d u c t e de