PWM控制型IGBT的EMI工程估算与基本原理分析

0. 概述

PWM控制型IGBT工作在斩波模式，使得IGBT本身自带干扰源属性，自扰与互扰系统中的其他设备。

随着近几年功率半导体器件的发展，像SIC、GAN等半导体器件的出现，提升开关速率降低了损耗，但却带来了EMI的巨大挑战。

以三相AC380V输入驱动器的轻载低频运行为例，其整流母线电压为DC513V左右，Vce的turn on/off时间达到了ns级，产生dv/dt约为几KV/us ~几十KV/us，dv/dt在回路中产生的共模噪声电流为几十A甚至100A以上，严重干扰周围设备，仅从路径上去抑制，需要付出巨大的滤波成本，所以IGBT的EMI抑制一直是业界的关注点。

1. 驱动器共模噪声的回路示意图

干扰路径示意图

Cm测量示意图

参数说明：

• 滤波电容:X电容Cx和Y电容Cy；
• 分布电容：以电机绕组与机壳地间的分布电容Cm为主，其他分布电容未画出。
• 共模噪声电流：Icm。

2. 驱动器噪声电流及场强估算

示例：Cx=1uf，Cy=0.1uf，Cm=10nf，Vdc=500V，Tr=50ns，电机线长度1m；

（1）共模点估算：

Icm电流波形示意图

（2）3m远处共模辐射场强估算：

由估算结果可知，共模电流峰值达到了百安级，3m远处电场强度达到了90dB，在产品认证及实际应用中需要付出更多的抑制代价。

3. 原理分析

共模电压等效简化电路

Vcm共模电压波形示意图

三相PWM脉冲之和不为0而形成的四电平阶梯波是产生驱动器共模干扰的本质原因。共模电压：

IGBT的Vce频谱特性：

Vce梯形波

梯形波频谱

4. 改变Vce的高频部分的频谱特性有二种方法

（1）改变幅值（B→A，使得f3→f1偏移）

幅值对频谱的影响

（2）改变turn on/off时间(图5：1/πtr→1/πtr1，使得 f1→f2偏移)

tr时间对频谱的影响

在实际应用中很难去改变幅值，所以把改变Vce频率特性的重任交给了turn on/off时间（也就是改变Vce的dv/dt）。