電機驅(qū)動系統(tǒng)的奧秘：如何在提高頻率的同時抑制噪聲（三）
電機驅(qū)動系統(tǒng)的“背景與方法概述”和“路徑傳導干擾抑制”兩部分已經(jīng)介紹完，本部分討論下“傳導噪聲干擾源抑制”。
01 傳導噪聲干擾源抑制
通過改進開關控制方案和優(yōu)化開關過程，可以抑制源處產(chǎn)生的傳導擾動。
02 開關控制方案
目前，PWM高頻諧波的抑制原理大多是將特定頻率的PWM諧波轉(zhuǎn)移到附近的其他頻率，從而改變PWM的諧波分布特性，從而抑制PWM諧波。
03 高頻諧波的抑制技術概述 （1）傳統(tǒng)兩電平電機驅(qū)動系統(tǒng)
圖 A 傳統(tǒng)兩級變流器的電機驅(qū)動系統(tǒng)
隨機PWM擴頻技術；
周期PWN擴頻技術。
（2）三電平電機驅(qū)動系統(tǒng)
最優(yōu)同步調(diào)制策略SHEPWM；
最優(yōu)同步調(diào)制策略CHMPWM。
（3）高頻諧波抑制技術
改進的空間矢量脈寬調(diào)制（MSVPWM）技術；
單面空間矢量脈寬調(diào)制器（MS-SVPWM）技術；
04 周期性PWM技術 （1）周期性PWM技術基本概念
周期性PWM技術也稱為周期性頻率調(diào)制（PCFM）。逆變器的載波頻率根據(jù)周期函數(shù)變化，也可以達到分散諧波能量分布的效果，從而降低PWM諧波幅度。
（2）周期性PWM技術優(yōu)缺點
與隨機調(diào)制擴頻策略相比，周期調(diào)制擴頻策略可以更好地控制諧波能量的分布，使其能夠有效地消除某些頻率下的諧波分量。
周期擴頻技術中周期函數(shù)的選擇對于PCFM的擴頻效果和諧波抑制能力至關重要。對于周期擴頻技術中的載波頻率函數(shù)，最常用的三個周期函數(shù)是鋸齒波函數(shù)、正弦波函數(shù)和三角波函數(shù)。其中，諧波抑制效果最好的方法是根據(jù)鋸齒波變化的PCFM技術。
05 SHEPWM技術 （1）SHEPWM技術基本概念
SHEPWM技術是一種用于多電平電壓源逆變器的PWM控制方法。其思想是以預定角度實現(xiàn)特定開關的切換，以產(chǎn)生所需的最優(yōu)SPWM控制，從而消除選定的特定諧波并最小化輸出電壓波形的全局諧波失真。
（2）SHEPWM技術優(yōu)缺點
SHEPWM的問題是計算復雜。國內(nèi)外許多學者對SHEPWM的簡化運算進行了研究。目前的趨勢是將三角函數(shù)超越方程的解轉(zhuǎn)化為多項式解。開關角和調(diào)制深度之間的關系由代數(shù)方程近似，簡化了求解過程。
06 CHMPWM調(diào)制技術 （1）CHMPWM調(diào)制技術基本概念
CHMPWM調(diào)制技術直接使用總電流諧波失真率作為通過開關角度計算的性能指標。這樣，在確保逆變器的輸出基波電流為期望值的前提下，可以盡可能地減小諧波電流的有效值。從而使輸出電流具有最佳的諧波特性。
（2）CHMPWM調(diào)制技術優(yōu)缺點
CHMPWM的目的是最大限度地減少輸出電流的諧波失真。同時，沒有出現(xiàn)SHEPWM中未消除的高次諧波被明顯放大的現(xiàn)象，求解的開關角也具有良好的通用性。然而，由于CHMPWM解決方案更加復雜，該方法的實際應用不如SHEPWM方法廣泛。
07 改進SVPWM技術 （1）改進SVPWM技術基本概念
改進SVPWM技術的基本思想是優(yōu)化中心對稱SVPWM技術中的矢量合成時序。通過在一個載波周期內(nèi)改變原SVPWM技術的開關脈沖序列，可以降低逆變器輸出相電壓和相電流的諧波含量。
（2）改進SVPWM技術優(yōu)缺點
對于傳統(tǒng)的二電平三相電壓源逆變器，幾種改進的SVPWM技術對PWM諧波抑制效果明顯。
·MSVPWM技術
MSVPWM方法適用于兩電平三相逆變器，以犧牲33%的開關頻率增加為代價來抑制PWM頻率的電壓噪聲和電流噪聲。
圖 B MSVPWM技術
MSVPWM技術方法通過改變有效矢量的合成時序，改變了傳統(tǒng)SVPWM技術原有的開關狀態(tài)。該方法可以抑制PWM頻率附近的高頻諧波和奇數(shù)倍諧波。但MSVPWM對PWM開關頻率的偶數(shù)倍諧波沒有抑制作用。
所提出的MSVPWM方法不改變基波的特性，也不需要使用額外的電路，這可以很容易地實現(xiàn)。MSVPWM在抑制逆變器的PWM諧波、提高LC濾波器的性能和減小濾波器尺寸方面發(fā)揮著重要作用。
·MSSVPWM技術
通過對SVPWM技術的鋸齒載波的零矢量進行特定調(diào)整，MSSVPWM技術降低了開關損耗，增加了PWM干擾頻率，同時降低了PWM諧波含量。圖C顯示了MSSVPWM技術。
圖 C MSSVPWM技術
（3）改進SVPWM技術小結(jié)
通過比較MS-SVPWM技術和MSVPWM技術的抑制能力，發(fā)現(xiàn)MSSVPWM技術基本上可以消除開關頻率奇數(shù)倍的諧波，而MSVPWM只能抑制諧波。然而，MSSVPWM技術仍然無法抑制開關頻率倍數(shù)的諧波振幅。
08 開關過程優(yōu)化
1 有源柵極驅(qū)動 （1）有源柵極驅(qū)動基本概念
有源柵極驅(qū)動通過精細控制開關波形來實現(xiàn)各種應用目的，例如抑制橋之間的串擾、降低開關波形的過沖幅度和抑制高頻EMI。
（2）主動柵極驅(qū)動有兩種方法
開環(huán)控制技術；
閉環(huán)控制技術。
（3）有源驅(qū)動案例
有源柵極驅(qū)動的開環(huán)控制是針對開關器件的瞬態(tài)過程，在不同階段調(diào)整驅(qū)動電壓、驅(qū)動電流或驅(qū)動電阻。以使驅(qū)動信號的波形與參考波形一致。以這種方式，控制輸入電容器的充電和放電速度。最終改善了瞬態(tài)特性。典型的主動驅(qū)動結(jié)構(gòu)如圖D所示。
圖D 一種典型的有源驅(qū)動方案
有源驅(qū)動案例1：提出了一種基于智能模型的軌跡優(yōu)化有源柵極驅(qū)動系統(tǒng)，以優(yōu)化SiC器件引起的EMI和開關損耗；
有源驅(qū)動案例2：總結(jié)了目前用于SiC器件開關速度控制的有源柵極驅(qū)動。同時，簡要分析了SiC器件引起的高頻EMI。
（4）有源驅(qū)動小結(jié)
盡管有源柵極驅(qū)動可以抑制由器件的開關引起的EMI，但這種方案通常會增加器件的開關時間和開關損耗。這種方法降低了系統(tǒng)效率。此外，主動柵極驅(qū)動方案對驅(qū)動電路和控制芯片也提出了更高的要求。
2 軟開關轉(zhuǎn)換技術 （1）軟開關轉(zhuǎn)換技術基本概念
軟開關轉(zhuǎn)換技術可用于減少開關損耗、通過開關器件的電壓/電流的過沖幅度和EMI。
（2）軟開關轉(zhuǎn)換技術基本構(gòu)成
軟開關轉(zhuǎn)換電路主要由R、C、L、二極管和輔助開關器件組成。
根據(jù)所使用的電阻器和輔助開關器件，軟開關轉(zhuǎn)換電路可分為三種類型：
有損無源轉(zhuǎn)換電路；
無損無源轉(zhuǎn)換電路；
有源轉(zhuǎn)換電路。
（4）軟開關轉(zhuǎn)換技術特點
軟開關轉(zhuǎn)換電路通常指無損無源和有源緩沖電路。通過一種特殊的控制方法，軟開關過渡電路可以有效地避免瞬態(tài)開關電壓和電流的重疊。
根據(jù)發(fā)展過程，軟開關轉(zhuǎn)換電路分類：
可分為準諧振電路；
零開關PWM電路；
零開關PWM回路。
此外，根據(jù)瞬態(tài)開關電壓和電流的變化順序，軟開關轉(zhuǎn)換電路可以進一步分為：
零電壓軟開關轉(zhuǎn)換；
零電流軟開關轉(zhuǎn)換。
09 開關過程優(yōu)化技術小結(jié)
對于有源柵極驅(qū)動和軟開關轉(zhuǎn)換技術，當與相應的控制方法相結(jié)合時，可以很好地改善開關器件的動態(tài)特性。主要缺點是拓撲結(jié)構(gòu)和驅(qū)動器設計更加復雜。工業(yè)應用仍然存在優(yōu)化需求。
10 干擾源抑制討論
對于改進的開關控制方案：
（1）改進的開關控制方案的主要優(yōu)點
它只是一種改進的軟件算法，而不增加驅(qū)動系統(tǒng)的體積；
由于不添加硬件，因此驅(qū)動系統(tǒng)具有高可靠性；
同時，對于不同功率電平的系統(tǒng)，可以使用相同的調(diào)制策略來實現(xiàn)傳導干擾抑制。
（2）改進的開關控制方案的缺點。
SHEPWM具有解決目標開關角度的問題，涉及超越方程的求解，運算更加復雜，對算法求解提出了更高的要求。
11 總結(jié)
電機驅(qū)動系統(tǒng)的傳導干擾抑制方法主要包括EMI濾波、拓撲優(yōu)化、改進的開關控制方案和開關過程的優(yōu)化。
這些方法基于兩種思想：
一種是在傳播路徑上進行干擾抑制；
另一種是源處的傳導干擾抑制。
前者效率更高，但顯著增加了驅(qū)動系統(tǒng)的體積或質(zhì)量。后者更靈活，但控制和設計更復雜。
在實際的工業(yè)應用中，我們應該根據(jù)實際需要選擇所需的傳導擾動抑制方法。
抑制傳導干擾的常用且可靠的方法是在驅(qū)動系統(tǒng)中添加EMI濾波器
為了消除源處的傳導干擾，首先采用了改進的開關控制方案
隨著驅(qū)動系統(tǒng)的不斷發(fā)展，傳導擾動抑制方法仍需在多個方面不斷研究。
