電力系統(tǒng)測(cè)量回路電磁兼容問題的模型建構(gòu)

魏飛

（南京容測(cè)檢測(cè)技術(shù)有限公司，江蘇 南京 210000）

對(duì)于電力系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)工程技術(shù)人員而言，電磁兼容問題EMC 測(cè)試技術(shù)的掌握對(duì)實(shí)現(xiàn)測(cè)量回路的系統(tǒng)運(yùn)行價(jià)值具有重要的意義。所有的數(shù)字及模擬電路均視為對(duì)高頻信號(hào)響 應(yīng)的電路，用高頻設(shè)計(jì)方法來處理電費(fèi)屏蔽、PCB 布線和共模濾波的檢測(cè)技術(shù)，具有重要的推廣應(yīng)用價(jià)值。現(xiàn)就電力系統(tǒng)測(cè)量回路電磁兼容問題模型建構(gòu)如下：

一、反激式控制器

反激式控制器是專為調(diào)節(jié)反激式轉(zhuǎn)換器而設(shè)計(jì)的專用 IC。反饋配置次級(jí)側(cè)調(diào)節(jié) (SSR)：輸出調(diào)節(jié)直接在輸出中進(jìn)行，可使用光耦合器保持隔離。初級(jí)側(cè)調(diào)節(jié) (PSR)：輸出調(diào)節(jié)在輔助繞組中進(jìn)行；可消除基于光耦合器的反饋網(wǎng)絡(luò)，從而簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。

該控制器模型的主要工作模式（operating-mode）為非連續(xù)導(dǎo)通模式 (DCM)，用于較低功率水平，在每個(gè)開關(guān)周期會(huì)從變壓器行電流完全放電；準(zhǔn)諧振/轉(zhuǎn)換模式 (QR/TM)，用于較高功率水平，屬特殊 DCM 情況，其中開關(guān)在第一谷點(diǎn)開啟以減少開關(guān)損耗。連續(xù)導(dǎo)通模式 (CCM)；用于較高功率水平下的某些工作點(diǎn)，電流始終通過變壓器。有源鉗位反激式 (ACF)

耗散鉗位替換為無損有源鉗位（用于實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)并大幅提高效率）

開關(guān)為金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (MOSFET)，通過外部電壓開啟和關(guān)閉的電氣開關(guān)。雙極結(jié)晶體管 (BJT)：通過注入電流開啟和關(guān)閉的電氣開關(guān)。集成型：集成高電壓 (HV) 啟動(dòng)，集成高電壓?jiǎn)?dòng)開關(guān)可降低待機(jī)功耗；啟動(dòng)時(shí)需要外部電阻器；外部可選接口可輕松實(shí)現(xiàn)低待機(jī)功耗模式 FET 啟動(dòng)電路。

固定隨輸出電流增加，輸出電壓以預(yù)定量增加以補(bǔ)償長(zhǎng)電纜的阻性損耗，從而在電纜末端實(shí)際輸出處實(shí)現(xiàn)嚴(yán)密調(diào)節(jié)。由用戶調(diào)節(jié)，隨輸出電流增加，輸出電壓以用戶可編程量增加以補(bǔ)償長(zhǎng)電纜上的阻性損耗，在電纜末端的真實(shí)輸出處實(shí)現(xiàn)嚴(yán)密調(diào)節(jié)。其中恒壓 (CV)/恒流 (CC) 控制如圖1 所示：

二、與傳統(tǒng)模型的對(duì)比

傳統(tǒng)隔離型反激式轉(zhuǎn)換器模型架構(gòu)的功率等級(jí)在60W 左右。其主要工作原理為，通過調(diào)整變壓器匝數(shù)比，借助原邊開關(guān)、電源電壓轉(zhuǎn)換輸出電壓、輸出電壓信息通過反饋路徑傳輸至原邊PWM 發(fā)生器，確保輸出電壓穩(wěn)定。若輸出電壓太高/太低，通過調(diào)整PWM 發(fā)生器占空比來實(shí)現(xiàn)控制。該反饋路徑因其功耗大，占用電路板空間多，與隔離電壓共同決定電路最大隔離電壓。同時(shí)，光耦合器老化受時(shí)間影響，會(huì)發(fā)生特性改變，在溫度>85°C 的條件下極不適應(yīng)。額外變壓器繞組為另一解決方法，而副邊控制模塊；EMC 電磁兼容性設(shè)計(jì)測(cè)量回路下的反激式控制器替代方案的實(shí)施，通過電感耦合，可實(shí)現(xiàn)跨電隔離傳輸來實(shí)現(xiàn)信號(hào)反饋信號(hào)。該模型通過無分立式反饋回路反激式轉(zhuǎn)換器，通過從副邊反激回原邊電壓來識(shí)別調(diào)節(jié)PWM 發(fā)生器產(chǎn)生的占空比。

本測(cè)量回路設(shè)計(jì)可接受一個(gè)5V-100V 的輸入電壓，并在允許范圍內(nèi)直接施加至IC。但因高電壓板上LT8300 并Flyback Regulator 封裝，確保了該器件能在高輸入電壓條件下的可靠運(yùn)作。除此之外，在器件板上柵極驅(qū)動(dòng)器為1 外部N 溝道功率MOSFET 供電，使其最大功率在50W左右。該模型運(yùn)用邊界模式操作，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，縮減了總體轉(zhuǎn)換器外形尺寸和占板面積。反激式轉(zhuǎn)換器在副端電流減小至零之后立即接通其內(nèi)部開關(guān)，且在開關(guān)電流達(dá)到預(yù)定電流限值時(shí)關(guān)斷，最大限度地實(shí)現(xiàn)了邊界模式或臨界導(dǎo)通。

三、設(shè)計(jì)應(yīng)用可行性分析

反激式控制器設(shè)計(jì)包括一個(gè)保護(hù)電路來抵御 IEC61000-4 測(cè)試套件的干擾。該設(shè)計(jì)還包含一個(gè)用于糾正反極性電源電壓的電路。保護(hù)電路和整流器不會(huì)給電流輸出性能帶來負(fù)面影響，輸出的總不可調(diào)整誤差(TUE) <0.2%。

EMC 測(cè)量回路以其TCF 和Self Ceritification(自檢證明)的抗干擾能力測(cè)試實(shí)用性效果。在數(shù)字及模擬電路對(duì)高頻信號(hào)響應(yīng)電路設(shè)計(jì)中，通過應(yīng)用高頻設(shè)計(jì)方法來處理電費(fèi)屏蔽、PCB 布線和共模濾波，對(duì)于限制高頻共模環(huán)，降低強(qiáng)輻射能量具有重要的現(xiàn)實(shí)建構(gòu)意義。其模型設(shè)計(jì)測(cè)試結(jié)果高度吻合了設(shè)備運(yùn)行需求，值得將該模型進(jìn)行大量推廣。