变频器电路的emc方案设计（变频器电路的emc方案设计方法）

变频技术的应用范围很广，如变频空调、变频热泵、变频地暖、变频传送带等都采用了变频技术。尽管变频技术应用范围广泛、优点众多，但我国变频技术的设计和应用还比较薄弱。尤其是EMC电磁兼容性、产品可靠性、设计稳定性等方面很难按照国际标准来设计。先进水平，特别是大功率和超大功率变频器。曾工长期致力于电磁兼容技术，能为您提供专业的工业产品电磁兼容技术支持，解决疑难问题，排忧解难。我们可以为您提供一站式检测、整改、认证、服务。

1、主回路吸收电路和di/dt dIGBTv/dt抑制电路

整流电路的输入侧必须连接防雷过电压或操作过电压吸收电路。该吸收电路由星形连接的高频高压电容器（如470p/2Kv）和压敏电阻（如20k/1Kv）组成。具体电路见图1中的R1、R2、R3和C1、C2、C3。当逆变器部分处于高频开关状态时，会产生电压尖峰。如果不处理，会损坏IGBT 模块，并对驱动电路造成干扰。电压尖峰可以通过使用吸收电路来抑制。目前，变频器常用的吸收电路有以下三种类型，如下图所示。它们是根据所使用的开关器件和功率级别来选择的。

2、控制及驱动电路的电路板EMC设计

现代通用变频器的控制电路都是以微处理器为核心的数字电路。它性能完善、功能丰富、集成度高、运算速度快、体积紧凑。带来的问题是控制电路板设计的小尺寸、高密度、高速信号布线。解决干扰问题成为设计中的棘手问题。下面介绍一下逆变器电路板EMC设计实践中的一些措施。

1）印制板（PCB）上的电磁干扰及其原因

电磁干扰可分为两类：内部干扰和外部干扰。 PCB上的电磁兼容问题包括：公共阻抗的耦合、线间串扰、高频载流导线的电磁辐射、印刷电路板感应高频辐射以及长期传输中波形失真等。变频器电气线路产生电磁干扰的主要原因如下：

包装措施使用不当（金属和塑料包装）；

成品质量不高，电缆、连接器接地不良；

时钟、周期信号走线设置不当；

PCB层数排列及信号走线层设置不当；

共模、差模滤波器设计不当；

接地回路处理不当；

旁路和去耦不足；

2）布局与布线

在小功率变频器中，PCB板主要用于支撑电路元件和器件以及电气连接。 PCB设计的好坏对系统的抗干扰能力影响很大。布局是布线前准备工作的重要组成部分。结果的好坏将直接影响布线效果。

布局时要考虑以下条件： PCB尺寸（太大或太小都有缺点）、特殊元件的位置、电路功能单元的排列；在确定特殊元件的位置时，应遵循以下原则： 尽可能缩短高频元件之间的连线；增加电位差较大的元件或电线之间的距离；尽量不要在PCB上安装较重且产生大量热量的元件；将电位器、可调线圈、微动开关放在方便调节的地方；预留足够的固定孔。下图提供了两种布局选项供参考。

两张参考布局图

在整个PCB中，布线工艺的限制最高、技巧最细致、工作量最大。接线不当会造成严重的电磁干扰。以逆变器控制电路为例，布线时应遵循以下基本原则：电路板尽量采用四层板；印制线路的布局应尽可能短，边角应圆滑；印制线的最小宽度不应小于0.2mm，间距不应小于0.2mm。一般以0.3mm为佳，公共地线尽量粗；布线顺序应遵循以下原则：先布高频线（如PWM信号线）、干扰线（如晶振线），再布普通线；数字区域和模拟区域应尽可能清晰。可以是隔离的，数字地和模拟地一定要分开；多层电路板的电源线和地线由非蚀刻铜箔板形成。这个大的接地层形成极低的电源阻抗。因此，多层板具有对公共耦合阻抗不太敏感并提供屏蔽的优点。下图是四层板的接线图。

3) 旁路和解耦

旁路和去耦可防止能量从一个电路转移到另一电路，从而提高配电系统的质量。正确放置去耦电容可以为器件提供局部直流电源，减少跨板浪涌电流和进入电路板的高频能量。通过添加旁路电容来创建交流路径，以消除进入敏感部件的无意义能量，还可以提供带宽有限的滤波。去耦电容引线应尽可能短，以减少寄生参数，达到良好的去耦效果。

4）PCB接地

接地是最大限度地减少不必要的噪声干扰和划分电路的重要方法。正确应用PCB 接地方法和电缆屏蔽将避免许多噪声问题。在设计逆变器时，设计时考虑接地是最经济的，不仅从PCB上考虑，还从系统角度考虑，以防止辐射和灵敏度保护。具体来说，要考虑以下几个方面：

PCB系统分区时，将高带宽噪声电路与低频电路分开；

PCB设计时，防止干扰电流通过共地回路影响其他电路；

仔细选择接地点，尽量减小环路电流、接地阻抗和电路传输阻抗；

将非常敏感（低噪声容限）的电路连接到稳定的接地参考源；

在逆变器系统的设计中，要考虑安全地、数字信号地、模拟信号地。安全使用带有黄色和绿色标记的铜线或铜排将逆变器内的导电部件连接到接地端子，主要是为了防止系统出现故障时带电，威胁人身安全。信号地是一条低阻抗路径，信号电流通过该路径返回其源。对于变频器系统中使用的高速数字信号电路，优先采用多点接地（即多条低阻抗路径并联），目的是建立统一电位的共模参考系统。

C点电势：

V=I3R3+(I2+I3)R2+(I1+I2+I3)R1

可见串联接地很容易产生干扰。对于模拟电路，具有工作在低频状态、灵敏度高的特点，采用单点接地（即接地路线连接到单个参考点。需要图6整改的朋友可以联系我们：https://docs.qq.com/doc/DVGtUWm1nZE94UFhS 给出了正确和不正确的单点接地方法的比较），防止其他噪声元件（如数字逻辑器件、电源、继电器、电机）产生大的接地电流争用敏感的模拟地线。同时系统采用光耦将数字地与模拟地隔离，抑制地摆幅的影响；铁氧体焊盘用于防止寄生电容形成接地环路。实际设计中，应注意采用多点接地时的谐振问题，各电源与地之间的接地连接应采用优质的去耦电容。

5）抗串扰

每个子系统和每个电路环路都被分阶段滤波和解耦。确保信号返回的最短路径，是到信号源的环路。

3、电源电路设计中的抗干扰措施

目前，逆变电源大多采用开关电源实现，具有体积小、工作电压范围宽、功率密度高、损耗低、负载能力强等特点。但由于使用高频开关管、二极管、变压器等而产生的di/dt干扰较大的问题值得认真考虑。目前从逆变系统开关电源输入侧取电的方式有两种：一是直接从直流母线取电；二是直接从直流母线取电。另一种是采用独立的220v整流电源。两种方法各有其优点和应用范围。

直流母线直接取电开关电源抗干扰设计示意图

第一种方法的抗干扰设计考虑如上图所示。图中高频电容C1用于吸收高频脉冲，二极管D2用于抑制线路寄生电感和电容C1的振荡。

220V独立供电开关电源抗干扰设计

第二种方法的抗干扰设计考虑如上图所示。图中，在交流输入通道上设计线路滤波器对于系统的抗干扰有很好的效果。其中，CX为差模滤波电容（也称电流。CY为共模电容（也称Y电容），接在线路与底盘之间，用于旁路共模电流。但电容值不能太大，否则会超过安全标准中的漏电流限值要求，一般在4700PF以下。

审稿编辑：唐子红