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本文探讨了电磁干扰如何影响电力电子系统、电磁干扰是如何产生的，以及如何防止电磁干扰。
电磁干扰 （EMI） 会产生不必要的噪声，并降低电力电子设备的电能质量、效率和可靠性。
电磁干扰
当电磁信号扰乱电力电子设备的正常运行时，就会发生 EMI。这种干扰是由射频、电源线以及电气和电子设备引起的。在电力电子领域，EMI 会增加电噪声，从而导致性能不佳。
以下是了解电力电子设备中的电磁干扰至关重要的关键原因：
降低电能质量：EMI 会导致电源系统中出现噪声、不必要的电压尖峰和瞬变，从而降低整体电源质量、效率、精度和性能。
噪音增加：EMI 会导致更高的噪声水平，并对电力电子设备的性能产生负面影响。
干扰其他设备：EMI 会对信号产生干扰，从而降低电力电子元件的性能。
效率降低：EMI 会导致功率损耗和效率低下，从而降低整体效率并增加能耗和成本。
了解电力电子设备中的电磁干扰有助于设计和实施更好的组件，以提高电能质量、降低电气噪声并最大限度地减少对其他系统的干扰。
电磁干扰的原因
电力电子器件中 EMI 的成因复杂且多方面。以下是电力电子器件中 EMI 的一些最常见原因。
切换瞬变
瞬态和高频电压尖峰（称为开关瞬变）是在电力电子系统和组件快速打开和关闭时产生的。电流和电压水平的突然上升和下降、寄生电感和开关电路中的电容只是瞬态的几个原因。开关瞬变通过发射高频电磁能在电力电子设备中产生电磁干扰。
数学模型用于检查电力电子设备中的开关瞬态行为。微分方程和电路分析方法是基础。以下是 switch transients 的一些基本方程。
电感电流：该方程描述了导体的电压-电流关系。电流的变化率与流过它的电压成正比，常数是电感。这种关系也称为法拉第归纳定律。
图 1. 显示电感器和电流之间关系的电路。
电感电流方程可以由下式确定：
电容器电压： 该方程描述了电容器的电压和电流之间的关系，其中流入电容器的电压与流经它的电流成正比。
图 2. 电容器电压和电流之间的关系。
电容器存储电荷并过滤高频信号。了解电容器电压方程是设计这些应用的基础，可通过以下方式确定：
微分： 这些方程描述了系统随时间的变化率。它们用于设计和分析电路和系统的行为方式。以下是构成电力电子微分方程的一些关键特性。
对电容器、二极管、电阻器和电感器等电路组件进行建模
电路动态分析包括电路的稳定性和对随时间变化的输入的响应
计算机模拟
求解方法包括拉普拉斯变换、数值积分和频域分析
为了求解简单 RL 电路的瞬态响应，考虑了电感、电容、电阻、电流和源电压等参数的初始条件。使用二阶微分线性方程，瞬态响应的计算可以使用以下公式实现：
共模电流
共模电流在两个或多个导体上沿同一方向流动，会感应出磁场，成为 EMI 的主要原因之一。
各种源都会产生这种共模电流，例如不平衡的负载、接地回路和开关瞬变。电流会导致电磁兼容性和射频干扰等 EMI 问题。
采用多种设计和缓解策略来降低共模电流的影响，包括平衡电路、输入和输出信号滤波以及低电感元件。
可用于实现平衡电路的策略之一是在一对双绞线中使用双绞线阻抗匹配，其中它们的特性阻抗 （Z0） 可以使用以下公式进行评估：
其中每单位长度电缆的阻抗用 L 表示，双绞线每单位长度的电容用 C 表示。
实现平衡电路以减少共模电流影响的另一种方法是实现差分信号，这可以通过使用以下公式评估共模抑制比 （CMRR） 来完成：
其中 j 表示虚数单位，ω 表示角频率，L 是电感。
在使用差模滤波器的输入/输出信号滤波过程中，允许差分信号通过，同时为共模信号提供高衰减。
差模电流
差模电流在两个或多个导体中以相反的方向流动。这些电流不会像普通电流模式那样感应出明显的电磁场，因此不是 EMI 的主要来源。
这些电流在不同系统部件之间传递所需的信号。电流是平衡和对称的，相反的电流在两个导体中流动，最大限度地减少了电路的电磁场并降低了 EMI 的风险。
高频振荡
高频振荡是电力电子电路中高频时发生的快速电流或电压波动。这些振荡会导致电磁干扰、功率损耗和效率降低等问题。
这些振荡通常是由电路中的有源和无源元件以及寄生元件（包括电感和杂散电容）之间的相互作用引起的。高频振荡也可能是由于功率器件的快速开关和电容器和电感器等无源元件中的非理想行为引起的。
电磁干扰的要点
当电磁信号阻碍电子元件的正常工作时，就会发生电磁干扰。了解 EMI 非常重要，因为它会降低电能质量、增加噪声水平、干扰其他器件和降低效率，从而影响电力电子系统。电力电子器件中 EMI 的常见原因包括开关瞬变、共模电流和差模电流。