導(dǎo)語：電力電子電路電場串?dāng)_屏蔽方法一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：由于電力電子電路運行過程中，寄生電容的不斷增加會造成電場串?dāng)_問題產(chǎn)生，進(jìn)而影響電路整體結(jié)構(gòu)的運行質(zhì)量。為解決這一問題，開展電力電子電路電場串?dāng)_屏蔽方法研究。通過電力電子電路電場串?dāng)_噪聲頻譜特征提取、基于電場串?dāng)_噪聲頻譜特征的屏蔽地線參數(shù)設(shè)定、屏蔽地線布設(shè)方式設(shè)計，提出一種全新的屏蔽方法。將該屏蔽方法應(yīng)用到實例當(dāng)中證明，方法應(yīng)用前與方法應(yīng)用后相比，電力電子電路電場的寄生電容得到有效降低，達(dá)到了預(yù)期的屏蔽效果。

關(guān)鍵詞：電力；電路；屏蔽；串?dāng)_；電場；電子

當(dāng)前，現(xiàn)代電子技術(shù)得到了快速的發(fā)展，電力電子產(chǎn)品的功率密度不斷增加，同時在電路結(jié)構(gòu)當(dāng)中，其銅線的設(shè)置也逐漸變得復(fù)雜且繁瑣。由于高頻率開關(guān)的電源在運行的過程中，其電壓與時間的微分比值較高，因此其節(jié)點造成的電場出現(xiàn)串?dāng)_的問題，會直接影響到電路結(jié)構(gòu)的運行質(zhì)量，因此針對這一問題，相關(guān)領(lǐng)域研究人員開展了深入的探究，并將如何實現(xiàn)對電場串?dāng)_問題的屏蔽作為研究重點。在電壓與時間的微分比值較高的節(jié)點上，針對采樣電路的電場串?dāng)_問題，輕度影響會使得電力電子電路的輸出控制精度無法得到保障，重度影響則會造成整個電路結(jié)構(gòu)的無法正常啟動和運行。當(dāng)前，針對電場串?dāng)_的問題研究，主要可劃分為對其產(chǎn)生原因、影響因素以及抑制等方面[1]。

1電力電子電路電場串?dāng)_屏蔽方法設(shè)計

1.1電力電子電路電場串?dāng)_噪聲頻譜特征提取

為了避免串?dāng)_現(xiàn)象對電力電子電路電場的穩(wěn)定、安全運行造成影響，本章采用提取串?dāng)_噪聲頻譜特征的方式，對其串?dāng)_特性進(jìn)行分析。在此過程中，應(yīng)明確電路中PCB的高壓電流導(dǎo)線屬于電場在運行中的直接干擾源，此干擾源會通過電場中相鄰導(dǎo)線的電容，對其周邊導(dǎo)體、電氣、小信號裝置的運行產(chǎn)生串?dāng)_現(xiàn)象，在此種條件下，干擾源發(fā)射信號，敏感導(dǎo)線接收信號，定義電場中兩根敏感導(dǎo)線在傳輸信號與電流時，產(chǎn)生的寄生電容表示為Cp，電場發(fā)生干擾后產(chǎn)生的電壓表示為u（t），此時，可將敏感導(dǎo)線上的位移電流表示為i，對應(yīng)i的計算公式如下。i=Cpdu（t）dt（1）當(dāng)電場中運行的敏感導(dǎo)線存在其他分支電路時，可將電路終端的元件運行產(chǎn)生的二次干擾電流作為有效電流，對其進(jìn)行信號放大處理，即可實現(xiàn)對電場串?dāng)_噪聲頻譜特征的有效提取[2]。在此過程中，以Boost電路元件為例，需要先按照上述計算公式，對此導(dǎo)體產(chǎn)生的電場進(jìn)行串?dāng)_分析，分析后根據(jù)串?dāng)_信號，構(gòu)建一個電場運行高頻率波形圖，定義波形圖中電壓的幅度值為U，在此基礎(chǔ)上定位前端造成串?dāng)_信號的干擾源，根據(jù)串?dāng)_電壓的動靜態(tài)表現(xiàn)形式，對分支電阻率進(jìn)行計算。掌握電路中不同分支的電阻率后，對其進(jìn)行采樣，得到電場的分路電阻，將存在異常的電阻作為敏感點。根據(jù)現(xiàn)有已知信息，建立一個與電力電子電路電場運行模式相同的干擾電路，根據(jù)波形圖的表達(dá)方式，定義電場中電壓值的上升與下降速度均表示為v，按照傅里葉表達(dá)方式，對u（t）進(jìn)行詳細(xì)表達(dá)，表達(dá)式如下。（2）式中：T表示為信號占用電路電場運行的空比；C表示為開關(guān)打開與關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)C=1時，表示等效電路處于打開運行狀態(tài)，當(dāng)C=0時，表示等效電路處于關(guān)閉非運行狀態(tài)；n表示為開關(guān)數(shù)量；Φ表示為開關(guān)打開頻率。根據(jù)上述計算公式，分析電力電子等效電路圖，進(jìn)行C=1狀態(tài)下，電路干擾噪聲的提取，根據(jù)噪聲值與分析過程，繪制電路電場串?dāng)_噪聲頻譜特征圖像，如下圖1所示。根據(jù)上述圖1中所示的內(nèi)容可以看出，電路電場串?dāng)_信號的上升或下降，會隨著頻率點的變化而發(fā)生變化，當(dāng)頻率點為1πtr時，串?dāng)_噪聲值最大。結(jié)合圖1中的內(nèi)容及上述分析得出，在頻率點為1πtr時，可實現(xiàn)對電路電場串?dāng)_噪聲頻譜特征的準(zhǔn)確提取，基于提取到的內(nèi)容可為后續(xù)屏蔽地線參數(shù)設(shè)定提供重要依據(jù)。

1.2基于電場串?dāng)_噪聲頻譜特征的屏蔽地線參數(shù)設(shè)定

將上述圖1作為參照，根據(jù)電場串?dāng)_噪聲頻譜特征，對屏蔽地線參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，在此過程中應(yīng)明確，屏蔽地線需要按照電路電場輸電線路的并行方向假設(shè)，根據(jù)屏蔽地線的架設(shè)高度，可從水平與位移兩個方向，對地線的屏蔽效果進(jìn)行分析。此次設(shè)計的地線屏蔽方式參照下述表1。隨著屏蔽地線架設(shè)高度的提升，地下預(yù)設(shè)的根數(shù)應(yīng)當(dāng)隨之增多。以架設(shè)單根屏蔽地線為例，對線路參數(shù)進(jìn)行設(shè)計，具體參數(shù)如下表2所示。按照上述方式，對單根屏蔽地線架設(shè)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計，架設(shè)過程中，需要先進(jìn)行線路屏蔽位置水平方向上的確定，根據(jù)預(yù)設(shè)的水平位置，對屏蔽線的高度進(jìn)行確定。在此基礎(chǔ)上，分析架設(shè)不同高度的成本，選擇經(jīng)濟(jì)效益最佳的方式，進(jìn)行屏蔽線路的架設(shè)，以此種方式提高架設(shè)效果的屏蔽效果。

1.3屏蔽地線布設(shè)方式設(shè)計

在明確不同電場串?dāng)_噪聲頻譜特征下的屏蔽地線參數(shù)后，針對其布設(shè)方式進(jìn)行設(shè)計。由于電壓與時間的微分比值較高的節(jié)點，會通過容性耦合對周圍導(dǎo)線產(chǎn)生一定的電場串?dāng)_。因此，針對這一問題，采用減小線間寄生電容的屏蔽思路，以此實現(xiàn)對電場串?dāng)_的屏蔽。通過增大兩個屏蔽地線之間的距離或減小屏蔽地線的寬度，都能夠減小寄生電容。因此，基于這一特點，分別從線間距離和線寬方面入手，實現(xiàn)對屏蔽地線的布設(shè)。圖2為屏蔽地線布設(shè)方式示意圖。由于在實際應(yīng)用中，屏蔽地線布設(shè)的距離會受到電路結(jié)構(gòu)本身尺寸和規(guī)格的影響，使得布設(shè)參數(shù)常常無法滿足實際需要，并且無法實現(xiàn)對屏蔽地線長度的無限增加。因此，基于上述兩個限制條件，本文采用在干擾源導(dǎo)線和敏感導(dǎo)線之間布設(shè)一根屏蔽地線或多根屏蔽地線的方式，實現(xiàn)對其屏蔽能力的提升，以此實現(xiàn)對寄生電容數(shù)值的降低，從而不斷減少電場的串?dāng)_影響，進(jìn)而達(dá)到屏蔽的效果。在實際進(jìn)行對屏蔽地線的布設(shè)時，若存在兩根或多根屏蔽地線同時布設(shè)的情況，結(jié)合經(jīng)驗將其之間的水平距離控制在3m左右最佳，若布設(shè)地段對屏蔽地線下方環(huán)境的要求過高，則可以考慮采用多根屏蔽地線布設(shè)的方式，以此達(dá)到最佳的屏蔽效果。

2實例應(yīng)用分析

結(jié)合本文上述論述的內(nèi)容，在明確了屏蔽方法的基本思路后，為了驗證這一方法的實際應(yīng)用效果，選擇以某種常見的電力電子電路結(jié)構(gòu)作為本文實驗的研究對象。已知該研究對象由于使用時間過長，本身質(zhì)量存在問題，使得當(dāng)前其運行過程中極易受到周圍電場串?dāng)_影響，造成電路運行質(zhì)量無法達(dá)到預(yù)期要求。因此，針對這一問題，引入本文上述提出的屏蔽方法，對該電力電子電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，在實現(xiàn)對其優(yōu)化的同時也進(jìn)一步驗證本文屏蔽方法在實際應(yīng)用中是否具備可行性。為了實現(xiàn)對本文屏蔽方法應(yīng)用效果更加直觀的判定，選擇將本文屏蔽方法應(yīng)用前后電力電子電路運行時寄生電容。通過本文上述論述可知，寄生電容越大，則說明電場串?dāng)_影響程度越大，屏蔽效果越不理想；反之寄生電容越小，則說明電場串?dāng)_影響程度越小，屏蔽效果越理想[3]。根據(jù)上述論述，結(jié)合公式（1）中的內(nèi)容，確定屏蔽方法應(yīng)用前后電力電子電路的位移電流，進(jìn)一步推導(dǎo)得出其寄生電容。下頁表3為屏蔽方法應(yīng)用前后電力電子電路中的位移電流和寄生電容變化數(shù)據(jù)記錄表。從下頁表3中得到的數(shù)據(jù)可以看出，本文屏蔽方法應(yīng)用前，其位移電流均在1.25A以上，而寄生電容也均在12.25pF以上，在應(yīng)用本文屏蔽方法后，位移電流降低到了0.50A以下，寄生電容也同樣降低到了0.55pF以下。從表3中的兩組數(shù)據(jù)對比可以看出，本文提出的屏蔽方法在應(yīng)用后實現(xiàn)了對位移電流和寄生電容的有效降低。根據(jù)上述論述得出，該電力電子電路的電場串?dāng)_影響程度得到明顯降低，達(dá)到了理想的屏蔽效果。

3結(jié)語

綜合本文上述論述，提出了一種全新的電場串?dāng)_屏蔽方法，并結(jié)合實例證明了該方法在實際應(yīng)用中的可行性。為了進(jìn)一步提高這一屏蔽方法的應(yīng)用價值，在今后的研究當(dāng)中，還將針對影響寄生電容的屏蔽地線之間距離以及線寬等參數(shù)進(jìn)行更加深入的分析，從而實現(xiàn)對屏蔽地線更合理的參數(shù)設(shè)置和布設(shè)，進(jìn)一步提高屏蔽效果。在實際應(yīng)用本文上述提出的屏蔽方法時，應(yīng)當(dāng)將屏蔽地線的水平位置盡可能設(shè)定在電場強(qiáng)度較高的位置上，若需要完成對多根屏蔽地線的架設(shè)，則還需要保證其整體結(jié)構(gòu)的中間位置向兩邊形成對稱排列的結(jié)構(gòu)，以此才能夠進(jìn)一步發(fā)揮屏蔽地線的屏蔽效果。同時，由于研究時間和能力有效，在對上述屏蔽方法設(shè)計時，沒有充分考慮到電力電子電路本身結(jié)構(gòu)對電場串?dāng)_的影響問題。因此，針對上述問題，也將從電力電子電路本身角度出發(fā)，通過對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，在源頭上減少電場串?dāng)_發(fā)生的可能，從而確保電力電子電路能夠具備更高的運行質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]袁義生，蘭夢羅.電力電子電路PCB電場串?dāng)_及屏蔽研究[J].電子器件，2020，43（6）：1215-1221.

[2]武于凡.電路信號線間串?dāng)_機(jī)理及措施研究[J].電子產(chǎn)品世界，2021，28（1）：73-77.

[3]趙禹軒.電子電路設(shè)計中的抗干擾措施[J].電子技術(shù)與軟件工程，2021（11）：67-68.

作者：楊純海 單位：荊州職業(yè)技術(shù)學(xué)院