张蕾　吴娜

摘 要：军民用逆变器产品在电磁兼容方面都有着严格的要求。传导发射是电磁兼容设计中的重要问题之一。该研究根据对传导噪声和共模电压的特性分析，并对几种滤波算法的实现方式、适用范围以及优缺点进行比较，选择了一种滤波算法，并对该滤波算法的效果进行了验证。

关键词：传导噪声 共模电压 滤波 逆变器

中图分类号：TM464 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）07（a）-0232-02

Abstract：There is a strict requirement for both military and civilian inverter products in electromagnetic compatibility. Conducting emission is one of the important problems in the design of electromagnetic compatibility.According to the characteristic analysis of the transmission noise and common mode voltage，the paper chooses a filtering algorithm，which is based on the comparison of the implementation，the scope of application，and the advantages and disadvantages of several filtering algorithms.

Key Words：Transmission noise；Common mode voltage；Filtering algorithm；Inverter

目前，逆变器产品的电磁兼容越来越受到关注，军民用逆变器产品在电磁兼容方面都有着严格的要求。传导发射是电磁兼容设计中的重要问题之一。在实际工程设计中为了满足标准中对传导发射限制的要求，通常使用滤波技术来抑制传导噪声。选择一种满足需要的滤波算法是解决传导噪声的关键。

1 传导噪声分析

传导噪声根据传输特性产生分成两类；包括共模噪声和差模噪声。差模噪声适当两条电源线的电流方向互为相反时发生的，而共模噪声适当所有电源线的电流方向相同时同时发生的，如图1所示[1]。

针对逆变电源的使用环境，如果电路中存在不等值的负载或线路阻抗，就会将共模电流转化成部分共模电流和部分差模电流。当逆变器供电时，如果电路中具有不等值阻抗，共模噪声将差动方式作用于电路，电路具有发生错误的风险。所以，当存在共模电流时，需要首先降低共模噪声。并且根据共模和差模的特性，在实际的电源电路里，差模噪声很像是一个电压源，共模噪声比较像一个电流源，使得共模噪声更难消除。所以在逆变器滤波设计中，如何消除共模噪声是最大的难题。

消除共模噪声主要从硬件滤波以及软件滤波两部分考虑。其中硬件滤波包括：外加滤波器，增加滤波电路以及改变逆变器内部结构等方式，但这些方法的缺点是逆变器的重量和体积都会有所增加，控制系统复杂，需要对系统内的相关部分都进行设计修改，这样就降低了驱动系统的可靠性。所以需要从逆变器的软件设计中找出抑制共模噪声的方案。

2 共模电压的傅立叶分析

该节以SPWM结构的逆变器为例分析共模电压的谐波成分，找到消除供模噪声的方法。

（1） 基波成分振幅为0，即共模电压中不含频率为调制波频率的成分；

（2） 谐波成分载波频率奇数倍处存在谐波，偶数倍处无谐波；

（3） 共模电压的谐波幅值不遂载波频率大小的变化而变化，但随载波频率的变化而发生相应的移动，且载波频率出的谐波幅值最大。

3 滤波算法的选择

在滤波设计中需从滤除电压的高频特性方面进行选择。目前主流的滤波方法主要包括：

（1）算术平均滤波法。连续取N个采样值进行算术平均运算。适用于一般具有随机干扰的信号地滤波。但对于测量速度较慢或要求数据计算速度较快的实时控制不适用。

（2）加权递推平均滤波法。对不同时刻的数据加以不同的权，适用于有较大纯滞后时间常数的对象和采样周期较短的系统。但不能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度，滤波效果差。

（3）中位值平均滤波法。连续采样N个数据，去掉一个最大值和一个最小值，然后计算N-2个数据的算术平均值。适用于有较大纯滞后时间常数的对象和采样周期较短的系统，但测量速度较慢，比较浪费RAM。

根据共模电压的特点，针对以上算法的实现方式和适用范围，中位值平均滤波法在选择采样数N适宜的情况下，满足高频滤波的功能，又避免了运算量大的缺点。所以在逆变器的滤波设计中应用了N=12的中位值平均滤波算法，并对逆变器进行了消除传导噪声的试验。

4 滤波效果的验证

对逆变器样机按照GJB152A进行传导发射试验，滤波前后的试验曲线如图2所示：

比对图2（a）与（b）可以看出，加入N=12的中位值平均滤波算法后，逆变器在10k-10M频率范围内，电源传导发射试验dB曲线较无滤波状态下改善效果明显，将dB值的尖峰值大大降低，控制在国家军用标准允许范围内，满足逆变器的设计需要。

5 结语

该研究在分析了逆变器传导噪声及共模电压特性后，对目前使用广泛的几种滤波算法的实现方式、适用范围以及优缺点进行比较之后，在逆变器数字控制中，加入了采样数较小的中位值平均滤波算法，既避开了大量的运算，又使用较为简单的运算方式，并通过实际的试验，验证了该滤波算法对系统滤波方面起到了较好的效果。

参考文献

[1] 冯成.传导噪声分析技术在滤波器中的应用[J].世界电子元器件，2009（9）：59-61.

[2] 马永健.EMC设计工程实务[M].北京：国防工业出版社，2008.

[3] 姜艳姝.消除PWM逆变器输出共模电压的有源噪声消除器的仿真研究[D].哈尔滨：哈尔滨理工大学，2013.