1.5 DC-AC逆變器的共模傳導干擾

DC-AC逆變器是將直流電轉換為交流電的變換器，在交流電動機調速、感應加熱、不間斷電源、可再生能源發電等方面應用十分廣泛。DC-AC逆變器的輸入與輸出通常不共地，在工作過程中產生的共模電壓將經輸入和輸出側的共模阻抗產生共模電流，引起傳導電磁干擾。

在光伏并網發電系統中，為提高變換效率，減小系統的體積和重量，通常采用非隔離型并網逆變器。然而，去除隔離變壓器后，電池板與電網之間存在電氣連接，由于電池板對安全地寄生電容C_PV的存在（見圖1.23a），逆變器產生的共模電壓將經C_PV、逆變器到安全地的寄生電容、輸出濾波電路、電網線路阻抗Z_line以及接地阻抗Z_g所在的回路產生共模電流[45-47]。其中，逆變器輸出側的共模電流將流入電網形成傳導電磁干擾，而輸出側的共模電流（漏電流）可能會超過允許范圍，引起安全隱患。

在圖1.23b所示的電動機驅動系統[48]中，其輸入側的共模電流會進入直流電源，引起傳導電磁干擾；其輸出側的共模電流（漏電流）會流入電動機，使軸承流過電流引起軸承失效等問題。隨著氮化鎵和碳化硅等寬禁帶半導體器件的廣泛應用，逆變器中電位跳變點的dv/dt更高，逆變器引起的共模傳導干擾將更加突出，如何有效抑制逆變器輸入和輸出側的共模電流成為亟待解決的問題[49-52]。

圖1.23 兩種典型的逆變器系統

針對DC-AC逆變器引起的共模電流，通常采用無源濾波[53-56]、有源濾波[48]、調整電路拓撲[57-62]、改進調制技術[63-67]和共模干擾對消[68-72]等方法加以抑制。無源濾波器通過增加共模電感和Y電容，以提高傳輸線路上的阻抗和旁路高頻干擾電流的方式減小共模傳導干擾。受DC-AC逆變器共模環路的影響，輸入和輸出側的無源濾波器在設計上相互耦合，即衰減一側的共模電流會惡化另一側的共模電流[56]。參考文獻[56]提出了浮地EMI濾波器，將輸出側的Y電容連接至直流側分壓電容的中點，在逆變器輸入和輸出側提供低阻抗的共模電流通路，從而實現輸入和輸出側濾波器的解耦設計。有源濾波器則是采樣共模電流，通過反饋或前饋的方式注入補償電流，以減小輸入或輸出側的共模電流。由于無源和有源濾波器的衰減效果與逆變器的輸入電源和負載側的共模阻抗有關，因此在設計中應考慮兩側共模阻抗的影響。

DC-AC逆變器兩側的共模電流主要由逆變器的共模電壓引起，因此在電路拓撲方面，共模電壓為恒定值的拓撲不會產生共模電流。在光伏并網發電系統和電動機驅動系統中，參考文獻[57-59]和[60-62]相應提出了共模電壓為恒定值的電路拓撲。

DC-AC逆變器的共模電壓不僅與電路拓撲有關，還與調制技術有關。采用改進的調制技術能夠調整逆變器共模電壓的頻譜，使其諧波幅值減小，從而抑制共模電流[63-66]。然而，減小共模電壓通常會影響開關損耗、輸出電壓諧波和中點電壓平衡等[67]，因此調制技術在選擇上存在折衷。

在DC-AC逆變器中，通常采用共模變壓器（Common-Mode Transformer，CMT）實現共模干擾對消。CMT包含緊密耦合的采樣繞組和注入繞組，其中采樣繞組用于獲取DC-AC逆變器的共模電壓，注入繞組則感應出補償電壓并串聯在逆變器輸出側，通過抵消逆變器的共模電壓來減小共模電流。由于CMT接在逆變器輸出側，該方法能夠有效抑制逆變器輸出側的共模電流，但是對逆變器輸入側共模電流的衰減有限。

本書第11章將考慮逆變器輸入和輸出側的共模阻抗，建立DC-AC逆變器的共模干擾模型，并基于第9章的共模電壓對消方法，提出在DC-AC逆變器的輸入和輸出側均加入共模變壓器CMT，以同時抑制輸入和輸出側共模電流的對消方法，并分析CMT的寄生參數對共模電流抑制效果的影響。