1.5 DC-AC逆变器的共模传导干扰

DC-AC逆变器是将直流电转换为交流电的变换器，在交流电动机调速、感应加热、不间断电源、可再生能源发电等方面应用十分广泛。DC-AC逆变器的输入与输出通常不共地，在工作过程中产生的共模电压将经输入和输出侧的共模阻抗产生共模电流，引起传导电磁干扰。

在光伏并网发电系统中，为提高变换效率，减小系统的体积和重量，通常采用非隔离型并网逆变器。然而，去除隔离变压器后，电池板与电网之间存在电气连接，由于电池板对安全地寄生电容C_PV的存在（见图1.23a），逆变器产生的共模电压将经C_PV、逆变器到安全地的寄生电容、输出滤波电路、电网线路阻抗Z_line以及接地阻抗Z_g所在的回路产生共模电流[45-47]。其中，逆变器输出侧的共模电流将流入电网形成传导电磁干扰，而输出侧的共模电流（漏电流）可能会超过允许范围，引起安全隐患。

在图1.23b所示的电动机驱动系统[48]中，其输入侧的共模电流会进入直流电源，引起传导电磁干扰；其输出侧的共模电流（漏电流）会流入电动机，使轴承流过电流引起轴承失效等问题。随着氮化镓和碳化硅等宽禁带半导体器件的广泛应用，逆变器中电位跳变点的dv/dt更高，逆变器引起的共模传导干扰将更加突出，如何有效抑制逆变器输入和输出侧的共模电流成为亟待解决的问题[49-52]。

图1.23 两种典型的逆变器系统

针对DC-AC逆变器引起的共模电流，通常采用无源滤波[53-56]、有源滤波[48]、调整电路拓扑[57-62]、改进调制技术[63-67]和共模干扰对消[68-72]等方法加以抑制。无源滤波器通过增加共模电感和Y电容，以提高传输线路上的阻抗和旁路高频干扰电流的方式减小共模传导干扰。受DC-AC逆变器共模环路的影响，输入和输出侧的无源滤波器在设计上相互耦合，即衰减一侧的共模电流会恶化另一侧的共模电流[56]。参考文献[56]提出了浮地EMI滤波器，将输出侧的Y电容连接至直流侧分压电容的中点，在逆变器输入和输出侧提供低阻抗的共模电流通路，从而实现输入和输出侧滤波器的解耦设计。有源滤波器则是采样共模电流，通过反馈或前馈的方式注入补偿电流，以减小输入或输出侧的共模电流。由于无源和有源滤波器的衰减效果与逆变器的输入电源和负载侧的共模阻抗有关，因此在设计中应考虑两侧共模阻抗的影响。

DC-AC逆变器两侧的共模电流主要由逆变器的共模电压引起，因此在电路拓扑方面，共模电压为恒定值的拓扑不会产生共模电流。在光伏并网发电系统和电动机驱动系统中，参考文献[57-59]和[60-62]相应提出了共模电压为恒定值的电路拓扑。

DC-AC逆变器的共模电压不仅与电路拓扑有关，还与调制技术有关。采用改进的调制技术能够调整逆变器共模电压的频谱，使其谐波幅值减小，从而抑制共模电流[63-66]。然而，减小共模电压通常会影响开关损耗、输出电压谐波和中点电压平衡等[67]，因此调制技术在选择上存在折衷。

在DC-AC逆变器中，通常采用共模变压器（Common-Mode Transformer，CMT）实现共模干扰对消。CMT包含紧密耦合的采样绕组和注入绕组，其中采样绕组用于获取DC-AC逆变器的共模电压，注入绕组则感应出补偿电压并串联在逆变器输出侧，通过抵消逆变器的共模电压来减小共模电流。由于CMT接在逆变器输出侧，该方法能够有效抑制逆变器输出侧的共模电流，但是对逆变器输入侧共模电流的衰减有限。

本书第11章将考虑逆变器输入和输出侧的共模阻抗，建立DC-AC逆变器的共模干扰模型，并基于第9章的共模电压对消方法，提出在DC-AC逆变器的输入和输出侧均加入共模变压器CMT，以同时抑制输入和输出侧共模电流的对消方法，并分析CMT的寄生参数对共模电流抑制效果的影响。