國際應(yīng)用計算電磁學(xué)協(xié)會(Applied Computational Electromagnetics Society，簡稱ACES)成立于1985年，是全球規(guī)模最大、影響力最深遠(yuǎn)的計算電磁學(xué)專業(yè)協(xié)會之一，旨在為國內(nèi)外微波毫米波領(lǐng)域的科研工作者與工程技術(shù)人員，搭建起廣泛交流科研成果與最新進(jìn)展的優(yōu)質(zhì)平臺。

本次會議的最佳學(xué)生論文獎(Best Student Paper Award)評選中共45篇論文進(jìn)入候選，最終19篇論文脫穎而出。

基于 IGBT 電路在非接觸磁場干擾下響應(yīng)的實驗研究

(ACES-China 2025 獲獎?wù)撐?

一、論文基礎(chǔ)信息

論文標(biāo)題：Experimental Study of IGBT-based Circuit Responses to Varying Non-Contact Magnetic Field Interferences

獲獎情況：2025 ACES-China 2025 Best Student Paper Award

作者及單位：Zheng-Wei Du, Kai-Yi Yang, Zhe Chen, Rongchuan Bai, and Wen-Yan Yin(Zhejiang University)，Rui Wu(Zhejiang Grecon Semiconductor Co., Ltd.)

二、研究背景與意義

1. 行業(yè)痛點

隨著高功率轉(zhuǎn)換電路功率密度提升與小型化發(fā)展，核心器件(如 IGBT，絕緣柵雙極型晶體管)面臨更復(fù)雜的電磁環(huán)境，易受電磁干擾(EMI)影響，可能導(dǎo)致：電能質(zhì)量下降;模塊壽命縮短;電路功能異常等問題。

2. 現(xiàn)有研究缺口

當(dāng)前針對 IGBT 電路電磁干擾的研究多集中于等效電路分析與仿真(如行為模型構(gòu)建、高頻共模等效模型、驅(qū)動參數(shù)對傳導(dǎo) EMI 的影響等)，但關(guān)于不同非接觸磁場干擾(MFI)下功率電路響應(yīng)的對比研究較少，本文旨在填補這一空白。

三、實驗平臺設(shè)計

1. 核心組成

圖1 測試平臺示意圖

四、實驗內(nèi)容與關(guān)鍵結(jié)果

論文針對3 類非接觸磁場干擾，依據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)(IEC 61000 系列)設(shè)計實驗，分析電路響應(yīng)規(guī)律：

1. 突發(fā)脈沖干擾(符合 IEC 61000-4-4 標(biāo)準(zhǔn))

實驗參數(shù)：雙指數(shù)脈沖波形，干擾周期 20ms(匹配 IGBT 輸出波形)，測試電壓 2000V/3000V，每突發(fā)脈沖數(shù) 5 個 / 10 個;

核心結(jié)果：對電路響應(yīng)影響顯著，主要干擾輸出電流特性(對比圖 2 “無干擾輸出” 與圖 3、4 “干擾后輸出”，電流波動明顯)。

2. 調(diào)制脈沖干擾

實驗參數(shù)：1GHz 正弦波疊加方波調(diào)制，方波頻率 50Hz/100Hz(匹配 IGBT 逆變輸出)，占空比 30%，需外接功率放大器驅(qū)動干擾線圈;

核心結(jié)果：主要導(dǎo)致輸出電壓失真，正弦波注入期間電壓波形持續(xù)下降(見圖 5、6)。

3. 浪涌干擾(符合 IEC 61000-4-5 標(biāo)準(zhǔn))

實驗參數(shù)：1.2/50μs 波形(10%-90% 上升時間，50% 下降時間 50μs)，測試電壓 3000V;

核心結(jié)果：干擾主要發(fā)生在波形上升階段;高幅值干擾下出現(xiàn)阻尼振蕩，干擾結(jié)束后電路恢復(fù)正常輸出(見圖 7)。

五、研究結(jié)論與價值

1. 核心結(jié)論

不同類型的非接觸磁場干擾對 IGBT 基功率電路的影響具有特異性：

突發(fā)脈沖→主要影響電流輸出;

調(diào)制脈沖→主要導(dǎo)致電壓失真;

浪涌干擾→引發(fā)阻尼振蕩(上升階段干擾最強)。

2. 應(yīng)用價值

為 IGBT 基功率電路的磁場抗擾度分析與功率轉(zhuǎn)換電路可靠性優(yōu)化設(shè)計提供了關(guān)鍵實驗依據(jù)，可指導(dǎo)高功率密度電路的電磁兼容(EMC)設(shè)計，減少干擾導(dǎo)致的性能損耗與壽命問題。