本技术介绍了一种创新的双环模拟有源EMI滤波器及其噪声抑制验证方法。该EMI滤波器由直流电源、LISN电路、电压检测电路、注入电路、放大电路和开关电源组成,旨在有效降低电磁干扰并验证其噪声抑制效果。
背景技术
现代开关电源技术通过快速开关功率开关管,实现降低开关损耗。用于控制功率开关管的驱动信号波形是两电平的开关信号,因为其陡峭的上升沿和下降沿,以及越来越高的开关频率,造成了电路中电压和电流的快速变化。由于高频的du/dt电压信号和di/dt电流信号与电路中的高频寄生参数进行反应,电路中产生了电磁干扰。这种电磁干扰可以通过辐射和传导的方式影响附近的电子系统,不仅干扰其正常运行,降低系统可靠性,还可能对电网造成污染。当前不同的国际和国内电磁兼容标准也一般在主要在150kHz-30MHz此频段对电子电器产品的传导电磁干扰进行检测,要求传导电磁干扰的噪声水平低于规定的安全值。考虑到传导电磁干扰的危害以及电磁兼容标准对电子电器产品的要求,需要采取措施降低电路中的传导电磁干扰。
降低电路中的传导电磁干扰的方法之一是考虑设计滤波电路,并且使用插入损耗对滤波效果进行量化和评价。传统上使用无源EMI滤波器进行传导电磁干扰抑制。无源EMI滤波器由无源器件,如电阻、电容和电感组成无源滤波电路,加入在开关电源输入端,来抑制传导电磁干扰。因其结构简单、成本低廉而广泛应用于各种场合。但由于无源EMI滤波器的重量和体积大,无源EMI滤波器在高密度电力电子系统的应用面临瓶颈。最后为了有效抑制低频传导EMI,无源EMI滤波器的电容和电感需要较大参数才能降低无源EMI滤波器的截止频率,这就增大了滤波电路的体积和成本。另外无源器件的一些高频寄生参数可能会在电路中形成谐振,会在谐振的频点增大电磁干扰,影响电路其他系统部分的工作。
当前存在关于有源EMI滤波器的研究,同样可以实现传导电磁干扰抑制。有源EMI滤波器具有更低的重量和体积,便于集成化,能够有效抑制低频的传导EMI。有源EMI滤波器一般包括检测电路、放大电路和注入电路。有源EMI滤波器能够测量传导电磁干扰噪声信号,将其反向并注入到开关电源电路中,实现传导电磁干扰抑制。但有源EMI滤波器需要放大电路的增益尽可能大,有效带宽尽可能宽,才能得到较好的滤波效果。而有源EMI滤波器一般采用运算放大器搭建放大电路,运算放大器的增益设计越大,其有效带宽也会降低,会降低有源EMI滤波器对传导电磁干扰的抑制效果。因此有源EMI滤波器对放大电路性能要求较高,其作用带宽和插入损耗也很有限,不能得到较好的滤波效果。
通过上述分析,现有技术存在的问题及缺陷为:高频的du/dt电压信号和di/dt电流信号会对直流变换器系统产生严重的电磁干扰(EMI),而无源EMI滤波器体积和重量大不适用于高密度电力电子系统的应用,有源EMI滤波器对放大电路性能要求较高,不能有效抑制高频传导EMI,带宽不能覆盖到整个30MHz的传导EMI频段,得到的滤波效果有限。
实现思路