一种用于LED开关电源的数字有源EMI滤波方法技术

本发明专利技术公开的一种用于LED开关电源的数字有源EMI滤波方法，具体按照以下步骤实施：从电网侧提取EMI信号；控制器对EMI信号采集；基于维纳滤波法精确重构EMI信号；校正控制；EMI信号模拟输出；EMI信号注入电源侧。本发明专利技术用于LED开关电源的数字有源EMI滤波方法，可以大幅减小滤波器体积，且功率越大，减小体积比例越大；该方法同时具有滤波器的体积不随功率而变化的特性。本方法有效利用开关电源的数字控制器，仅增加了一个RF电感及几个高频电阻、电容，却省去了需要流经功率电流的无源模拟EMI滤波器，功率转换器效率可至少提高10%，总体上至少可节省成本15%。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于开关电源电磁兼容
，具体涉及一种用于LED开关电源的数字有源EMI滤波方法。 
技术介绍
开关电源以其低损耗、高效率、电路简洁等显著优点受到人们的青睐，近年来随着LED技术的不断创新和发展，对LED驱动器的需求与日俱增。开关电源式LED驱动器现已成为具有发展前景和影响力的一项高新技术产品。开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化、轻便化，但高频化会产生电磁干扰，若干扰较大会对电网产生EMI污染，使得与其相连的其他设备出现故障。一般国家对接入电网的LED电源设有EMC标准，涉及到EMI的限值，对于我国LED开关电源应符合我国EMC标准GB17743-2007。 无源模拟EMI滤波器被广泛应用于功率转换器中来减少电磁干扰，但是一方面由于无源模拟EMI滤波器体积较大，另一方面滤波器的成本和功耗随LED开关电源额定功率变化，使无源模拟EMI滤波器的应用受到限制；模拟有源EMI滤波器能够准确抑制电磁干扰，但抑制效果受制于放大器的高频性能及高增益参数的实现；内部EMI滤波抑制技术一般不具有普遍性和实用性。因此本专利技术针对以上问题，提出一种用于LED开关电源的数字有源EMI滤波方法。 
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于LED开关电源的数字有源EMI滤波方法，解决了传统EMI滤波方法随功率变大而体积、成本和功耗变大的问题。 本专利技术采用的技术方案是，一种用于LED开关电源的数字有源EMI滤波方法，采用嵌入式数字有源EMI滤波器，其结构为：包括依次连接的市网电源、数字有源EMI滤波辅助电路、AC/DC不控整流桥、高频DC/DC变换器、输出电压和电流检测电路和LED负载；数字有源EMI滤波辅助电路、高频DC/DC变换器、输出电压和电流检测电路还分别与控制器相连接； 具体按照以下步骤实施： 步骤1：从电网侧提取EMI信号； 步骤2：控制器对EMI信号采集； 步骤3：基于维纳滤波法精确重构EMI信号； 步骤4：校正控制； 步骤5：EMI信号模拟输出； 步骤6：EMI信号注入电源侧。 本专利技术的有益效果是，和传统的滤波方法相比，在EMI抑制和稳定性方面可以实现一个相同或更好的性能的条件下，由于嵌入式的数字有源滤波器省去了大体积的无源滤波元件，可以大幅减小滤波器体积，且功率越大，减小体积比例越大；该方法同时具有滤波器的体积不随功率而变化的特性。本方法有效利用开关电源的数字控制器， 仅增加了一个RF电感及几个高频电阻、电容，却省去了需要流经功率电流的无源模拟EMI滤波器，功率转换器效率可至少提高10%，总体上至少可节省成本15%。 附图说明图1是本专利技术方法采用的嵌入式数字有源EMI滤波器的原理框图； 图2是本专利技术方法的设计流程图； 图3是本专利技术方法实现的控制原理框图。 图中，1.控制器，2.市网电源，3.数字有源EMI滤波辅助电路，4.AC/DC不控整流桥，5.高频DC/DC变换器，6.输出电压和电流检测电路，7.LED负载，8.EMI提取电路传递函数，9.离散系统，10.EMI注入电路传递函数，11.解耦电路传递函数，12.离散化传递函数，13.维纳滤波传递函数，14.有源EMI滤波器校正器传递函数。 具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。 本专利技术用于LED开关电源的数字有源EMI滤波方法，采用了嵌入式数字有源EMI滤波器，其结构如图1所示，包括依次连接的市网电源2、数字有源EMI滤波辅助电路3、AC/DC不控整流桥4、高频DC/DC变换器5、输出电压和电流检测电路6和LED负载7。数字有源EMI滤波辅助电路3、高频DC/DC变换器5、输出电压和电流检测电路6还分别与控制器1相连接。 市网电源2为220V/50Hz的单相交流电源；数字有源EMI辅助 电路3是由共模EMI信号提取电路、射频电感LRF和EMI信号注入电路三部分组成，EMI信号提取电路是由电阻Rs和电容Cs构成的高通滤波器，接在LED电源线和地电位之间，电阻Rs对地两端之间提取共模传导EMI信号；EMI信号注入电路是由电阻Rinj和电容Cinj构成的低通滤波器，把经控制器处理的模拟输出EMI信号注入到LED开关电源的输入侧；射频电感LRF接在提取点和注入点之间，来降低提取点和注入点的耦合性；AC/DC不控整流桥4是二极管整流电路；高频DC/DC变换器5是由全桥高频逆变电路、高频变压器和同步整流电路三小部分组成；AC/DC不控整流桥4和高频DC/DC变换器5组成LED开关电源的主电路，采用PWM技术控制高频DC/DC变换器传输电能，进而控制LED开关电源的输出电流使其为恒流输出；输出电压电流检测电路6，采用霍尔传感器检测输出电流大小，采用串联电阻分压的方法检测输出电压的大小，即R1与R2串联分压；控制器1选取FPGA+DSP的数字信号处理器，利用FPGA的并行能力提高控制速度，包括LED开关电源控制器和EMI校正器，完成对输出电压和电流的调节、EMI信号的采集、维纳滤波重构和校正处理；LED负载7为常见的中大功率LED恒流负载。电感LRF用于阻抗匹配，实现阻抗平衡，串联在电路中起到RF滤波器的作用，衰减30MHz以上的频率信号，而EMI涉及9kHz到30MHz的频率信号则畅通无阻。 本专利技术一种用于LED开关电源的数字有源EMI滤波方法的设计流程如图2所示，具体按照以下步骤实施： 步骤1：从电网侧提取EMI信号。 由接在电网侧的共模EMI提取电路提取功率转换器产生的共模传导电磁干扰信号。根据我国EMC国家标准GB17743-2007中所要求共模传导电磁干扰信号的下限频率9kHz，并留有一定的裕量设定高通滤波器转折频率为f1=8.8kHz，提取出大于转折频率信号的电磁干扰信号。结合电阻电容关系式（1）和现有元件参数取值确定电容Cs和电阻Rs的值分别为：Cs=0.15μF,Rs=120Ω。即： f1=fL=12πRsCs=8.8kHz---(1)]]>高通滤波器的传递函数为： H(s)=ss+ω1---(2)]]>其中，为RC高通滤波器的转折角频率。 步骤2：控制器对EMI信号采集。 由高通滤波器提取的EMI干扰信号经模数转换进行数字化处理，转换为对应的数字信号以供控制器处理。为保证采样信号的不失真，ADC的采样频率为国家标准GB17743-2007的上限频率30MHz的10倍左右，取采样率为300MSPS，选用14位的AD转换器。 数字化处理对应的传递函数为： D(s)=1-e-sTsT---(3)]]>其中，T为ADC采样周期。 步骤3：基于维纳滤波法精确重构EMI信号。 维纳滤波器又称最小二乘滤波器或最小平方滤波器，是线性时变系统，可以用频率响应描述。假设其输入信号为V（s），输出信号为 Pv（s），如图3所示，输入输出关系可表示为： Pv（s）=W（s）V（s）     （4）本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于LED开关电源的数字有源EMI滤波方法，其特征在于，采用嵌入式数字有源EMI滤波器，其结构为：包括依次连接的市网电源（2）、数字有源EMI滤波辅助电路（3）、AC/DC不控整流桥（4）、高频DC/DC变换器（5）、输出电压和电流检测电路（6）和LED负载（7）；所述的数字有源EMI滤波辅助电路（3）、高频DC/DC变换器（5）、输出电压和电流检测电路（6）还分别与控制器（1）相连接；具体按照以下步骤实施：步骤1：从电网侧提取EMI信号；步骤2：控制器对EMI信号采集；步骤3：基于维纳滤波法精确重构EMI信号；步骤4：校正控制；步骤5：EMI信号模拟输出；步骤6：EMI信号注入电源侧。

【技术特征摘要】
1.一种用于LED开关电源的数字有源EMI滤波方法，其特征在
于，采用嵌入式数字有源EMI滤波器，其结构为：包括依次连接的
市网电源（2）、数字有源EMI滤波辅助电路（3）、AC/DC不控整流
桥（4）、高频DC/DC变换器（5）、输出电压和电流检测电路（6）和
LED负载（7）；所述的数字有源EMI滤波辅助电路（3）、高频DC/DC
变换器（5）、输出电压和电流检测电路（6）还分别与控制器（1）相
连接；
具体按照以下步骤实施：
步骤1：从电网侧提取EMI信号；
步骤2：控制器对EMI信号采集；
步骤3：基于维纳滤波法精确重构EMI信号；
步骤4：校正控制；
步骤5：EMI信号模拟输出；
步骤6：EMI信号注入电源侧。
2.根据权利要求1所述的用于LED开关电源的数字有源EMI
滤波方法，其特征在于，所述的步骤1具体按照以下步骤实施：
由接在电网侧的共模EMI提取电路提取功率转换器产生的共模
传导电磁干扰信号，根据我国EMC国家标准GB17743-2007中所要
求共模传导电磁干扰信号的下限频率9kHz，并留有一定的裕量设定
高通滤波器转折频率为f1=8.8kHz，提取出大于转折频率信号的电

\t磁干扰信号，结合电阻电容关系式（1）和现有元件参数取值确定电
容Cs和电阻Rs的值分别为：Cs=0.15μF,Rs=120Ω，即：
f1=fL=12πRsCs=8.8kHz---(1)]]>高通滤波器的传递函数为：
H(s)=ss+ω1---(2)]]>其中，为RC高通滤波器的转折角频率。
3.根据权利要求1所述的用于LED开关电源的数字有源EMI
滤波方法，其特征在于，所述的步骤2具体按照以下步骤实施：
由高通滤波器提取的EMI干扰信号经模数转换进行数字化处理，
转换为对应的数字信号以供控制器处理，为保证采样信号的不失真，
ADC的采样频率为国家标准GB17743-2007的上限频率30MHz的10
倍左右，取采样率为300MSPS，选用14位的AD转换器；
数字化处理对应的传递函数为：
D(s)=1-e-sTsT---(3)]]>其中，T为ADC采样周期。
4.根据权利要求1所述的用于LED开关电源的数字有源EMI
滤波方法，其特征在于，所述的步骤3具体按照以下步骤实施：
假设维纳滤波器输入信号为V（s），输出信号为Pv（s），输入
输出关系表示为：
Pv（s）=W（s）V（s）    （4）
估计误差Er（s）被定义为实际EMI信号P（s）和重构EMI信号
Pv（s）的差值：
Er（s）=P（s）-Pv（s）=P（s）-W（s）...

【专利技术属性】
技术研发人员：姬军鹏，胡雪利，华志广，曾光，张静刚，孙向东，李金刚，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61