用于汽车应用的多级有源滤波器制造技术

用于汽车应用的多级有源滤波器。一种有源滤波器，用于抑制来自连接噪声源与负载设备的电源线的不期望的噪声分量，有源滤波器包括电源线上的第一有源级和第二有源级，其中，第一有源级在噪声源与第二有源级之间，其中，第一有源级具有第一衰减，并且第二有源级具有第二衰减，其特征在于，第一衰减低于第二衰减。第一衰减低于第二衰减。第一衰减低于第二衰减。

【技术实现步骤摘要】
用于汽车应用的多级有源滤波器


[0001]本专利技术涉及一种用于抑制叠加在电源线（electric supply line）上的不期望的噪声分量的电磁兼容性滤波器。本专利技术的实施例涉及在电车辆中放置在DC电力总线上的电动机驱动单元后面的滤波器，但这不是本专利技术的唯一应用。

技术介绍

[0002]车辆中和工业中的电系统变得越来越复杂并且包括了产生电磁干扰或易于受到电磁干扰扰动的大量部件。例如，电动机通常由电子逆变器（inverter）驱动，电子逆变器通过产生具有可变频率和幅度的波形来控制电动机速度和转矩。这些系统提供了高效率，但是产生了强大的电磁噪声。
[0003]开关（switching）功率转换器被用在电和混动车辆中，以及无数的其他应用中，其他应用诸如是驱动固定电动机、电池充电器、光伏系统、照明控制、计算机以及其他。在所有这些情况下，转换器的开关动作是电磁噪声的源，如果不对其进行管理或衰减，则其可能影响其他系统的功能，或者超过规范性限制。
[0004]用于衰减这些不期望的干扰的简称为EMI滤波器的电或电子滤波器被用在电工程的所有分支中以改进可靠性并遵守现有规范。设计良好的滤波系统对于许多复杂的电系统的性能是必要的。
[0005]电和混动车辆在非常紧凑的空间中装备有不同的功率转换器。该共存表示严重的电磁问题并且需要有效的EMI滤波。当滤波器不足以使噪声达到可接受的水平时，可以使用屏蔽的电缆，但是它们显著地增加成本。
[0006]已知使用无源低通LC滤波器来衰减EMI。虽然无源解决方案确实提供了大量衰减，但是它们具有其限制。现代电车辆中使用的额定用于电流水平的磁部件体积大、昂贵、重并且不总是适合于大规模生产。
[0007]文件US20180269781公开了一种用于电车辆的有源EMI滤波器。有源滤波器可以比等效的无源滤波器更紧凑，但是针对电车辆中产生的高电流宽带宽干扰提供令人满意的有源滤波器是困难的。
[0008]有源和无源两者频率滤波器都衰减在确定的阻带中的不期望的信号，并且除了其他参数之外通过衰减比来表征，衰减比率也被称为插入损耗。在所有实际情况下，阻带中的衰减不是恒定的：它可以在阻带的中心呈现最大值并且朝着阻带的限制移动减小。在阻带之外，衰减理想地是0 dB，意味着没有衰减。实际上，阻带与通带之间的过渡是连续的并且衰减以某有限斜率从0dB改变到标称衰减。
[0009]在下文中，在没有对频率的进一步说明的情况下，措辞“衰减”或“插入损耗”将指示滤波器的阻带中的最大衰减。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的是提供一种克服现有技术的缺点和限制的滤波器。
[0011]根据本专利技术，实现这些目的是通过所附权利要求的目的，并且尤其是通过包括在电源线上级联的第一有源级和第二有源级的有源滤波器，其中，第一有源级在噪声源和第二有源级之间，其中，第一有源级具有第一衰减，并且第二有源级具有第二衰减，并且第一衰减低于第二衰减。
[0012]本专利技术的有利实施例是从属权利要求的目的并且包括如下变型，其中，第一有源级具有高于第二级的第二输出动态的第一输出动态范围，优选地第一输出动态是第二输出动态的五倍或更多，和/或其中第二衰减是第一衰减的至少十倍高。
[0013]本专利技术的其他实施例涉及滤波器，其中，第一有源级被配置成检测在电源线上流通（circulate）的第一噪声电流并输出电源线中的校正电流，并且第一有源级的输出动态是至少1安培峰峰值（peak
‑
to
‑
peak），可能是2 A峰峰值或以上。第一和第二有源级的带宽应该在足够宽的间隔上重叠以产生滤波器的期望的综合（comprehensive）带宽，例如至少1 MHz宽度的间隔。
[0014]优选地，第一有源滤波级具有中等衰减，例如在16和26 dB之间。
[0015]每个有源滤波器级可以包括用于拾取在电源线上流通的噪声电流的电流变换器、生成电流校正信号的增益级、以及被配置成反馈电源线中的电流校正信号的输出级。是功率级的第一有源级可以包括分立最终极以传递所需的电流，例如具有分立晶体管的A或AB类放大器，或者Howland电流泵（current pump）。是精确级到第二级通常可以用高速运算放大器来实现。
附图说明
[0016]本专利技术的示例性实施例在说明书中公开并由附图示出，在附图中：图1示意性地示出了可以采用本专利技术的滤波器的电车辆的可能结构。
[0017]图2示出了常规无源EMI滤波器。
[0018]图3和4示意性地示出了根据本专利技术的两级有源滤波器的结构。
[0019]图5是频率响应函数的绘图。
具体实施方式
[0020]图1以非常简化的方式示出了电车辆的主要部件。牵引所需的能量存储在电池组45中并且可以由充电器45来补充，或者——在混动车辆的情况下——由未示出的内燃机来补充。电池组25连接到将电力分配给各种负载的电力分配单元30，例如用于产生用于辅助设备（娱乐、照明、机载计算机等）的12V电压的DC/DC转换器40，以及用于加热/耳朵调节的热泵20。重要的是，高电压DC总线15将电池的电压传输到电动机驱动单元60，电动机驱动单元60包括产生适于电牵引电动机70的多相AC波形的逆变器。EMI滤波器50在DC总线15上插入在驱动单元60的电源点处，以滤除由后者中的逆变器产生的噪声。
[0021]图1的配置仅仅是各种可能性中的一种并且仅仅作为本专利技术的一种可能用途的非限制性示例而提供。本专利技术可以在呈现各种结构的电车辆中使用，各种配置例如是不对应于图1的图的串联混动、并联混动、插入混动配置。本专利技术也不限于汽车应用。
[0022]图1示出了两个EMI滤波器50，一个在电池25和充电连接器49之间，并且一个在电动机驱动器60的DC侧上。本专利技术的EMI滤波器可以用在其他位置而不脱离本专利技术的范围。
EMI滤波器的有意义的位置是：在充电器45之前和之后；在电池25之后；在DC/DC转换器40之前。充电单元45可以全部或部分地安装在连接器49之后。所有这些变型都包括在由所附权利要求限定的本专利技术的范围内。
[0023]图2示出了本领域已知的无源EMI滤波器51的可能结构。该滤波器被配置成两级的LC滤波器，其具有两个共模扼流圈（choke）L1和L2以及连接在正和负功率轨之间（X电容器C2、C5、C8）或者功率轨和保护性地导体之间（Y电容器C1、C3、C4、C6、C7、C9）的若干电容器。这种滤波器可以被设计成以大小、重量和制造成本的增加为代价来提供噪声的有效衰减。
[0024]根据需要，EMC滤波器可以被设计成衰减差模和/或共模噪声。共模噪声在电源总线的所有导体上以相同的极性同时出现并且经常占主导地位。图2的滤波器被设计成主要衰减共模噪声。
[0025]图3示出了根据本专利技术的滤波器50的可能结构。本专利技术的滤波器具有两个滤波级：第一有源功率级101和第二有源精确级201。第一和第二滤波级一个接一个地插入在电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有源滤波器，用于抑制来自连接噪声源与负载设备的电源线的不期望的噪声分量，有源滤波器包括电源线上的第一有源级和第二有源级，其中，第一有源级在噪声源与第二有源级之间，其中，第一有源级具有第一衰减，并且第二有源级具有第二衰减，其特征在于，第一衰减低于第二衰减。2.根据前述权利要求的所述有源滤波器，其中，第一有源级具有高于第二级的第二输出动态的第一输出动态范围，优选地第一输出动态是第二输出动态的五倍或更多。3.根据权利要求1或2所述的有源滤波器，其中，第二衰减是第一衰减的至少十倍高。4.根据权利要求1或2所述的有源滤波器，其中，第一有源级被配置成检测在电源线上流通的第一噪声电流并输出电源线中的校正电流，其中第一有源级的...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：沙夫纳EMV股份公司，
类型：发明
国别省市：