一种基于Boost电感的辅助绕组型共模传导电磁干扰反向抵消电路制造技术

本发明专利技术提出了一种基于Boost电感的辅助绕组型共模传导电磁干扰反向抵消电路，可应用于Boost变换器。本发明专利技术基于Boost变换器内部功率MOS的漏源电压v

【技术实现步骤摘要】
一种基于Boost电感的辅助绕组型共模传导电磁干扰反向抵消电路


[0001]本专利技术涉及开关电源传导电磁干扰的建模与抑制领域，特别涉及一种基于Boost电感的辅助绕组型共模传导电磁干扰反向抵消电路。

技术介绍

[0002]电磁干扰(Electromagnetic Interference,EMI)是指电子设备或系统在运行中对其所处的电磁环境产生的电磁干扰噪声的幅度。过大的电磁干扰会对处于同一空间的其它电气设备造成影响，甚至导致其无法正常工作。为了减少各类电子设备电磁干扰对其它设备的干扰，各国家及地区相继推出了针对不同电子产品的电磁兼容强制标准。另一方面，不断攀升的开关频率与越发紧凑的PCB布局，使得开关电源中的传导电磁干扰愈发严重。传导电磁干扰的抑制成为亟待解决的问题。
[0003]随着学术界对电磁干扰产生机理的研究不断深入，各种传导电磁干扰的抑制方法相继被提出。大体上可以分为两个大类：1)在噪声产生后进行降噪；2)在噪声产生阶段进行降噪。
[0004]在噪声产生后进行降噪，即滤波，是目前电力电子工业领域中最为常用的方法。主流的滤波方案分为无源EMI滤波和有源EMI滤波(Active EMI Filter,AEF)。无源EMI滤波主要采用电感与电容等无源元件构成的低通滤波器来抑制EMI噪声。无源EMI滤波器体积大，甚至可占据30％的变换器面积，对产品的高功率密度设计不利；有源EMI滤波器利用运放或三极管等有源器件构建对EMI噪声的前馈/反馈电路，体积极小，但受制于带宽要求，成本较高，不利于工业化推广。新兴的数字式有源滤波器同样存在着类似的问题。
[0005]在噪声产生阶段进行降噪主要通过三种途径实现：1)选择或设计适当的元件，或更好的PCB布局来实现；2)更好的开关调制方案；3)软开关技术。但目前的研究不足，尚未形成完备的理论体系，也缺少行之有效的评估方法。
[0006]本专利技术提出了一种基于Boost电感的辅助绕组型共模传导电磁干扰反向抵消电路的电路结构，该电路结构简单，相较于无源EMI滤波器，具有体积小，重量轻的优点；该电路仅使用少数无源器件，相较于有源EMI滤波器，具有成本低，易集成的优点。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供了一种基于Boost电感的辅助绕组型共模传导电磁干扰反向抵消电路的电路结构。该电路结构不存在电压采样与反馈，结构简单；仅使用三个无源器件，成本低廉，易于实现，且体积极小。
[0008]一种基于Boost电感的辅助绕组型共模传导电磁干扰反向抵消电路，应用于Boost变换器，利用与Boost功率电感耦合的辅助绕组构建一个与变换器内部噪声源v
DS
波形形状相同，幅值成比例的补偿电压源v
comp
，经过两个补偿电容C
comp1
与C
comp2
注入母线，反向抵消电路中的共模传导电磁干扰；电路结构包括一个与功率电感耦合的辅助绕组L
aux
和两个补偿
电容C
comp1
与C
comp2
，其中，辅助绕组L
aux
与Boost变换器的功率电感L相耦合，一端连接到Boost变换器的公共地，另一端连接到两个补偿电容C
comp1
与C
comp2
的公共连接端；连接到变换器公共地的一端与功率电感L连接到Boost变换器输入正母线的一端互为同名端；两个补偿电容C
comp1
与C
comp2
一端相互连接，另一端分别与Boost变换器的输入正负母线相连；所述基于Boost电感的辅助绕组型共模传导电磁干扰反向抵消电路在辅助绕组与功率电感绕组理想耦合的条件下，可完全抵消电路中的共模传导电磁干扰，在全频率范围内获得较好的衰减效果；所述电路在辅助绕组与功率电感绕组非理想耦合的条件下也可工作，可在10MHz以下的频率范围内获得较好的衰减效果。
[0009]所述两个补偿电容C
comp1
与C
comp2
的容值、型号、封装、规格等均完全相同，以构成对称的电路结构，即：
[0010][0011]所述两个补偿电容C
comp1
与C
comp2
流过的补偿电流极小，选择封装较小的表贴式MLCC陶瓷电容，以减小体积，只需保证其耐压高于Boost变换器输入母线电压的一半即可。
[0012]所述辅助绕组L
aux
与Boost变换器功率电感L相互耦合，用于感应出补偿电压v
comp
，进而向母线注入补偿电流。由于补偿电流极小，辅助绕组的构建十分简单。对绕线型功率电感，辅助绕组可由线径较小的铜导线直接在功率电感的磁芯上绕制而成；对平面型功率电感，辅助绕组可在铜箔层增加细走线进行构建，几乎不增加体积。
[0013]所述辅助绕组L
aux
与Boost变换器功率电感L的匝数比可随变换器的实际情况灵活调整，所述反向抵消电路在辅助绕组L
aux
与功率电感L理想耦合的条件下抵消效果最好，若追求全频段范围内较好的衰减效果，选择匝数比为1：1，并将功率电感的粗导线与辅助绕组的细导线绞合后绕制，以获得较高的耦合系数；若要求电路简单，体积极小，并且元件参数灵敏度较低，则辅助绕组可仅选择一匝。
[0014]Boost功率电感与辅助绕组理想耦合时，所述两个补偿电容的容值C
comp1
与C
comp2
、Boost变换器跳点对地寄生电容的容值C
par
、Boost变换器功率电感L的匝数n以及辅助绕组L
aux
的匝数n
aux
之间应满足关系：
[0015][0016]此时，所述共模噪声反向抵消电路可完全抵消Boost变换器的共模传导电磁干扰，在全频段范围内获得较好的衰减效果。
[0017]Boost功率电感与辅助绕组非理想耦合时，所述两个补偿电容的容值C
comp1
与C
comp2
、Boost变换器跳点对地寄生电容的容值C
par
、Boost变换器功率电感的自感L以及功率电感绕组和辅助绕组之间的互感M之间应满足关系：
[0018][0019]此时，所述共模噪声反向抵消电路可在传导电磁干扰的低频范围内，通常150kHz
‑
10MHz反向抵消Boost变换器的共模传导电磁干扰，但由于非理想耦合引入的漏感，构建的补偿电压存在振铃，为变换器引入一个极高频的谐振峰，该谐振峰可借助外部滤波器滤除，
也可在注入支路添加阻尼电阻进行抑制，由于谐振频率极高，所需外部滤波器体积极小。
[0020]本专利技术通过构建与噪声源v
DS
波形形状相同，幅值成比例的补偿电压v
comp
以及阻抗匹配来反向抵消变换器内的共模传导电磁干扰。本专利技术适用于Boost变换本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Boost电感的辅助绕组型共模传导电磁干扰反向抵消电路，应用于Boost变换器，其特征在于：利用与Boost功率电感耦合的辅助绕组构建一个与变换器内部噪声源v
DS
波形形状相同，幅值成比例的补偿电压源v
comp
，经过两个补偿电容C
comp1
与C
comp2
注入母线，反向抵消电路中的共模传导电磁干扰；电路结构包括一个与功率电感耦合的辅助绕组L
aux
和两个补偿电容C
comp1
与C
comp2
，其中，辅助绕组L
aux
与Boost变换器的功率电感L相耦合，一端连接到Boost变换器的公共地，另一端连接到两个补偿电容C
comp1
与C
comp2
的公共连接端；连接到变换器公共地的一端与功率电感L连接到Boost变换器输入正母线的一端互为同名端；两个补偿电容C
comp1
与C
comp2
一端相互连接，另一端分别与Boost变换器的输入正负母线相连；所述基于Boost电感的辅助绕组型共模传导电磁干扰反向抵消电路在辅助绕组与功率电感绕组理想耦合的条件下，可完全抵消电路中的共模传导电磁干扰，在全频率范围内获得较好的衰减效果；所述电路在辅助绕组与功率电感绕组非理想耦合的条件下也可工作，可在10MHz以下的频率范围内获得较好的衰减效果。2.根据权利要求1所述共模传导电磁干扰反向抵消电路的电路结构，其特征在于：所述两个补偿电容C
comp1
与C
comp2
的容值、型号、封装、规格等均完全相同，以构成对称的电路结构，即：3.根据权利要求1所述共模传导电磁干扰反向抵消电路的电路结构，其特征在于：所述两个补偿电容C
comp1
与C
comp2
流过的补偿电流极小，选择封装较小的表贴式MLCC陶瓷电容，以减小体积，只需保证其耐压高于Boost变换器输入母线电压的一半即可。4.根据权利要求1所述共模传导电磁干扰反向抵消电路的电路结构，其特征在于：所述辅助绕组L
aux
与Boost变换器功率电感L相互耦合，用于感应...

【专利技术属性】
技术研发人员：王云，陈文洁，孟鑫，任鹏远，周永兴，苏鼎，孙昰行，李尚坤，陈瑜轩，张轩，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：