基于电流反馈的全频带紧凑型混合EMI滤波电路设计方法技术

本发明专利技术提出一种基于电流反馈的全频带紧凑型混合EMI滤波电路设计方法，包括，搭建电磁干扰测试电路，获得PWM变换器所需衰减的共模EMI频谱，并建立PWM变换器高频等效电路；根据有源和无源EMI滤波电路高频等效模型以及混合EMI滤波器电路拓扑的噪声衰减特性，得到最优的混合EMI滤波器拓扑；根据有源EMI滤波器的噪声对消原理以及共模EMI频谱，设计有源EMI滤波器拓扑与高频等效模型；根据有源EMI滤波器的噪声对消原理以及共模EMI频谱，设计有源EMI滤波器拓扑；根据加装有源EMI滤波器后的共模EMI噪声频谱，设计无源EMI滤波器结构；根据混合EMI滤波器拓扑、有源EMI滤波器拓扑、无源EMI滤波器结构、有源和无源EMI滤波电路高频等效模型进行混合EMI滤波电路的设计。型进行混合EMI滤波电路的设计。型进行混合EMI滤波电路的设计。

【技术实现步骤摘要】
基于电流反馈的全频带紧凑型混合EMI滤波电路设计方法


[0001]本专利技术涉及电力电子
，特别涉及一种基于电流反馈的全频带紧凑型混合EMI滤波电路。

技术介绍

[0002]随着宽禁带半导体的大规模使用，开关器件的开关频率不断提高，严重的电磁干扰问题也受到广泛的关注。其中，由开关器件和散热器的寄生电容引起的显著共模传导辐射是功率变换器产生电磁干扰的关键。为了防止其对自身和其他设备正常工作产生影响，保证其稳定工作，一般需要加装共模EMI滤波器。由无源电容电感器件构成的共模EMI滤波器的加入增大了设备体积和重量，降低了功率密度；而有源EMI滤波器因具有体积小、集成度高的特点，在电力电子变换器中拥有广阔的应用前景。
[0003]但相较于传统无源EMI滤波器，有源EMI滤波器在实际工程中的应用并没有无源EMI滤波器普遍，其主要原因是有源元件受增益带宽积的影响，其有效带宽往往较低，并且在检测环节，传统的有源EMI滤波器采用大体积的磁芯进行共模电流的采集，在体积上相较于无源EMI滤波并未下降很多。此外，任何含有磁芯的有源EMI滤波器拓扑的性能会取决于变压器磁芯的参数，温度、工作电流和磁场的耦合将导致变压器性能的劣化，从而导致EMI滤波器整体衰减性能的下降。因此，单一的滤波器类型由于其各自的缺陷将很难满足所需的滤波要求。
[0004]混合滤波的方式成为了应对恶劣电磁干扰环境的重要工具，利用互补的思想结合各种滤波方式的优势，用于在传导全频段进行电磁噪声的衰减，但是由于体积的影响，混合EMI滤波器不利于提高PWM变换器的功率密度，另外由于混合EMI滤波器的结构复杂，很难对其进行建模并量化其不同拓扑的滤波效果，也难以形成标准化的设计流程。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0006]为此，本专利技术的目的在于提出一种基于电流反馈的全频带紧凑型混合EMI滤波电路设计方法，用于描述EMI滤波器的滤波效果与设计方法，便于操作和实现。
[0007]为达上述目的，本专利技术第一方面实施例提出了一种基于电流反馈的全频带紧凑型混合EMI滤波电路设计方法，包括：
[0008]基于线性稳定阻抗网络，搭建电磁干扰测试电路，获得PWM变换器所需衰减的共模EMI频谱，并建立PWM变换器高频等效电路；
[0009]基于所述PWM变换器高频等效电路，构建有源和无源EMI滤波电路高频等效模型，根据所述有源和无源EMI滤波电路高频等效模型以及混合EMI滤波器电路拓扑的噪声衰减特性，得到最优的混合EMI滤波器拓扑；
[0010]根据有源EMI滤波器的噪声对消原理以及所述共模EMI频谱，设计有源EMI滤波器拓扑；根据加装所述有源EMI滤波器后的共模EMI噪声频谱，设计无源EMI滤波器结构；
[0011]根据所述混合EMI滤波器拓扑、所述有源EMI滤波器拓扑、所述无源EMI滤波器结构、所述有源和无源EMI滤波电路高频等效模型进行混合EMI滤波电路的设计。
[0012]另外，根据本专利技术上述实施例的一种基于电流反馈的全频带紧凑型混合EMI滤波电路设计方法还可以具有以下附加的技术特征：
[0013]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述电路可包括有源EMI滤波电路和无源EMI滤波电路，其中，
[0014]所述有源EMI滤波电路由选频网络、相位补偿器、放大网络和无源注入网络组成，用于衰减有源网络固有带宽内的噪声幅值。
[0015]所述无源EMI滤波电路由共模电感和接地电容组成，用于衰减未被有源EMI滤波器电路衰减的高频段噪声幅值。
[0016]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述根据所述有源和无源EMI滤波器等效模型以及混合EMI滤波器不同拓扑的噪声衰减特性，得到最优的混合EMI滤波器拓扑，包括：
[0017]根据所述有源EMI滤波电路和无源EMI滤波电路的不同组合方式，可将所述混合EMI滤波器拓扑分为无源EMI滤波器靠近干扰源和有源EMI滤波器靠近干扰源两种组合方式，根据所述共模噪声传导回路进行等效电路模型的绘制并得到描述滤波效果的插入损耗表达式，其中，所述两种组合方式的插入损耗分别为：
[0018][0019][0020]其中，IL1为无源EMI滤波器靠近干扰源时的插入损耗模型，IL2为有源EMI滤波器靠近干扰源时的插入损耗模型，V
L1
为不加EMI滤波器后线性稳定阻抗网络等效阻抗上的共模电压，V
L2
为加装EMI滤波器后LISN端等效阻抗上的共模电压，Z
s
和Z
L
分别为共模干扰源等效阻抗和LISN端等效阻抗，Z
Lcm
和Z
cy
分别为无源EMI滤波器中共模电感值和接地电容值，B
i
为有源EMI滤波器等效受控源模型的电流放大系数；
[0021]将上述不同模型的插入损耗表达式进行相减得到描述滤波效果差异的表达式：
[0022][0023]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，根据所述有源EMI滤波器高频等效模型得到有源EMI滤波器的插入损耗表达式和闭环传递函数：
[0024][0025][0026]其中，V
L
为不加EMI滤波器后线性稳定阻抗网络等效阻抗上的共模电压，V
’
L
为加装EMI滤波器后线性稳定阻抗网络等效阻抗上的共模电压，I
L
为流入线性稳定阻抗网络等效阻抗的电流，Z
S
为共模干扰源的噪声源阻抗，Z
L
为线性稳定阻抗网络等效阻抗值，T
comp
(s)为系统的相位补偿器传递函数，G
b
(s)为运放的闭环传递函数，s为拉普拉斯变量。
[0027]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，根据加装所述有源EMI滤波电路时的共模EMI频谱、所述有源EMI滤波电路插入损耗、所述无源EMI滤波器结构进行无源EMI滤波电路参数的设计，包括：
[0028]由下式计算出未加装所述有源EMI滤波器时的无源EMI滤波电路共模电感L
eq1
与加装所述有源EMI滤波器时的无源EMI滤波电路共模电感L
eq2
的电感量比值：
[0029][0030]其中，无源EMI滤波器插损曲线在未加装有源EMI滤波器之前与所需衰减的共模EMI噪声频谱第一次相切的切点为a(f
a
，M
a
)，加装有源EMI滤波器之前后与所需衰减的共模EMI噪声频谱第一次相切的切点为b(f
b
，M
b
)，ΔM是未加装所述有源EMI滤波器和加装所述有源EMI滤波器下超标EMI频谱的差值，C
eq1
和C
eq2
分别表示未加装所述有源EMI滤波器时的无源EMI滤波器Y电容值与加装所述有源EMI滤波器时无源EMI滤波器的Y电容值；
[0031]根据所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电流反馈的全频带紧凑型混合EMI滤波电路设计方法，其特征在于，包括以下步骤：基于线性稳定阻抗网络，搭建电磁干扰测试电路，获得PWM变换器所需衰减的共模EMI频谱，并建立PWM变换器高频等效电路；基于所述PWM变换器高频等效电路，构建有源和无源EMI滤波电路高频等效模型，根据所述有源和无源EMI滤波电路高频等效模型以及混合EMI滤波器电路拓扑的噪声衰减特性，得到最优的混合EMI滤波器拓扑；根据有源EMI滤波器的噪声对消原理以及所述共模EMI频谱，设计有源EMI滤波器拓扑；根据加装所述有源EMI滤波器后的共模EMI噪声频谱，设计无源EMI滤波器结构；根据所述混合EMI滤波器拓扑、所述有源EMI滤波器拓扑、所述无源EMI滤波器结构、所述有源和无源EMI滤波电路高频等效模型进行混合EMI滤波电路的设计。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电路可包括有源EMI滤波电路和无源EMI滤波电路，其中，所述有源EMI滤波电路由选频网络、相位补偿器、放大网络和无源注入网络组成，用于衰减有源网络固有带宽内的噪声幅值。所述无源EMI滤波电路由共模电感和接地电容组成，用于衰减未被有源EMI滤波器电路衰减的高频段噪声幅值。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据所述有源和无源EMI滤波器等效模型以及混合EMI滤波器不同拓扑的噪声衰减特性，得到最优的混合EMI滤波器拓扑，包括：根据所述有源EMI滤波电路和无源EMI滤波电路的不同组合方式，可将所述混合EMI滤波器拓扑分为无源EMI滤波器靠近干扰源和有源EMI滤波器靠近干扰源两种组合方式，根据所述共模噪声传导回路进行等效电路模型的绘制并得到描述滤波效果的插入损耗表达式，其中，所述两种组合方式的插入损耗分别为：其中，所述两种组合方式的插入损耗分别为：其中，IL1为无源EMI滤波器靠近干扰源时的插入损耗模型，IL2为有源EMI滤波器靠近干扰源时的插入损耗模型，V
L1
为不加EMI滤波器后线性稳定阻抗网络等效阻抗上的共模电压，V
L2
为加装EMI滤波器后LISN端等效阻抗上的共模电压，Z
s
和Z
L
分别为共模干扰源等效阻抗和LISN端等效阻抗，Z
Lcm
和Z
cy
分别为无源EMI滤波器中共模电感值和接地电容值，B
i
为有源EMI滤波器等效受控源模型的电流放大系数；将上述不同模型的插入损耗表达式进行相减得到描述滤波效果差异的表达式：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述有源EMI滤波器高频等效模型得到有源EMI滤波器的插入损耗表达式和闭环传递函数：到有源EMI滤波器的插入损耗表达式和闭环传递函数：其中，V

【专利技术属性】
技术研发人员：李虹，汪思弈，张冲默，张波，郑琼林，杨中平，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：