電磁幹擾濾波器設計原理
發布時間:2012-11-28 責任編輯:simonyang
開kai關guan電dian源yuan應ying用yong於yu交jiao流liu電dian網wang的de場chang合he。整zheng流liu電dian路lu往wang往wang導dao致zhi輸shu入ru電dian流liu的de斷duan續xu,這zhe除chu了le大da大da降jiang低di了le輸shu入ru功gong率lv因yin數shu外wai,還hai增zeng加jia了le大da量liang高gao次ci諧xie波bo。同tong時shi,開kai關guan電dian源yuan中zhong功gong率lv開kai關guan管guan的de高gao速su開kai關guan動dong作zuo(從幾十kHz到數MHz),xingchengledianciganraosaoraoyuan。dianciganraozaikaiguandianyuanzhongzhuyaocunzaideganraoxingshishichuandaoganraohejinchangfusheganrao。chuandaoganraohaihuizhurudianwang,ganraojierudianwangdeqitashebei。
減少傳導幹擾的方法有很多:合理鋪設地線、采取星型鋪地、避免環形地線、盡可能減少公共阻抗;設計合理的緩衝電路;減少電路雜散電容等。除此之外,可以利用電磁幹擾濾波器衰減電網和開關電源對彼此的噪聲幹擾。
電磁幹擾濾波器設計原理
在開關電源中,主要的電磁幹擾騷擾源是功率半導體器件開關動作產生的dv/dt和di/dt,因而電磁發射EME(Electromagnetic Emission)通常是寬帶的噪聲信號,其頻率範圍從開關工作頻率到幾MHz。所以,傳導型電磁環境(EME)的測量,正如很多國際和國家標準所規定,頻率範圍在0.15~30MHz。設計電磁幹擾濾波器,就是要對開關頻率及其高次諧波的噪聲給予足夠的衰減。采用上述標準,通常情況下隻要考慮將頻率高於150kHz的EME衰減至合理範圍內即可。
在數字信號處理領域普遍認同的低通濾波器概念同樣適在電力電子裝置中。
1.1 常用低通濾波器模型
電磁幹擾濾波器通常置於開關電源和電網相連的前端,是由串聯電抗器和並聯電容器組成的低通濾波器。如圖1所示,噪聲源等效阻抗為Zsource、電網等效阻抗為Zsink。濾波器指標(fstop和Hstop)可以由一階、二階或三階低通濾波器實現,濾波器傳遞函數的計算通常在高頻下近似,也就是說對於n階濾波器,忽略所有ωk相關項(當k<n),隻取含ωn相關項。表1列出了多種常見的濾波器拓撲及其傳遞函數。特別要注意的是要考慮輸入、輸出阻抗不匹配給濾波特點帶來的幹擾。

圖1 濾波器設計等效電路

表1 多種濾波器模型及傳遞函數
1.2 電磁幹擾濾波器等效電路
傳導型電磁幹擾噪聲包含共模(CM)噪聲和差模(DM)噪聲兩種。共模噪聲存在於所有交流相線(L、N)和共模地(E)之間,其產生來源被認為是兩電氣回路之間絕緣泄漏電流以及電磁場耦合等;差模噪聲存在於交流相線(L、N)zhijian,chanshenglaiyuanshimaidongdianliu,kaiguanqijiandezhenlingdianliuyijierjiguandefanxianghuifutedian。zheliangzhongmoshidechuandaozaoshenglaiyuanbutong,chuandaotujingyebutong,yinergongmolvboqihechamolvboqiyingdangfenbiesheji。
顯(xian)然(ran),針(zhen)對(dui)兩(liang)種(zhong)不(bu)同(tong)模(mo)式(shi)的(de)傳(chuan)導(dao)噪(zao)聲(sheng),將(jiang)其(qi)分(fen)離(li)並(bing)分(fen)別(bie)測(ce)量(liang)出(chu)實(shi)際(ji)水(shui)平(ping)是(shi)十(shi)分(fen)必(bi)要(yao)的(de),這(zhe)將(jiang)有(you)利(li)於(yu)確(que)定(ding)那(na)種(zhong)模(mo)式(shi)的(de)噪(zao)聲(sheng)占(zhan)主(zhu)要(yao)部(bu)分(fen),並(bing)相(xiang)應(ying)地(di)體(ti)現(xian)在(zai)對(dui)應(ying)的(de)濾(lv)波(bo)器(qi)設(she)計(ji)過(guo)程(cheng)中(zhong),實(shi)現(xian)參(can)數(shu)優(you)化(hua)。
以常用的濾波器拓撲〔圖2(a)〕為例,分別對共模、差模噪聲濾波器等效電路進行分析。圖2(b)及圖2(c)分別代表濾波器共模衰減和差模衰減等效電路。分析電路可知,Cx1和Cx2隻在抑製差模噪聲,理想的共模扼流電感LC隻在抑製共模噪聲。但是,由於實際的LC繞製的不對稱,在兩組LC之間存在有漏感Lg也可在抑製差模噪聲。Cy即可抑製共模幹擾、又可抑製差模噪聲,隻是由於差模抑製電容Cx2遠大於Cy,Cy對差模抑製可忽略不計。同樣,LD既可抑製共模幹擾、又可抑製差模幹擾,但LD遠小於LC,因而對共模噪聲抑製作用也相對很小。

圖2 常用的濾波器拓撲
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