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有源EMI滤波器研究现状

发布时间2018-09-08 14:38

来源: 未知

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  介绍了有源EMI滤波器的工作原理,对现有的有源EMI滤波器技术进行了分析和比较,总结了各种方案的优缺点,最后说明了有源EMI滤波器的设计难点和发展方向。目前有源EMI滤波器的成本和稳定性是限制其应用的主要原因。

  随着电子信息产业的发展和各种新型电气设备的普及,如何为这些设备提供稳定、安全、高效、清洁的电力变得越来越重要。开关电源变换器具有重量轻、体积小、效率高、性能稳定等优点,在电源中得到了广泛的应用。然而,其高频开关特性会产生大量的电磁干扰,严重污染电磁环境和供电系统,不仅会造成严重的污染。变流器电路的可靠性降低,影响电网及周边设备的运行质量。

  EMI滤波技术是抑制传导电磁干扰最主要也是最有效的手段之一。目前,滤波器主要分为两类,即无源滤波器和有源滤波器。无源滤波器大多由分立的共模电感、差模电感和Cx,Cy电容等构成,设计相对简单,技术成熟、维护方便,但为了改善低频段的滤波效果,往往需要增大电感和电容,所以体积、重量和损耗等都比较大[1]。

  除此之外,无源元件的寄生参数对高频段的滤波效果也有很大影响。有源滤波器因为采用有源消去技术,多采用半导体器件和电子电路[2],不需要靠增大电感和电容值来提高滤波效果,因此体积和重量都比较小。

有源滤波器

  当今开关功率变换器的发展趋势正日益高频化、小型化、高功率密度化,无源滤波器的体积和重量等缺点制约了其发展,因此,有必要开展对有源滤波器的进一步研究,以满足日益对EMI滤波器的更高要求。

  1 有源滤波器的工作原理

  有源滤波技术根据应用场合可以分为有源EMI滤波器(Activeelectromagnetic filter , AEF)和有源电力滤波器(Active power filter, APF)。AEF的工作原理是通过注入一个与原噪声电流大小相等,方向相反的补偿信号,以此来达到消去电路中的噪声电流的目的[3]。

  APF的工作原理和AEF的相似,只是要消去的是电网中的谐波和无功电流。二者工作原理虽然类似,但是在工作频段、功率等级、受控源的实现方式上有很大不同[4]。

  传导噪声可以分为共模(Common mode, CM)噪声和差模(Differentialmode, DM)噪声,一般情况下,有源共模或者差模EMI滤波器是分开设计的,单个有源EMI滤波器的输出补偿都是有针对性的消除共模或者差模噪声信号,剩下的另外一种传导噪声是通过无源滤波器或者另一级有源EMI滤波器进行消除。

  这里以一种基于电流采样,电流补偿的反馈型有源共模EMI滤波器为例进行工作原理分析,结构如图1所示。通过检测电源侧噪声电流is,反馈网络输出补偿电流ic,即电源侧噪声得到了抑制,其中in为噪声源侧噪声电流。

  2 有源EMI滤波器的分类

  有源EMI滤波器根据电路组成和结构的不同,可以从采样和补偿方式;采样和补偿位置;控制方案等方面进行分类。

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