0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

无源共模干扰抑制技术的特点、应用及验证

电子设计 来源:第十四届全国电磁兼容学 作者:谢毅聪,熊蕊 2021-03-11 09:58 次阅读

介绍了一种基于补偿原理的共模干扰抑制技术,通过抑制电源辐射来减少变换器的共模干扰。这种方法被推广应用于多种功率变换器拓扑,理论和实验结果都表明该技术有效减少了电路的共模干扰。

引言

由于mosfetigbt和软开关技术在电力电子电路中的广泛应用,使得功率变换器的开关频率越来越高,结构更加紧凑,但亦带来许多问题,如寄生元件产生的影响加剧,电磁辐射加剧等,所以emi问题是目前电力电子界关注的主要问题之一。

传导是电力电子装置中干扰传播的重要途径。差模干扰和共模干扰是主要的传导干扰形态。多数情况下,功率变换器的传导干扰以共模干扰为主。本文介绍了一种基于补偿原理的无源共模干扰抑制技术,并成功地应用于多种功率变换器拓扑中。理论和实验结果都证明了,它能有效地减小电路中的高频传导共模干扰。这一方案的优越性在于,它无需额外的控制电路和辅助电源,不依赖于电源变换器其他部分的运行情况,结构简单、紧凑。

无源共模干扰抑制技术的特点、应用及验证

1 补偿原理

共模噪声与差模噪声产生的内部机制有所不同:差模噪声主要由开关变换器的脉动电流引起;共模噪声则主要由较高的dv/dt与杂散参数间相互作用而产生的高频振荡引起。如图1所示。共模电流包含连线到接地面的位移电流,同时,由于开关器件端子上的dv/dt是最大的,所以开关器件与散热片之间的杂散电容也将产生共模电流。图2给出了这种新型共模噪声抑制电路所依据的本质概念。开关器件的dv/dt通过外壳和散热片之间的寄生电容对地形成噪声电流。抑制电路通过检测器件的dv/dt,并把它反相,然后加到一个补偿电容上面,从而形成补偿电流对噪声电流的抵消。即补偿电流与噪声电流等幅但相位相差180°,并且也流入接地层。根据基尔霍夫电流定律,这两股电流在接地点汇流为零,于是50ω的阻抗平衡网络(lisn)电阻(接测量接收机的bnc端口)上的共模噪声电压被大大减弱了。

2 基于补偿原理的共模干扰抑制技术在开关电源中的应用

本文以单端反激电路为例,介绍基于补偿原理的共模干扰抑制技术在功率变换器中的应用。图3给出了典型单端反激变换器的拓扑结构,并加入了新的共模噪声抑制电路。如图3所示,从开关器件过来的dv/dt所导致的寄生电流ipara注入接地层,附加抑制电路产生的反相噪声补偿电流icomp也同时注入接地层。理想的状况就是这两股电流相加为零,从而大大减少了流向lisn电阻的共模电流。利用现有电路中的电源变压器磁芯,在原绕组结构上再增加一个附加绕组nc。由于该绕组只需流过由补偿电容ccomp产生的反向噪声电流,所以它的线径相对原副方的np及ns绕组显得很小(由实际装置的设计考虑决定)。附加电路中的补偿电容ccomp主要是用来产生和由寄生电容cpara引起的寄生噪声电流反相的补偿电流。ccomp的大小由cpara和绕组匝比np∶nc决定。如果np∶nc=1,则ccomp的电容值取得和cpara相当;若np∶nc≠1,则ccomp的取值要满足icomp=cpara·dv/dt。

pIYBAGBJeemAYJpsAABPUEGoQqA333.png

此外,还可以通过改造诸如buck,half-bridge等dc/dc变换器中的电感或变压器,从而形成无源补偿电路,实现噪声的抑制,如图4,图5所示。

o4YBAGBJefSABnIFAABYZ240-KI677.png

3 实验及结果

实验采用了一台5kw/50hz艇用逆变器的单端反激辅助电源作为实验平台。交流调压器的输出经过lisn送入整流桥,整流后的直流输出作为反激电路的输入。多点测得开关管集电极对实验地(机壳)的寄生电容大约为80pf,鉴于实验室现有的电容元件,取用了一个100pf,耐压1kv的瓷片电容作为补偿电容。一接地铝板作为实验桌面,lisn及待测反激电源的外壳均良好接地。图6是补偿绕组电压和原方绕组电压波形。补偿绕组精确的反相重现了原方绕组的波形。图7是流过补偿电容的电流和开关管散热器对地寄生电流的波形。从图7可以看出,补偿电流和寄生电流波形相位相差180°,在一些波形尖刺方面也较好地吻合。但是,由于开关管的金属外壳为集电极且与散热器相通,散热器形状的不规则导致了开关管寄生电容测量的不确定性。由图7可见,补偿电流的幅值大于实际寄生电流,说明补偿电容的取值与寄生电容的逼近程度不够好,取值略偏大。图8给出了补偿电路加入前后,流入lisn接地线的共模电流波形比较。经过共模抑制电路的电流平衡后,共模电流的尖峰得到了很好的抑制,实验数据表明,最大的抑制量大约有14ma左右。

图9是用agilente4402b频谱分析仪测得的共模电流的频谱波形。可见100khz到2mhz的频率范围内的cm噪声得到了较好的抑制。但是,在3mhz左右出现了一个幅值突起,之后的高频段也未见明显的衰减,这说明在高频条件下,电路的分布参数成了噪声耦合主要的影响因素,补偿电路带来的高频振荡也部分增加了共模emi噪声的高频成份。但从滤波器设计的角度来看,这并不太多影响由于降低了低次谐波噪声而节省的设备开支。若是能较精确地调节补偿电容,使其尽可能接近寄生电容cpara的值,那么抑制的效果会在此基础上有所改善。

4 此技术的局限性

图10中的(a),(b),(c),(d)给出了噪声抑制电路无法起到正常效用时的电压、电流的波形仿真情况。这里主要包含了两种情况:

责任编辑:gt

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 电源
    +关注

    关注

    184

    文章

    17455

    浏览量

    249000
  • 变换器
    +关注

    关注

    17

    文章

    2082

    浏览量

    109052
  • 辐射
    +关注

    关注

    1

    文章

    591

    浏览量

    36266
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    什么叫干扰?如何抑制干扰

    什么叫干扰?如何抑制干扰
    的头像 发表于 05-13 10:57 1.9w次阅读
    什么叫<b class='flag-5'>共</b><b class='flag-5'>模</b><b class='flag-5'>干扰</b>?如何<b class='flag-5'>抑制</b><b class='flag-5'>共</b><b class='flag-5'>模</b><b class='flag-5'>干扰</b>?

    干扰产生原因 如何抑制干扰

    我们要如何来抑制干扰是需要向大家讲解的部分,同时会讲解恒流源的特性,分析三极管整个放大电路和反馈的一个作用。
    的头像 发表于 05-15 07:28 1.5w次阅读
    <b class='flag-5'>共</b><b class='flag-5'>模</b><b class='flag-5'>干扰</b>产生原因 如何<b class='flag-5'>抑制</b><b class='flag-5'>共</b><b class='flag-5'>模</b><b class='flag-5'>干扰</b>

    电源线噪声:干扰、差干扰

    在电路中引入电容,则电容提供最短的路径使干扰
    发表于 10-08 15:02 2666次阅读

    干扰和差干扰及其抑制技术

    电磁兼容性设计和测试的过程中,由于对各种电磁干扰采取的抑制措施不当而造成产品在进行电磁兼容检测时部分测试项目超标或通不过EMC 测试,从而造成了大量人力、财力的浪费。为了掌握电磁干扰抑制
    发表于 08-03 17:30

    与差传导干扰分析及抑制技术研究

    摘 要: 电磁兼容(EMC)问题越来越受到人们的重视,而解决电磁兼容问题的实质则是如何抑制电磁干扰(EMI),电磁干扰主要分为
    发表于 08-06 10:51

    用于EFT干扰抑制电感选型问题

    1.最近产品在做EMC摸底测试,发现EFT干扰不合格。查了些文献,说EFT主要是干扰,主要依靠铁氧体磁芯的
    发表于 04-11 08:53

    干扰干扰及其抑制技术分析

    干扰和差干扰是电子、 电气产品上重要的干扰之一,它们 可以对周围产品的稳定性
    发表于 11-04 22:49 0次下载

    开关电源基于补偿原理的干扰抑制技术

    开关电源基于补偿原理的干扰抑制
    发表于 07-14 08:37 910次阅读
    开关电源基于补偿原理的<b class='flag-5'>无</b><b class='flag-5'>源</b><b class='flag-5'>共</b><b class='flag-5'>模</b><b class='flag-5'>干扰</b><b class='flag-5'>抑制</b><b class='flag-5'>技术</b>

    EMI抑制方法的介绍

    在电力电子变换器中,开关器件的高速开关,产生了巨大的 dv/dt,di/dt,形成了严重的电磁干扰问题。传统的电流抑制技术主要依赖
    发表于 11-12 11:07 16次下载
    <b class='flag-5'>共</b><b class='flag-5'>模</b>EMI<b class='flag-5'>抑制</b>方法的介绍

    干扰和差干扰如何进行更好的区别

    如何抑制干扰 干扰作为EMC
    的头像 发表于 07-05 14:54 3637次阅读

    EMC干扰知识:干扰和差干扰定义及区别

    在电路中引入电容,则电容提供最短的路径使干扰
    发表于 01-12 10:07 2926次阅读

    电感如何抑制干扰噪声

    干货电感如何抑制干扰噪声
    发表于 08-24 16:36 5次下载

    干扰干扰分别是什么?差干扰产生的原因?干扰抑制方法?

    干扰干扰分别是什么?差干扰产生的原因?
    的头像 发表于 11-20 16:16 3765次阅读

    电感对抑制能力呢?对差为什么没有抑制能力呢?

    电感对抑制能力呢?对差为什么没有抑制能力
    的头像 发表于 11-28 17:29 782次阅读

    如何有效抑制干扰

    在电子电路的设计和应用过程中,干扰是一种常见且具有较大危害的电磁兼容(EMC)干扰。为了有效抑制这种
    的头像 发表于 09-27 15:13 405次阅读