EMI滤波器优化方法研究文献综述
2020-04-26 11:50:31
EMI是Electromagnetic Interference的缩写,意为电磁干扰。即一种为了消除电磁干扰的滤波器,包括传导,辐射和谐波。
简单来说,它是由电感、电容组成的低通滤波器,允许直流或50 Hz的信号通过,对频率较高的其它信号和干扰信号有较大的衰减作用。由于干扰信号有差模和共模两种,因此电源滤波器要求对这两种干扰都有很好的衰减作用。其实质是LC无源网络,它利用阻抗失配的原理,使电磁干扰信号得到衰减滤波器的滤波效果取决于阻抗失配的程度,阻抗差别越大(适配越大),滤波器的滤波效果越好[1]。而传导干扰根据传播方向的不同,可分为两种:一种是从电源进线引入的外界干扰,另一种是由电子设备产生并 经由电源线传导出去的噪声干扰。所以,电子设备既是噪声干扰的对象,又是—个噪声源。若从干扰电流的流动途径来看,传导干扰又分为共模干扰和差模干扰,共模干扰是两条电源线对大地(简称线对地)的噪声,大小方向—致,主要由电源线对地的杂散电容引起;差模干扰是两条电源线之间(筒称线对线)的噪声,大小—致,方向相反[2]。
一个合理的EMI滤波器,其主要技术参数有:额定电压、额定电流、漏电流、测试电压、绝缘电阻、直流电阻、使用温度范围、工作温升Tr、插入损耗AdB、外形尺寸、重量等。上述参数中最重要的是插入损耗(亦称插入衰减),它是评价电磁干扰滤波器性能优劣的主要指标。EMI滤波器对共模和差模干扰都要起作用。所以,实际设计中就要区分两种不同干扰,分别加以有效的控制,以满足电磁兼容的标准[3]。根据有源EMI滤波器电路组成和结构的不同,可以从采样和补偿方式、采样和补偿位置以及控制方案等方面进行分类:
1. 根据采样和补偿方式的不同,可将有源EMI滤波器分为:①电流采样电压补偿;②电流采样电流补偿;③电压采样电流补偿;④电压采样电压补偿 4 种类型[4]。
2. 根据采样和补偿位置的不同,可以将AEF分为前馈型和反馈型两种结构[5-6]。
3. 根据控制方式的不同,AEF可以分为模拟控制AEF和数字控制AEF。模拟控制AEF一般采用高速运放作为中间级,控制相对简单,但受补偿响应速 度、增益带宽的限制,在抑制高频和强噪声电流方面的能力不足[7-8]。
4. 混合型EMI滤波器,如文献[9]中采用的一种混合型EMI共模滤波器方案,该滤波器由一个反馈型有源EMI滤波器串联一个共模电感组成。
然而通用型的EMI滤波器通常很难设计,这是由于不同的功率变换器之间,由于拓扑、选用元件、PCB布板等原因,电磁环境水平相差很大,再加上阻抗匹配的问题,在很大程度上影响了滤波器的通用性[10]。
通过文献[11]的分析,我们得到结论:滤波电容越大,插损就越高。因此差模滤波部分两端的阻抗应该尽可能的大,共模部分两端阻抗应该尽可能的小。由于共模和插模电路的输入输出阻抗回路不同,故可以通过提高滤波器两端的相线和中线之间的阻抗来提高差模插入损耗,也可以通过减少滤波器两端相线和中线的倒地阻抗来提高插损。为此,有效抑制开关电源噪声的新一代的滤波器应该是由有效的共模扼流圈和若干电容组成的相关电路,为了减小体积,这些电感、电容元件应尽可能采用片式元件[12]。另一方面,由于受元件的高频寄生参数、补偿响应速度以及运放增益带宽积等因素的限制,有源EMI滤波器在高频段的性能往往不佳,因此在未来一段时间内,有源和无源结合的混合型滤波器仍将是主流选择[13]。本文仅考虑EMI滤波器的低频抑制特性,而高频建模可以参考文献[14]。
2.研究(设计)的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施EMI滤波器设计要满足以下要求: