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開關電源有源共模EMI濾波器研究及其應用
來源:作者:本站

  摘要:由于開關電源的高功率密度、高開關工作頻率和緊湊結構,因此對其電磁兼容提出了更高的要求。分析了傳統無源電磁干擾(Electromagnetic Interference,簡稱EMl)濾波器的缺點,提出有源共模濾波器的設計思想,并分析了其工作原理。以一臺反激式開關電源為研究對象,具體設計出其有源共模濾波器。最后通過電路仿真和實驗,驗證了該方案的有效性和可行性。

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  關鍵詞:濾波器;電磁兼容性/開關電源 來源:http://tede.cn

  1 引言

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  傳統的開關電源大多使用由分立的共模電感、差模電感和X,Y電容等構成單級或多級的無源濾波器,這些濾波器無一例外地均應用了較多的無源元件,如濾波電感和電容。而且由于國際上對電磁兼容的標準越來越嚴格,許多時候一級濾波器不能滿足電磁兼容的要求,而必須使用兩級或者多級,這就增大了無源濾波器的體積,從而也增大了損耗。此外,由于無源組件的分布電容和引線電感等分布參數(如差、共模電感的繞組分布電容和濾波電容的串聯等效電感等)對濾波效果影響都很大,特別是在高頻區域段,這些分布參數的影響會更加嚴重,且難以控制,從而大大衰減了高頻濾波特性。作為共模和差模濾波電感的主要元件——磁芯,其電磁參數具有頻變特性,并且磁芯本身的性能也受到工藝水平及制作材料的限制,這給它的應用帶來了諸多限制。因此,如何在提高開關電源的功率密度和開關頻率,實現開關電源模塊化和集成化的同時,解決由此引起的更加嚴重的電磁干擾則是電力電子技術研發人員面臨的關鍵問題。

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  總體看,傳統的無源EMI濾波器存在下述不足:①體積大,造價高,因此不能滿足開關電源日益小型化、高密度化的需要;②無源濾波器的衰減頻帶較窄,在低頻段要靠增大電感和電容值來提高其插入損耗,而在高頻段由于分布參數的影響有可能引起不必要的振蕩而影響到濾波特性;③當今要求開關電源成為體積小,重量輕,效率高,可靠性高,功率密度高的“綠色電源”,但由于作為開關電源重要組成部分的濾波器,體積的減小是有限度的,因此制約了開關電源的發展。 來源:http://tede.cn

  無源濾波器的上述缺點注定它在電磁污染日益嚴重的今天不能滿足濾波技術的需要。而有源EMI濾波器,采用了有源消去技術,很好地抑制了EMI噪聲電流,并可對它進行動態補償和調整,且不會對系統的穩定性造成不利影響;此外,與無源濾波器相比,由于有源EMI濾波器采用了半導體器件和電子電路,因而可使體積變小,重量變輕,這有利于集成封裝,所以已成為業界對其進行研究的一種新趨勢和發展方向[1-4]。
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