一种宽频带有源EMI滤波器电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及电磁兼容技术领域，尤其涉及一种宽频带有源EMI滤波器电路及其控制方法。

背景技术

1971年，日本的H.Sasaki和T.Machida提出了有源滤波的概念。即，通过向干扰装置的电源侧注入与原噪声电流大小相等方向相反的补偿电流，使电源侧的噪声电流为零，以使产品满足电磁兼容要求。相对于无源滤波器，有源滤波器具有体积小的优点，可解决无源滤波器阻抗失配的问题。

国外对有源滤波器的研究起步较早，取得了不菲的研究成果，国内紧随其后，如今，国产有源滤波器的销售额已远超进口品牌。但是，目前国内外对有源滤波器的研究均集中于A PF领域，对电磁干扰有源滤波器的研究较少，而市场对电磁干扰滤波器的需求日渐增加，对滤波器体积的要求愈加苛刻，阻抗适配问题也成为滤波器设计的难点。

发明内容

为解决上述问题，本发明基于对电磁兼容技术的研究，提出了一种宽频带有源EMI滤波器电路及其控制方法。

第一方面，一种宽频带有源EMI滤波器电路，包括高频共模电感模块，放大滤波模块和差模滤波模块，所述高频共模电感模块还包括两个采样信号输出端口，采样共模噪声后分别连接至放大滤波模块两个输入端口；所述放大滤波模块输出端口连接差模滤波模块，消除回路噪声电流后输入差模滤波模块进行差模噪声滤除。

具体的，所述高频共模电感模块包括与信号输入端口连接的高频共模电感一和与高频共模电感一串联的高频共模电感二，所述高频共模电感一和高频共模电感二还分别并联有一个偏置电阻，所述高频共模电感一和高频共模电感二输出电路还设置有电阻，两个输出电路分别连接放大滤波电路两输入端口。

具体的，所述高频共模电感一和高频共模电感二均为带传感线圈的高频共模电感，滤除回路中高频共模噪声后对共模噪声进行采样。

具体的，所述带传感线圈的高频共模电感一和高频共模电感二采样线圈与共模线圈均为异名端，感应线圈从两个共模线圈采样的噪声信号i+、i-电流方向相同。

具体的，所述放大滤波模块还包括两个放大器子模块，所述每个放大器子模块还包括两个信号放大器，信号放大器一和信号放大器二输出端之间并联一个偏置电阻，两放大器间还设置有高频噪声滤除子模块和中低噪声滤除子模块，两个放大器子模块处理采样信号噪声后分别连接至有源滤波电路开关，并连接至差模滤波模块输入端。

具体的，所述差模滤波模块包括由由电感和两个滤波电容组成的差模滤波子模块，所述差模滤波子模块还连接信号输出端。

另一方面，一种宽频带有源EMI滤波器电路控制方法，基于一种宽频带有源EMI滤波器电路实现，包括：

高频共模电感滤除功率回路中的高频共模噪声，其感应线圈采样共模噪声，采样信号进入放大滤波模块信号放大器一的输入端；

信号放大器一放大信号后，高频噪声经高频噪声滤除子模块滤除，中低噪声中低噪声滤除子模块后，由有源滤波电路开关注入到功率回路；

高频共模电感感应线圈采样信号经过调理，使注入到功率回路的电流与功率回路上噪声电流大小相等方向相反，消除功率回路上噪声电流。

进一步，还包括：信号放大器一采样注入信号返回信号放大器二输入端形成反馈回路，抑制注入信号产生的震荡。

进一步，还包括：当输入反相时，有源滤波电路开关关断有源滤波电路。

本发明的有益效果：本发明提出了一种宽频带有源EMI滤波器电路控制方法，提出了一种新型的有源滤波的电路，该滤波电路的特征在于通过一种新型的采样方式获得补偿电流信号，补偿电流通过电阻电容直接注入功率总线的回流端，采用了新的采样方式，并根据新的采样方式设计了新的电流传感器，并采用将两个电流传感器并联的方式，用以实现宽频带滤波的目的，运放输出端加跟随器后，再做负反馈，以提高滤波器的稳定性，同时体积小，频带宽，稳定性高，适用于航空航天等多种空间有限的场景和工业应用，硬件设计可使配套产品满足电磁兼容性要求。

附图说明

图1是本发明宽频带有源滤波器拓扑电路图；

图2是本发明有源滤波器原理图；

图3是本发明有源拓扑网络模型示意图；

图4是本发明电流互感器(高频共模电感)原理图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

本发明提出了一种宽频带有源EMI滤波器电路及其控制方法，如图1所示，第一方面，第一方面，一种宽频带有源EMI滤波器电路，包括高频共模电感模块，放大滤波模块和差模滤波模块，所述高频共模电感模块还包括两个采样信号输出端口，采样共模噪声后分别连接至放大滤波模块两个输入端口；所述放大滤波模块输出端口连接差模滤波模块，消除回路噪声电流后输入差模滤波模块进行差模噪声滤除。所述高频共模电感模块包括与信号输入端口连接的高频共模电感一和与高频共模电感一串联的高频共模电感二，所述高频共模电感一和高频共模电感二还分别并联有一个偏置电阻，所述高频共模电感一和高频共模电感二输出电路还设置有电阻，两个输出电路分别连接放大滤波电路两输入端口。所述高频共模电感一和高频共模电感二均为带传感线圈的高频共模电感，滤除回路中高频共模噪声后对共模噪声进行采样。所述带传感线圈的高频共模电感一和高频共模电感二采样线圈与共模线圈均为异名端，感应线圈从两个共模线圈采样的噪声信号i+、i-电流方向相同。所述放大滤波模块还包括两个放大器子模块，所述每个放大器子模块还包括两个信号放大器，信号放大器一和信号放大器二输出端之间并联一个偏置电阻，两放大器间还设置有高频噪声滤除子模块和中低噪声滤除子模块，两个放大器子模块处理采样信号噪声后分别连接至有源滤波电路开关，并连接至差模滤波模块输入端。所述差模滤波模块包括由由电感和两个滤波电容组成的差模滤波子模块，所述差模滤波子模块还连接信号输出端。

一种宽频带有源EMI滤波器电路控制方法，基于一种宽频带有源EMI滤波器电路实现，包括：

高频共模电感滤除功率回路中的高频共模噪声，其感应线圈采样共模噪声，采样信号进入放大滤波模块信号放大器一的输入端；

信号放大器一放大信号后，高频噪声经高频噪声滤除子模块滤除，中低噪声中低噪声滤除子模块后，由有源滤波电路开关注入到功率回路；

高频共模电感感应线圈采样信号经过调理，使注入到功率回路的电流与功率回路上噪声电流大小相等方向相反，消除功率回路上噪声电流。还包括：信号放大器一采样注入信号返回信号放大器二输入端形成反馈回路，抑制注入信号产生的震荡。还包括：当输入反相时，有源滤波电路开关关断有源滤波电路。

在本发明中，有源滤波器电路如图2所示，该滤波器中电感L3为一个带传感线圈的高频共模电感，该共模电感可滤除功率回路中的高频共模噪声，其感应线圈可以采样共模噪声，采样信号进入U2的输入端，经U2进行放大后，高频噪声经R10,C7组成的RC滤波电路滤除，中低噪声经R11、C6、开关S1注入到功率回路，感应线圈采样信号经过调理，使注入到功率回路的电流与功率回路上噪声电流大小相等方向相反，从而湮灭功率回路上噪声电流。在图1中，负线共模噪声滤除以后，正线共模噪声转化为差模噪声，通过L1、C2、C3组成的差模滤波电路进行滤除。U1采样注入信号返回U2输入端，形成反馈环路，可抑制注入信号产生的震荡。S1为有源滤波电路的开关，当输入反相时，可关断有源滤波电路。

该有源滤波电路为前馈电路，在电源端进行信号采样，该电路拓扑要求注入电流与总线上噪声电流大小相等。如图3所示，即要求In-Ic＝Iq＝0。实际上Iq不能达到零，其闭环电流传递函数为Iq＝In/(1+F)。由此可知，要使滤波效果接近理想值，差模放大的增益尽可能大。但增益过大容易造成系统震荡，降低稳定性，高频情况下，增益也不能过大。为提高系统稳定性，该设计增加了跟随器U1，根据滤波频段，合理选择R12的参数值，也是对于不同噪声频段设计滤波器的关键。

在本实施例中，L3为电流互感器，该电流互感器不仅可以滤除高频共模噪声，还可以采样噪声信号，进行有源滤波。如图4所示，该设计中，采样线圈与共模线圈均为异名端，感应线圈从两个共模线圈采样的噪声信号i+、i-电流方向相同，此设计相较于从正负线进行单线采样，采样信号增强了一倍。该设计可减少原副边线圈的匝数，减少高频采样时的寄生参数，原边最低匝数可低至1匝。

在本实施例中，滤波器通过将两路有源滤波电路并联，实现了滤波器的宽频带滤波。图4中电流互感器的下限截止频率为：

式中，A

上限截止频率为：

式中，c`为寄生电容，L`为漏感，L``为寄生电感。

由式(1)可知，电流互感器的下限截止频率f

本发明提出了一种宽频带有源EMI滤波器电路控制方法，可用于通信计算机中的刀片电源，电信基站电源，分布式电源，网络交换机与路由器，无线通信基站的电源系统的滤波，相较于等效的无源滤波器，有效减小了滤波器的体积，增加了滤波器的带宽，解决了阻抗适配的问题。可应用于航空航天等对体积重量要求苛刻的场景。提出了一种新型的有源滤波的电路，该滤波电路的特征在于通过一种新型的采样方式获得补偿电流信号，补偿电流通过电阻电容直接注入功率总线的回流端，采用了新的采样方式，并根据新的采样方式设计了新的电流传感器，并采用将两个电流传感器并联的方式，用以实现宽频带滤波的目的，运放输出端加跟随器后，再做负反馈，以提高滤波器的稳定性，同时体积小，频带宽，稳定性高，适用于航空航天等多种空间有限的场景和工业应用，硬件设计可使配套产品满足电磁兼容性要求。

本发明以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。