CN100403633C - 高衰减超小型共模传导电磁干扰有源滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高衰减超小型共模传导电磁干扰有源滤波器，包括环形高频电流互感器，互感器上绕有3个绕组，3个绕组的绕制方向均为同相，其中2个绕组连接到交流电源进线端，另一个通过电阻串联到运算放大器的输入端，运算放大器的输出通过2个高压电容和电阻将信号回馈给噪声源设备。该滤波器具有结构简单、合理，噪声衰减能力强、低频滤波特性好、外形尺寸小、重量轻等特点。本发明涉及的有源电磁干扰滤波器，能够满足开关电源等电力电子设备的传导电磁干扰抑制。

Description

高衰减超小型共模传导电磁干扰有源滤波器

技术领域

本发明属于电磁干扰滤波器的生产及应用领域，涉及一种小型化高衰减倍数的有源电磁干扰滤波器。

背景技术

在当今电力电子装置得到广泛应用和迅速发展的同时，伴随着它的电磁干扰(EMI)问题也越来越严重。特别是近年来，功率变换器在不断朝着高频、高效、高功率密度的技术方向前进，这对如何有效抑制开关器件产生的电磁噪声更是一个巨大的挑战。目前广泛应用的由电感、电容等无源元件构成的无源EMI滤波器体积庞大，滤波效果欠佳，而且设计制作过程复杂，容易产生谐振。根据申请人所进行的资料检索，目前还没有由运算放大器等有源元件构成的EMI滤波器的产品及相关报导。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于有源元件的电磁干扰滤波器，相对传统的无源EMI滤波器，该滤波器具有噪声衰减能力更强，外形尺寸更小的优点，特别适用于开关电源等电力电子装置的传导电磁干扰抑制。

实现上述目的的技术解决方案是：一种高衰减超小型共模传导电磁干扰有源滤波器，其特征在于，该滤波器包括环形高频电流互感器，环形高频电流互感器圆周上分别绕有3个绕组，3个绕组的绕制方向均为同相，其中的2个绕组的输入端连接至交流电源进线端，该2个绕组的输出端分别连接到噪声电源设备的输入火线和零线端，噪声电源设备的一端接地；另一个绕组的一端接地，另一端通过第一电阻R1连接到运算放大器A的一个输入端，运算放大器A的另一个输入端通过第二电阻R2接地，运算放大器A的输出端分别经第一高压陶瓷电容C1连接至噪声电源设备的输入火线端，经第二高压陶瓷电容C2连接至噪声电源设备的零线端，第一高压陶瓷电容C1和第二高压陶瓷电容C2分别经第三电阻R3接地。

本发明的有源电磁干扰滤波器，由于采用了高频电流互感器，既实现了高频噪声信号的精确检测又有效剔除了工频基波信号。同时采用了高速宽带电流型运算放大器，极大提高了滤波器对干扰信号的动态响应以及频率响应能力。在输出部分采用高压陶瓷电容，克服了电网侧高压对运算放大器的影响，同时实现了噪声信号的自动回馈。该滤波器具有电路结构简单、设计方便、体积小、重量轻、噪声衰减能力强、对低频信号滤波效果尤其明显等特点，特别适用于开关电源等电力电子装置的传导电磁干扰抑制。

附图说明

图1为本发明电磁干扰有源滤波器电路结构原理图；

图2为本发明的电磁干扰有源滤波器实际装置结构照片；

图3为本发明电磁干扰有源滤波器的实验结果；

以下结合附图和发明人实现的实施例以及本发明用于300W计算机开关电源交流进线端共模电磁干扰抑制的工作原理作进一步详细说明。

具体实施方式

参照图1和图2，本发明的共模电磁干扰有源滤波器，包括高频共模电磁干扰电流互感器，互感器的圆周上绕有3个绕组，3个绕组的绕制方向均为同相，其中2个绕组分别串联连接到噪声电源设备的交流进线，即火线和零线，另一个绕组通过串联电阻R1连接到运算放大器A的输入端(负端)，运算放大器A的输入端还有一个电阻R2(正端)。运算放大器A工作在开环状态，它的输出端连接有2个高压陶瓷电容C1和C2和一个电阻R3，高压陶瓷电容C1和C2将输出信号分别连接到噪声电源设备进线的火线和零线端。

高频共模电流互感器串联在交流电网，可以检测噪声源设备的高频共模干扰电流信号。由于3个绕组均采用同相绕制，故只取样电网的共模干扰信号，而对于差模噪声则不做处理。互感器的截止频率由式(1)确定：

$f_L=\frac{\mathrm{Rl}}{{2\mathrm{\πn}}^2{\mathrm{\μ}}_0{\mathrm{\μ}}_r{A}_e}---\left(1\right)$

式中，n为原副边绕组的变比，μ₀为真空磁导率，μ_r为磁芯材料的磁导率，A_c为磁芯的横截面积，1为磁芯的有效长度，R为副边的等效阻抗。为了提高互感器的噪声信号取样精度，应使截止频率尽可能低，以获取更充分更宽频带范围内的噪声信息。

运算放大器主要实现对检测信号的进一步放大。为了获得更高的增益，运算放大器工作在开环状态。同时运算放大器的带宽要足够宽，以使互感器检测到的频带内的噪声信号均能够不失真的放大。按照国家电磁兼容的设计标准，信息电子类设备干扰测试频带范围为150kHz～30MHz，故运算放大器的带宽应不低于50MHz。

经过运算放大器放大之后的电压信号最后通过电容重新注入电网。由于设备的交流进线端存在220V工频高压，因此，回馈电容必须选择耐高压的陶瓷电容。同时，为了避免火线和零线之间的漏电流过大，电容的值也不易选择过大，一般在pF数量级就足够了，本实施例采用的两个电容的为4700pF，值耐压值为2kV。

发明人按上述技术方案完成的有源电磁干扰滤波器的照片如图2所示。其外型尺寸：43mm×22mm，互感器为铁氧体材料磁芯，直径18mm，原副边的变比1∶1，串联电阻R1为10kΩ，平衡电阻R2为10kΩ，运放型号为THS4001，输出电容为高压磁片电容，4700pF/2kV。测试结果如图3所示。经过实验证明，达到了设计目的。

Claims (4)

1.一种高衰减超小型共模传导电磁干扰有源滤波器，其特征在于，该滤波器包括环形高频电流互感器，环形高频电流互感器圆周上分别绕有3个绕组，3个绕组的绕制方向均为同相，其中的2个绕组的输入端连接至交流电源进线端，该2个绕组的输出端分别连接到噪声电源设备的输入火线和零线端，噪声电源设备的一端接地；另一个绕组的一端接地，另一端通过第一电阻(R1)连接到运算放大器(A)的一个输入端，运算放大器(A)的另一个输入端通过第二电阻(R2)接地，运算放大器(A)的输出端分别经第一高压陶瓷电容(C1)连接至噪声电源设备的输入火线端，经第二高压陶瓷电容(C2)连接至噪声电源设备的零线端，第一高压陶瓷电容(C1)和第二高压陶瓷电容(C2)分别经第三电阻(R3)接地。

2.如权利要求1所述的高衰减超小型共模传导电磁干扰有源滤波器，其特征在于，所述的运算放大器(A)工作在开环状态，即运算放大器(A)的输入端和输出端之间没有任何电气的连接。

3.如权利要求1所述的高衰减超小型共模传导电磁干扰有源滤波器，其特征在于，所述的高频电流互感器设置在靠近交流电源进线端一侧，高频电流互感器与交流电源的连接方式为串联连接。

4.如权利要求1所述的高衰减超小型共模传导电磁干扰有源滤波器，其特征在于，所述的运算放大器的带宽不低于50MHz。

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