CN113162396B - 一种基于vscc和cscc的非对称级联型有源emi滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于VSCC和CSCC的非对称级联型有源EMI滤波器，该级联方案包括：两级VSCC和CSCC异型有源滤波器串联连接，前级VSCC有源滤波器输入端与输入电源连接，输出端连接后级CSCC有源滤波器的输入端，后级CSCC有源滤波器的输入端连接前级VSCC有源滤波器的输出端，输出端连接输出用电设备；输入电源可为交流信号输入也可为直流信号输入，输出设备可为直流用电设备也可为交流用电设备。通过上述技术方案，能够使得滤波器总体体积较小并且对噪声信号具有较大的抑制能力。
Description
技术领域
本发明涉及电磁兼容领域，特别是涉及到小体积高***损耗的非对称级联有源滤波器结构及其实现电路。
背景技术
电力电子技术始终朝着高频化，小型化，大功率和高功率密度的方向发展。随着控制频率的提升以及新一代半导体器件的应用，如今电力电子设备的体积和效率都已经得到了很好的优化。但是高的开关速度和开关频率也会造成电磁环境的严重恶化，使得噪声出现的幅值和频段都显著提高。传统的无源EMI滤波器通过在电路中添加电感和电容元件能够对噪声信号起到很好的衰减作用，但是由于自身体积的限制，无源EMI滤波器无法适应电力电子设备的发展趋势。有源EMI滤波器不同于传统的无源滤波器，它以反向注入补偿信号的方式对噪声信号进行抵消，有源滤波器由于不采用体积庞大的无源器件所以能在体积上得到很好的优化，但是其自身对噪声的抑制效果有限，单级有源滤波器往往不能达到要求的效果。混合型的EMI滤波器通过对有源滤波器和无源滤波器的组合使用能够在噪声抑制和体积优化方面获得平衡，在优化滤波能力的同时虽然体积小于传统的无源EMI滤波器，但是相比于有源滤波器的体积还是显得庞大。
发明内容
本发明的目的是提供一种小体积高***损耗的非对称级联型有源EMI滤波器，以解决现有的EMI滤波器不能满足电力电子设备高***损耗以及小体积要求的问题，优化EMI滤波器在电力电子设备中的使用。
本发明所提出的非对称级联型有源滤波器适用于对噪声抑制能力和体积都具有很高要求的电力电子设备。这种被提出的非对称级联型有源滤波器主要包括两级不同类型的有源滤波器，它以纯有源的方式对噪声信号进行大幅度的衰减，与此同时，由于不需要额外的无源滤波器，该方案提出的非对称级联型有源滤波器能在保证高***损耗的同时，使得总体体积相比于传统的滤波器体积会极大的优化。
本发明提供了一种基于VSCC和CSCC的非对称级联型有源EMI滤波器电路，用以解决传统无源滤波器无法适应电力电子设备小型化，高频化发展趋势的问题。
本发明提供了一种基于VSCC和CSCC的非对称级联型有源EMI滤波器电路，所述电路包括：
两级非对称有源滤波器串联连接，所述的前级VSCC有源滤波器输入端与输入电源连接，输出端连接后级CSCC有源滤波器的输入端，所述的后级CSCC有源滤波器的输入端连接前级VSCC有源滤波器的输出端，输出端连接输出用电设备。所述输入电源可为交流信号输入也可为直流信号输入，所述输出设备可为直流用电设备也可为交流用电设备。两级有源滤波器不共用相同的采样信号和采样点，两级有源滤波器不共用相同的注入信号和补偿信号注入点。所述非对称级联型有源滤波器对噪声信号进行两次补偿，前级VSCC有源滤波器的补偿信号基于噪声信号，后级CSCC有源滤波器的补偿信号基于噪声信号和前级VSCC有源滤波器的补偿信号的和。所述非对称级联型有源滤波器不引入具有较大体积的传统无源滤波元件，具有较小的体积和对干扰信号较强的抑制能力。
结合上述方面，所述基于VSCC和CSCC的非对称级联型有源EMI滤波器电路具有两种可能的应用场合：在第一种可能的应用场合中，所述基于VSCC和CSCC的非对称级联型有源EMI滤波器单独使用，滤波器整体不包括具有传统滤波作用的滤波元件；在第二种可能的应用场合，所述基于VSCC和CSCC的非对称级联型有源EMI滤波器配合传统的无源滤波元件共同使用，达到对噪声信号更好的抑制效果。
本发明提出的基于VSCC和CSCC的非对称级联型有源EMI滤波器电路具有如下优点：一、所述的非对称级联型有源滤波器电路以有源的方式对噪声信号进行反向抵消，滤波器整体不涉及体积庞大的无源滤波元件，对比传统无源滤波器电路具有体积小巧的优势。二、所述的非对称级联型有源滤波器具有高***损耗的优势，所述的非对称级联型有源滤波器相比如常规的单级有源滤波器在噪声抑制能力方面有明显提高。三、所述的非对称级联型有源滤波器同时适用于共模噪声和差模噪声的抑制，并且抑制效果在单级有源滤波器的基础上都有显著提高。
附图说明
图1为非对称级联型有源滤波器连接示意图
图2为基于VSCC和CSCC的非对称级联型有源EMI滤波器示意图
图3为基于VSCC和CSCC的非对称级联型有源EMI滤波器电路图
图4为基于VSCC和CSCC的非对称级联型有源EMI滤波器仿真结果
图5为基于VSCC和CSCC的非对称级联型有源EMI滤波器实测结果
具体实施方式
在本申请实施例提供的技术方案中，所述的非对称级联型有源滤波器由前级VSCC有源滤波器和后级CSCC有源滤波器组成，所述前级VSCC有源滤波器的输入端连接输入电源，输出端连接所述后级CSCC有源滤波器输入端，所述后级CSCC有源滤波器输入端连接所述前级VSCC有源滤波器输出端，输出端连接输出用电设备。
下面结合附图对本申请实施例技术方案的主要实现原理、具体实施方式及其对应能够达到的效果进行详细的阐述。
实施例一
请参考图1，本发明实施例提供了一种非对称级联型有源滤波器的电路图，该电路包括：
两级非对称级联型有源滤波器串联连接，由前级VSCC有源滤波器和后级CSCC有源滤波器组成，所述前级VSCC有源滤波器输入端连接输入电源，输出端连接所述后级CSCC有源滤波器输入端，所述后级CSCC有源滤波器输入端连接所述前级VSCC有源滤波器输出端，输出端连接输出用电设备。在应用场合中，输入电源可为交流信号输入，也可为直流信号输入，同时输出用电设备可为直流用电设备，也可为交流用电设备，所述的非对称级联型有源滤波器不会影响输出用电设备的正常工作状态。
参考图2，在所述的非对称级联型有源滤波器示意图中，主要由等效受干扰对象ZLISN，前级VSCC有源滤波器，后级CSCC有源滤波器和干扰源等效电路组成。所述前级VSCC有源滤波器采用电压采样电流补偿拓扑电路，所述后级CSCC有源滤波器采用电流采样电流补偿拓扑电路，所述前级VSCC有源滤波器，后级CSCC有源滤波器均采用反馈控制。噪声信号从所述等效干扰源侧流出，流经所述等效受干扰对象，在所述等效受干扰对象上产生干扰电压信号，该干扰电压信号由所述前级VSCC有源滤波器采样所得，经过所述前级VSCC有源滤波器信号放大环节后产生补偿信号I补偿_1，该补偿信号与流向所述等效受干扰对象的干扰电流具有接近的幅值，相反的相位。由于补偿信号和原始干扰信号的共同作用，流经所述等效受干扰对象的干扰电流被抵消，噪声被大幅度衰减。所述后级CSCC有源滤波器采用电流采样电流补偿拓扑，所述后级CSCC有源滤波器电路采样的信号为流过所述等效受干扰对象的干扰电流以及补偿电流I补偿_1的总和，因此采样到的信号具有更大的幅值。被所述后级CSCC有源滤波器采样到的电流信号经过后级CSCC有源滤波器的信号放大环节放大后产生补偿信号I补偿_2，由所述后级CSCC有源滤波器产生的补偿信号在幅值上将会大于前级VSCC有源滤波器产生的补偿信号。由于所述前级VSCC有源滤波器和所述后级CSCC有源滤波器均采用反馈控制，更大的反馈信号将带来更好的噪声抑制效果。
参考图3，图中所示为所述基于VSCC和CSCC的非对称级联型有源EMI滤波器电路图，基于图3电路，进行电路仿真，仿真结果如图4所示。对比添加所述非对称级联型有源滤波器前后噪声信号幅值可发现，本发明提出的非对称级联型有源滤波器对于噪声具有明显抑制作用。
参考图5，图中曲线Q1为实验测试中未添加所述非对称级联型有源滤波器情况下的噪声幅值，曲线Q2为添加所述非对称级联型有源滤波器情况下的噪声幅值，通过对比添加所述非对称级联型有源滤波器前后，噪声信号在幅值上具有极大衰减，所述非对称级联型有源滤波器对噪声信号具有很强的消除作用。
Claims (3)
1.一种基于VSCC和CSCC的非对称级联型有源EMI滤波器，其特征在于，第一有源滤波器左侧输入端通过第一有源滤波器的参考地GND1和电容C采样_1与左侧输入电源连接，第一有源滤波器右侧输出端通过参考地GND1和电容C注入_1连接后级第二有源滤波器左侧输入端，后级第二有源滤波器左侧输入端通过采样电感连接前级第一有源滤波器的输出端，后级第二有源滤波器输出端通过第二有源滤波器的参考地GND2和电容C注入_2连接右侧用电设备，此时的输入电源为受干扰侧，用电设备为干扰源侧；
两级电压采样电流注入VSCC和电流采样电流注入CSCC异型有源滤波器串联连接，前级第一有源滤波器VSCC输入端与输入电源连接，输出端连接后级CSCC有源滤波器的输入端，后级CSCC有源滤波器的输入端连接前级VSCC有源滤波器的输出端，输出端连接输出用电设备；VSCC有源滤波器和CSCC有源滤波器具有不同的采样和补偿特征，且VSCC有源滤波器和CSCC有源滤波器各自对电磁干扰噪声信号EMI进行一次抵消；VSCC有源滤波器和CSCC有源滤波器的拓扑和实现方式独立；输入电源可为交流信号输入也可为直流信号输入，输出设备为直流用电设备或交流用电设备，可以单独使用也可以配合其他滤波器共同使用，两级级联的有源滤波器串联连接，前级VSCC有源滤波器输入端连接输入电源，输出端连接所述后级CSCC有源滤波器输入端，后级CSCC有源滤波器输入端连接所述前级VSCC有源滤波器输出端，输出端连接所述有源滤波器输入端，两级有源滤波器不共用相同的采样信号和采样点，两级有源滤波器不共用相同的注入信号和补偿信号注入点，两级有源滤波器对噪声信号进行二次滤波效果，前级VSCC有源滤波器采样噪声信号并注入补偿信号后，后级CSCC有源滤波器所采样的信号为噪声信号和前级VSCC有源滤波器的补偿信号的和，根据此信号注入增益更大的补偿信号。
2.如权利要求1所述的一种基于VSCC和CSCC的非对称级联型有源EMI滤波器，其特征在于，两级有源滤波器的拓扑独立，所述前级VSCC有源滤波器和所述后级CSCC有源滤波器采用不同的采样方式或不同的补偿信号注入方式或不同的有源滤波器控制方式。
3.如权利要求1所述的一种基于VSCC和CSCC的非对称级联型有源EMI滤波器，其特征在于，输入电源可为交流信号输入也可为直流信号输入，输出设备可为交流用电设备也可为直流用电设备，非对称级联有源滤波器电路适合于多种供电形式和供电场合，也适合用多种用电形式和用电场合。
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