CN206807285U - 一种可抑制大功率开关电源emi的数字有源emi抑制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可抑制大功率开关电源EMI的数字有源EMI抑制装置，包括通过火线L、零线N连接的供电电源、干扰源；供电电源和干扰源之间的火线L上连接有EMI信号检测电路、EMI注入电路，EMI信号检测电路在火线L上的连接点为检测点P，EMI注入电路在火线L上的连接点为注入点Q，解耦电路连接在火线L上的检测点P与注入点Q之间；EMI信号检测电路和EMI注入电路分别与控制模块连接，控制模块与干扰源之间通过4根开关驱动信号线连接。本实用新型数字有源EMI抑制装置，解决了现有数字有源EMI滤波器的滤波效果受到DAC输出能力限制的问题，能够有效抑制由大功率开关电源产生高能量的EMI干扰信号。

Description

一种可抑制大功率开关电源EMI的数字有源EMI抑制装置

技术领域

本实用新型属于开关电源电磁兼容技术领域，具体涉及一种可抑制大功率开关电源EMI的数字有源EMI抑制装置。

背景技术

开关电源以其低损耗、高效率、电路简洁等显著优点受到人们的青睐。随着数字处理技术的进步，尤其是基于硬件描述语言编程和具有并行处理能力的FPGA广泛发展，运算速度成倍的提高，同时，模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)转换速度和精度也大幅提高，更加上数字处理器成本的不断降低，使得EMI滤波器的数字化可以实现，数字有源EMI滤波器(DAEF)实际应用成为可能。

专利一种嵌入式数字有源EMI滤波器(专利号：ZL201420050342.X，申请日：2014.1.26，公告号：203788141，公告日：2014.8.20)，给出了数字有源EMI滤波器的形状结构。专利一种用于LED开关电源的数字有源EMI滤波器的方法(专利号：ZL201410036622.X，申请日：2014.1.26，公开号：103795238，公开日：2014.5.14)，提出了基于LED开关电源的数字有源EMI滤波器的设计方法。专利含解耦电路的数字有源EMI滤波***及解耦电路的设计方法(专利号：ZL201510060605.4，申请日：2015.2.5，公开号：104702096，公开日：2015.6.10)，给出了解耦电路的设计方法和步骤。专利一种同时抑制共差模电磁干扰的数字有源滤波器(专利号：ZL201420250215.4，申请日：2014.5.14，公告号：203933015，公开日：2014.11.05)，给出了能抑制共差模干扰的数字有源EMI滤波器结构。但是目前这些数字有源EMI滤波器的滤波效果都是基于DAC的输出能力去抑制EMI干扰信号的，一般情况下这种抑制能力受到DAC输出电流的限制，而DAC的最大输出电流为20mA(86.02dBμV)，对于开关电源产生的能量高于86.02dBμV时，这些抑制装置根本达不到抑制效果。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种可抑制大功率开关电源EMI的数字有源EMI抑制装置，解决了现有数字有源EMI滤波器的滤波效果受到DAC输出能力限制的问题，能够有效抑制由大功率开关电源产生高能量的EMI干扰信号。

本实用新型所采用的技术方案是：一种可抑制大功率开关电源EMI的数字有源EMI抑制装置，包括通过火线L、零线N连接的供电电源、大功率开关电源；供电电源和大功率开关电源之间的火线L上连接有EMI信号检测电路、EMI注入电路，EMI信号检测电路在火线L上的连接点为检测点P，EMI注入电路在火线L上的连接点为注入点Q，解耦电路连接在火线L上的检测点P与注入点Q之间；EMI信号检测电路和EMI注入电路分别与控制模块连接，控制模块与干扰源之间通过4根开关驱动信号线连接。

本实用新型的特点还在于：

EMI信号检测电路是由电阻R_sen和电容C_sen构成的RC高通滤波器，电容C_sen一端连接到火线L上的检测点P，电容C_sen另外一端与电阻R_sen的一端串联连接，并连接至控制模块上，电阻R_sen的另一端接地。

控制模块包括与EMI信号检测电路连接的ADC电路，ADC电路与DAEF控制器连接，DAEF控制器分别与DAC电路、开关驱动时序同步器连接，开关驱动时序同步器与捕获器1、捕获器2、捕获器3、捕获器4的连接，捕获器1、捕获器2、捕获器3、捕获器4均与大功率开关电源连接，DAC转换电路与EMI注入电路连接。

EMI注入电路是由电容C_inj和宽频带高增益放大器串联构成，电容C_inj的一端连接火线L上的注入点Q，电容C_inj的另外一端与宽频带高增益放大器串联，宽频带高增益放大器的另一端与控制模块连接。

本实用新型的有益效果是：本实用新型一种可抑制大功率开关电源EMI的数字有源EMI抑制装置，从根本上解决了目前DAEF的滤波效果受到DAC输出能力限制的问题。特别是针对产生大于86.02dBμV EMI的大功率开关电源，本实用新型有能力抑制其产生的EMI。

附图说明

图1是本实用新型数字有源EMI控制装置的结构示意图；

图2是本实用新型数字有源EMI控制装置的错周期控制的时序划分图；

图3是无EMI滤波措施的干扰频谱图；

图4是使用本实用新型数字有源EMI控制装置后的DAEF干扰频谱图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型是一种可抑制大功率开关电源EMI的数字有源EMI抑制装置。开关功率变换器的传导EMI因开关规律性通断会呈现出一定的周期性特点，本实用新型中的DAEF控制器采用开关周期时间尺度错开关周期闭环抑制传导EMI，这样的控制在一个开关周期尺度内可有足够的时间完成***的补偿策略。

本实用新型数字有源EMI控制装置的结构如图1所示，包括通过火线L、零线N连接的供电电源、大功率开关电源(干扰源)；供电电源和干扰源之间的火线L上连接有EMI信号检测电路、EMI注入电路，EMI信号检测电路在火线L上的连接点为检测点P，EMI注入电路在火线L上的连接点为注入点Q，解耦电路连接在火线L上的检测点P与注入点Q之间；EMI信号检测电路和EMI注入电路分别与控制模块连接，控制模块与干扰源之间通过4根开关驱动信号线连接。其中，EMI信号检测电路、EMI注入电路、解耦电路和控制模块组成了数字有源EMI抑制装置。

EMI信号检测电路是由电阻R_sen和电容C_sen构成的RC高通滤波器，电容C_sen一端连接到火线L上的检测点P，电容C_sen另外一端与电阻R_sen的一端串联连接，并连接至控制模块上，电阻R_sen的另一端接地。EMI信号检测电路即为一个高通滤波器，允许150kHz以上的EMI噪声信号通过。

控制模块包括与EMI信号检测电路连接的ADC电路，ADC电路与DAEF控制器连接，DAEF控制器分别与DAC电路、开关驱动时序同步器连接，开关驱动时序同步器与捕获器1、捕获器2、捕获器3、捕获器4的连接，捕获器1、捕获器2、捕获器3、捕获器4均与大功率开关电源连接，DAC转换电路与EMI注入电路连接。控制模块连接电源+3.3V以及GND。

DAEF控制器对ADC电路采样的数字离散信号进行FFT(傅里叶变换)变换与错周期重构处理，DAC电路将DAEF控制器输出的数字信号进行反FFT变换。

EMI注入电路是由电容C_inj和宽频带高增益放大器串联构成，电容C_inj的一端连接火线L上的注入点Q，电容C_inj的另外一端与宽频带高增益放大器串联，宽频带高增益放大器的另一端与控制模块连接，宽频带高增益放大器连接电源+15V、-15V以及GND。经控制模块重构后的信号，通过EMI注入电路将其放大输出。

本实用新型所采用的一种可抑制大功率开关电源EMI的数字有源EMI抑制装置，解决了目前大功率开关电源抑制EMI的能力不足问题，特别是当开关电源产生的EMI能量大于86.02dBμV时，目前的数字有源EMI滤波器无法达到国家标准，因为目前的DAC只能输出20mA(86.02dBμV)以下的能力。本实用新型的注入电路中有宽频带高增益放大器，解决了DAEF的滤波能力受DAC输出电流限制的问题。

数字有源EMI控制模块中的错周期控制可以在半个开关周期时间尺度的前半段对信号进行高频采集，在后半段则可以基于频域信号处理法对所采集的信号进行处理，在频域中对EMI信号的幅值和相位进行预测重构，然后把数据由频域信号转化成时域离散信号，在下一周期的信号采集过程中输出以消除下一个周期产生的EMI信号。本实用新型数字有源EMI抑制装置的错周期控制时序划分图如图2所示，在一个开关周期内每个开关管一半时间为开关管关断区，一半时间为开关管开通区，每个阶段又分为数据采集及输出区(第一次数据采集时，该阶段仅为本周期数据采集，第二次及其之后数据采集时，该阶段进行本周期数据采集的同时并对上一周期的信号进行输出)和数据处理区两个阶段。开关管关断时可以分为数据采集Ⅰ及输出区Ⅰ、数据处理区Ⅰ两个阶段，开关管开通时可以分为数据采集Ⅱ及输出区Ⅱ、数据处理区Ⅱ两个阶段。

在开关管关断时，图2中1是数据采集Ⅰ及输出区Ⅰ，在当前状态下，控制模块对电路中开关管的当前状态产生的传导EMI进行采集，在图2中2数据处理区Ⅰ进行信号的重构处理把数据采集Ⅰ得到的EMI噪声信号进行幅值和相位的重构，经过一个周期的延时等到再次开关管关断时图2中5时把上周期2数据处理区Ⅰ中重构好的EMI信号注入到电路。所以在数据采集Ⅰ及输出区Ⅰ中数据采集Ⅰ是针对当前开关管关断时的EMI噪声信号的采集，输出区Ⅰ则是针对前一个周期开关管关断时产生的EMI经过数据处理Ⅰ重构后的输出。在2数据处理区Ⅰ中是将当前周期的数据采集Ⅰ采集的信号进行重构处理。同样在下一个周期的数据采集Ⅰ及输出区Ⅰ中不但要采集当前周期的EMI噪声信号还要将上一个周期数据处理Ⅰ重构后的EMI噪声信号输出，这就完成了对开关管关断时产生EMI的抑制。

图2中3是开关管开通时的数据采集区Ⅱ及输出区Ⅱ，在当前状态下，数据采集区Ⅱ是控制模块对电路中开关管的当前状态产生的传导EMI进行采集，然后在4数据处理区Ⅱ进行信号的幅值和相位重构，经过一个周期的延时等到开关管再次开通时图2中7时把上周期4重构后的EMI信号注入到电路。所以在数据采集Ⅱ及输出区Ⅱ中数据采集Ⅱ是针对当前状态开关管开通区时的EMI噪声信号的采集，输出区Ⅱ则是针对前一个周期的开关管开通区产生的EMI经过前一个数据处理区Ⅱ进行幅值和相位重构后的输出。在4数据处理区Ⅱ中是将当前开关周期的数据采集Ⅱ采集的EMI进行重构。同理在下一个周期7的数据采集Ⅱ及输出区Ⅱ中不但要采集当前周期的EMI噪声信号还要将上一个周期数据处理Ⅱ重构后的EMI噪声信号输出，这就完成了对开关管开通时产生EMI的抑制。

本实用新型一种可控制大功率开关电源EMI的数字有源EMI抑制装置，通过一个高通滤波器将150kHz以上的信号进行采集，然后经过ADC电路把模拟信号转换成离散的数字信号，通过DAEF控制模块进行信号的时频域处理，将采集好的信号进行重构，重构后经过DAC电路，然后再经过注入电路的宽频带高增益放大器将信号放大，等到下一个周期开关驱动信号到来时，将上一周期重构好的信号进行注入达到EMI抑制的作用。

如图3所示为在Boost电路模型中没有安装本实用新型EMI滤波器的传导EMI频谱；即图3表示无EMI滤波措施的干扰频谱图，从图中可以看出EMI干扰已经达到100dBμV，特别是在低频段已经远远超过了国际标准限值。

如图4所示为使用本申请可抑制大功率开关电源EMI的数字有源EMI抑制装置后的EMI频谱。将它与图3进行对比，可以看出整体上的传导EMI都大幅度降低，特别是在低频段。使用DAEF错周期控制后的传导EMI的值已远远低于国际水平。

Claims (4)

1.一种可抑制大功率开关电源EMI的数字有源EMI抑制装置，其特征在于，包括通过火线L、零线N连接的供电电源、大功率开关电源；供电电源和大功率开关电源之间的火线L上连接有EMI信号检测电路、EMI注入电路，EMI信号检测电路在火线L上的连接点为检测点P，EMI注入电路在火线L上的连接点为注入点Q，解耦电路连接在火线L上的检测点P与注入点Q之间；EMI信号检测电路和EMI注入电路分别与控制模块连接，控制模块与干扰源之间通过4根开关驱动信号线连接。

2.根据权利要求1所述的一种可抑制大功率开关电源EMI的数字有源EMI抑制装置，其特征在于，所述EMI信号检测电路是由电阻R_sen和电容C_sen构成的RC高通滤波器，电容C_sen一端连接到火线L上的检测点P，电容C_sen另外一端与电阻R_sen的一端串联连接，并连接至所述控制模块上，电阻R_sen的另一端接地。

3.根据权利要求1所述的一种可抑制大功率开关电源EMI的数字有源EMI抑制装置，其特征在于，所述控制模块包括与所述EMI信号检测电路连接的ADC电路，ADC电路与DAEF控制器连接，DAEF控制器分别与DAC电路、开关驱动时序同步器连接，开关驱动时序同步器与捕获器1、捕获器2、捕获器3、捕获器4连接，捕获器1、捕获器2、捕获器3、捕获器4均与所述大功率开关电源连接，DAC转换电路与所述EMI注入电路连接。

4.根据权利要求1所述的一种可抑制大功率开关电源EMI的数字有源EMI抑制装置，其特征在于，所述EMI注入电路是由电容C_inj和宽频带高增益放大器串联构成，电容C_inj的一端连接火线L上的注入点Q，电容C_inj的另外一端与宽频带高增益放大器串联，宽频带高增益放大器的另一端与所述控制模块连接。