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一种有源共模EMI滤波技术研究

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  4 实验设计
  4.1 运算放大器的选择
  在理想情况下，通过补偿ig=O，这需要ic=-in，在实际中往往由于运放的反馈网络不可能是无穷大，而且从稳定性考虑，高频情况下对环路增益折中选择。另外需选用频带较宽，响应速度快，对输共模电感器入电压中的共模电压有较高的抑制并且能输出较大电流(电流幅值约20mA/120dBμV)的运放，这里选择运放为TI公司的THS系列中如THS4空调电感器001或者Fairchild公司的FHP3130、FHP3230、FHP3430等。
  4.2 电流互感器的设计
  这里电流互感器采用环形磁芯结构，选取原副边匝比为l：N，其中原边为绕行电感一匝电源进线，这里需要电流互感器有一阶高频特性，其低频可等效为如图6所示，可以知道其下限频率为

  

  式中：Ae为磁芯的有效截面积；
  ι为有效磁路长度；
  μr为相对磁导率。

  

  故要改善下限截止频率，可以增加副边绕组，增加磁芯有效截面积等来实现。
  对于上限截止频率，提高电流互感器高频特性，只有尽量减小互感器的寄生参数的影响，如为了消除原、副边绕组间寄生电容对电流互感器高频特性的影响，对原边电流进线可采用屏蔽设置。
  4.3 C1的选择
  C1起到的是隔离直流偏置电源与主电路回路的作用，这里选择Yl型电容。
  

  5 实验及结果分析
  实验以一个半桥变换电路作为被测对象，实验环境为全屏蔽实验室。大功率电感贴片电感器实验所用仪器为一台LISN绕行电感器和一台SCR3501型电磁兼容测量分析仪。被测物距地面高度为0.8 m，距检测装置LISN水平距离O.8 m，所有装置的外壳均可靠接大地。测得被测对象的传导FMI频谱如图7、图8、图9所示，均采用峰值检测频谱图中的两条准线，上面一条为欧盟传导标准EN55022B，下面一条线为与之相差lOdB表示裕量。图7为无任何EMI滤波措施时装置的频谱，噪声电流直接经分布电容流回交流电源侧，因此超标严重；图8为增加了有源滤波装置后共模噪声测量频谱，在全频段范围内均有大幅衰减，在较低频段(150kHz～2MHz)抑制略有不足，图8中标示在210 kHz这个点上仍然超出规定标准(该点处约64dB)约3.5 dB。图9为有源与无源滤波电路相结合后所测得的噪声频谱，在有源滤波的基础上还增加了一个小的共模电感并增加了两个Y电容，此时150kHa~1 MHz上的噪声明显衰减，全频带范围内噪声值均在下面一条准线以下，因此至少还有10dB裕量。

  

  6 结语
  本文阐述了共模传导噪声的产生及其流动的回路以及测量的原理，并以此对有源滤波器的进行了分析与设计，在此基础上设计了实验电路，通过实验证明了该方案的可行性。可以得出以下结论。
  (1)这种有源EMI滤波器能够对EMI的共模干扰起到类似无源元件构成的滤波器的滤波作用，通过实验证明，滤波器工作性能是稳定的，配合少量无源元件可以达到EMI检测合格标准。
  (2)与传统的EMI滤波器相比较，该有源滤波器易于集成，这也是一种趋势，现在已经有用于DC/DC方面的集成有源EMI滤波器的成品，如PIC0R公司的QPI-3，采用封装为1.0”×1.O”×O.2”SIP，能有效减少滤波器的体积和高度，且在很大程度上不依赖设计者的经验，这种利于集成和以实用为主导的技术思想也是开关电源EMI抑制手段的一种新思路。

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