【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电磁兼容领域，特别涉及一种利用感性补偿模块的电压采样式传导电磁干扰抑制电路
技术介绍
1、随着新型半导体材料和电力电子技术的快速发展，电力电子设备整体朝着更高功率密度，更高效率方向发展，但是在超高开关频率背景(超过一兆赫兹)下遇到了一系列制约其进一步发展的问题，因此相应的控制策略稳定性，极端场景抗扰度和电磁兼容设计等方面的理论和技术更是不断的更新迭代。
2、针对这些技术和问题中的有源电磁干扰滤波技术(aef)，目前学界和工业界都有了一定的尝试和探索。相较于传统的无源滤波器件，有源滤波技术的主要优势体现在体积的小型化和低频段滤波的高插入损耗。有源滤波技术和无源滤波原理不同，其通过有源电路的设计，减少了许多无源器件，但仍能达到相应的电磁兼容标准。
3、但是由于有源器件增益带宽积的限制，有源滤波技术在中高频段滤波的插入损耗不尽人意。因此实际应用中，常常讲无源滤波和有源滤波配合使用，也称为混合型emi滤波器。其结合了有源和无源的特点，在实现高插入损耗的同时，尽可能使滤波体积小型化。
4、目前的混合型有源滤波器设计中，噪声信号的采样方案还存在一些问题。现在主流的噪声信号采样方式分为电压信号采样和电流信号采样。电压信号采样是通过阻容网络直接连接到主功率电路进行采样，因此有源滤波器和主功率电路没有电气隔离，稳定性容易受影响。而电流信号采样需要借助共模电感的磁芯或者额外的磁芯来组成电流传感器，因此电流信号采样虽然能实现主功率电路和有源滤波器的电气隔离，但是额外的磁芯会使滤波器体积变大，而复用共模
5、为了改善有源emi滤波器和无源滤波器件的配合效果，本专利技术提出了一种利用感性补偿模块的电压采样式传导电磁干扰抑制电路，在有源提升滤波插入损耗的基础上，新的隔离型电压采样方法能减小对无源滤波器件的影响，同时使得有源和无源滤波器有更高的集成度和配合效果。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种利用感性补偿模块的电压采样式传导电磁干扰抑制电路的电路。该电路的信号采样电路结构简单，功能稳定，可以使滤波器的有源部分和无源部分功能兼容度更好。
2、本专利技术提出的利用感性补偿模块的电压采样式传导电磁干扰抑制电路主要包括电压采样式模块，电压处理模块和感性补偿模块。电压采样式模块由采样电感磁芯和三个绕组组成，利用电感磁芯的第三绕组隔离采样得到电压信号。电压采样式模块采样到的电磁干扰电压信号将被传递到电压处理模块。电压处理模块将采样到的干扰电压信号做信号处理，其输出信号再通过感性补偿模块产生补偿电流信号，并将产生的补偿电流信号注入电路中，与原电磁干扰信号进行反向抵消。
3、电压采样式模块由采样电感磁芯，第一绕组l1，第二绕组l2和第三绕组l3组成，所述第一绕组l1、所述第二绕组l2与所述第三绕组l3都绕制在所述采样电感磁芯上，所述第一绕组l1和第二绕组l2具有相同的绕制方向和线圈匝数，绕组两端的电压差幅值大小一样，方向相同，两对绕组上的第一对同名端为节点8和节点9，分别连接到人工电源网络的两端，另一对同名端分别连接到电力电子变换器设备的输入端，而所述第三绕组输出端口间的电压信号即为隔离采样得到的电压信号，该采样得到的电压信号vin与所述第一绕组和所述第二绕组的两端共模电感电压vl成比例，其电压比等于所述辅助绕组与所述第一绕组的线圈匝数比n；
4、电压采样式模块是一个电压互感器的采样结构，使得主功率电路和有源滤波器电气隔离的同时，而电压互感器的采样电压的精度不受第三绕组l3负载电阻大小的影响，输入输出的电压之比仅取决于绕组l1、l2和l3之间的匝数比。
5、电压采样式模块中，由于运算放大器输入端存在虚短，第三绕组l3的负载电阻即为第一电阻和第二电阻r1和r2的串联，负载电阻的参数大小会通过绕组磁耦合影响第一绕组l1和第二绕组l2的电感等效阻抗，因此第一电阻和第二电阻r1和r2的参数设计时，其电阻阻值应该至少大于第一绕组l1和第二绕组l2在有源滤波工作频段内的最大等效阻抗的5倍，
6、
7、所述电压处理模块具有运算放大器，第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第一电容c1和第二电容c2，电压处理模块输入端口的两端子连接到电压采样式模块中第三绕组l3的两个端子1和2相连接，同时从电压处理模块的输出端口得到处理后的电压信号，其中，所述两个输出端和两个输入端之间分别连接有第三电阻r3和第四电阻r4。
8、所述电压处理模块的的输出电压信号vout和输入的第三绕组端口电压信号vin成线性比例关系，同时vout和第一绕组l1与第二绕组l2电感电压的关系表达式如下：
9、
10、所述电压处理模块中的第三电阻r3和第四电阻r4应该足够大，使得其流过的电流i3和i4的幅值远小于所述感性补偿模块中补偿电感l4电流i2的幅值，这样使得感性补偿模块输出的补偿电流i1几乎就等于补偿电感l4的电流i2，确保了补偿的有效性。
11、所述感性补偿模块是由补偿电感l4和第三电容c3组成，补偿电感l4连接在所述电压处理模块的输出端口之间，通过补偿电感l4将电压处理模块的输出电压转换成补偿电流信号，电容c3是用来隔离直流和滤除补偿电流中的一些低频干扰信号，然后使得所述补偿电流注入向功率地，对共模传导干扰进行抑制。
12、感性补偿电路中的所述补偿电感l4和第三电容c3的谐振频率应该低于传导电磁干扰频率范围的下限的十分之一，为了隔离直流和低频干扰信号，同时应该完整的保留传导电磁干扰频率范围内的有效信息，即：
13、
14、所述电压处理模块的输出电压加在所述补偿电感l4上产生补偿电流信号，根据电感两端电流落后电压90°的相位关系，将电压信号vout的转换为电流信号i2，最终得到的补偿电流i1与流过所述电压采样式电路的第一绕组和第二绕组的电磁干扰电流信号icm幅值成线性关系、方向相反，从而使得共模传导电磁干扰被高效地抑制；
15、
16、本专利技术与传统混合型有源滤波器对比，具有以下优势：
17、本专利技术通过采样电感磁芯的第三绕组构成的电压互感器采样得到电压信号。这种采样方案的精度不受第三绕组的负载影响，因此采样的精度更高，采样效果更稳定，同时有源滤波电路中的参数设计更自由，使得对原无源电路等效阻抗的影响可以大大地减小。
18、感性补偿模块中，补偿电流仅取决于补偿电感l4，而第三电容c3只是为了隔离直流和滤除补偿电流中的一些低频干扰信号，其容值大小基本不影响电流补偿的效果，因此可以选择小封装高耐压低容值的电容，缩减了模块的整体体积并且节省了成本。本专利技术将有源滤波电路与无源滤波元件进行了高效的组合。
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1.一种利用感性补偿模块的电压采样式传导电磁干扰抑制电路，包括电压采样式模块，电压处理模块和感性补偿模块；其特征在于，
2.根据权利要求1所述的利用感性补偿模块的电压采样式传导电磁干扰抑制电路，其特征在于，所述电压采样式模块由采样电感磁芯，第一绕组L1，第二绕组L2和第三绕组L3组成，所述第一绕组L1、所述第二绕组L2与所述第三绕组L3都绕制在所述采样电感磁芯上，所述第一绕组L1和第二绕组L2具有相同的绕制方向和线圈匝数，绕组两端的电压差幅值大小一样，方向相同，两对绕组上的第一对同名端为节点8和节点9，分别连接到人工电源网络的两端，另一对同名端分别连接到电力电子变换器设备的输入端，而所述第三绕组输出端口间的电压信号即为隔离采样得到的电压信号，该采样得到的电压信号Vin与所述第一绕组和所述第二绕组的两端共模电感电压VL成比例，其电压比等于所述辅助绕组与所述第一绕组的线圈匝数比n。
3.根据权利要求1所述的利用感性补偿模块的电压采样式传导电磁干扰抑制电路，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的利用感性补偿模块的电压采样式传导电磁干扰抑制电路，其特征
5.根据权利要求1所述的电压采样式传导电磁干扰抑制电路的电路结构，其特征在于，所述电压处理模块具有运算放大器，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1和第二电容C2，电压处理模块输入端口的两端子连接到电压采样式模块中第三绕组L3的两个端子1和2相连接，同时从电压处理模块的输出端口得到处理后的电压信号，其中，所述两个输出端和两个输入端之间分别连接有第三电阻R3和第四电阻R4。
6.根据权利要求1所述的利用感性补偿模块的电压采样式传导电磁干扰抑制电路，其特征在于，
7.根据权利要求1所述的利用感性补偿模块的电压采样式传导电磁干扰抑制电路，其特征在于，
8.根据权利要求1所述的利用感性补偿模块的电压采样式传导电磁干扰抑制电路，其特征在于，
9.根据权利要求1所述的利用感性补偿模块的电压采样式传导电磁干扰抑制电路，其特征在于，
10.根据权利要求1所述的利用感性补偿模块的电压采样式传导电磁干扰抑制电路，其特征在于，所述电压处理模块的输出电压加在所述补偿电感L4上产生补偿电流信号，根据电感两端电流落后电压90°的相位关系，将电压信号Vout的转换为电流信号I2，最终得到的补偿电流I1与流过所述电压采样式电路的第一绕组和第二绕组的电磁干扰电流信号ICM幅值成线性关系、方向相反，从而使得共模传导电磁干扰被高效地抑制；
...【技术特征摘要】
1.一种利用感性补偿模块的电压采样式传导电磁干扰抑制电路，包括电压采样式模块，电压处理模块和感性补偿模块；其特征在于，
2.根据权利要求1所述的利用感性补偿模块的电压采样式传导电磁干扰抑制电路，其特征在于，所述电压采样式模块由采样电感磁芯，第一绕组l1，第二绕组l2和第三绕组l3组成，所述第一绕组l1、所述第二绕组l2与所述第三绕组l3都绕制在所述采样电感磁芯上，所述第一绕组l1和第二绕组l2具有相同的绕制方向和线圈匝数，绕组两端的电压差幅值大小一样，方向相同，两对绕组上的第一对同名端为节点8和节点9，分别连接到人工电源网络的两端，另一对同名端分别连接到电力电子变换器设备的输入端，而所述第三绕组输出端口间的电压信号即为隔离采样得到的电压信号，该采样得到的电压信号vin与所述第一绕组和所述第二绕组的两端共模电感电压vl成比例，其电压比等于所述辅助绕组与所述第一绕组的线圈匝数比n。
3.根据权利要求1所述的利用感性补偿模块的电压采样式传导电磁干扰抑制电路，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的利用感性补偿模块的电压采样式传导电磁干扰抑制电路，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的电压采样式传导电磁干扰抑制电路的电路结构，其特征在于，所述电压处理模块具有...
【专利技术属性】
技术研发人员：孟鑫，穆罕默德·阿布·侯兰，周永兴，王云，苏鼎，孙昰行，陈文洁，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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