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高频开关电源的共模干扰抑制技术(上)

因为MOSFET及IGBT和软开关技能在电力电子电路中的广泛使用,使得功率变换器的开关频率越来越高,结构更加紧凑,但亦带来许多问题,如寄生元件发生的影响加重,电磁辐射加重等,所以EMI问题是现在电力电子界重视的首要问题之一。
传导是电力电子设备中搅扰传达的重要途径。差模搅扰和共模搅扰是首要的传导搅扰形态。大都情况下,功率变换器的传导搅扰以共模搅扰为主。本文介绍了一种依据补偿原理的无源共模搅扰按捺技能,并成功地使用于多种功率变换器拓扑中。理论和试验成果都证明了,它能有效地减小电路中的高频传导共模搅扰。这一计划的优越性在于,它无需额定的控制电路和辅佐电源,不依赖于电源变换器其他部分的运转情况,结构简略、紧凑。
补偿原理 
共模噪声与差模噪声发生的内部机制有所不同:差模噪声首要由开关变换器的脉动电流引起;共模噪声则首要由较高的d/d与杂散参数间相互作用而发生的高频振动引起。如图1所示。共模电流包括连线到接地面的位移电流,一起,因为开关器材端子上的d/d是最大的,所以开关器材与散热片之间的杂散电容也将发生共模电流。图2给出了这种新式共模噪声按捺电路所依据的实质概念。开关器材的d/d通过外壳和散热片之间的寄生电容对地构成噪声电流。按捺电路通过检测器材的d/d,并把它反相,然后加到一个补偿电容上面,然后构成补偿电流对噪声电流的抵消。即补偿电流与噪声电流等幅但相位相差180°,而且也流入接地层。依据基尔霍夫电流规律,这两股电流在接地点汇流为零,所以50Ω的阻抗平衡网络(LISN)电阻(接丈量接收机的BNC端口)上的共模噪声电压被大大削弱了。 
高频开关电源的共模干扰抑制技术(上)

图2提出的共模噪声消除办法 
2    依据补偿原理的共模搅扰按捺技能在高频开关电源中的使用 
本文以单端反激电路为例,介绍依据补偿原理的共模搅扰按捺技能在功率变换器中的使用。图3给出了典型单端反激变换器的拓扑结构,并加入了新的共模噪声按捺电路。如图3所示,从开关器材过来的d/d所导致的寄生电流para注入接地层,附加按捺电路发生的反相噪声补偿电流comp也一起注入接地层。抱负的情况就是这两股电流相加为零,然后大大减少了流向LISN电阻的共模电流。使用现有电路中的电源变压器磁芯,在原绕组结构上再添加一个附加绕组NC。因为该绕组只需流过由补偿电容comp发生的反向噪声电流,所以它的线径相对原副方的P及S绕组显得很小(由实践设备的规划考虑决议)。附加电路中的补偿电容comp首要是用来发生和由寄生电容para引起的寄生噪声电流反相的补偿电流。comp的巨细由para和绕组匝比P∶C决议。如果P∶C=1,则comp的电容值获得和para适当;若P∶C≠1,则comp的取值要满意comp=para·d/d。 
高频开关电源的共模干扰抑制技术(上)

此外,还能够通过改造比如Buck,Half-bridge等DC/DC变换器中的电感或变压器,然后构成无源补偿电路,完成噪声的按捺。
3试验及成果
       试验采用了一台5kW/50Hz艇用逆变器的单端反激辅佐电源作为试验渠道。沟通调压器的输出通过LISN送入高频开关电源整流桥,高频开关电源整流后的直流输出作为反激电路的输入。多点测得开关管集电极对试验地(机壳)的寄生电容大约为80pF,鉴于试验室现有的电容元件,取用了一个100pF,耐压1kV的瓷片电容作为补偿电容。一接地铝板作为试验桌面,LISN及待测反激电源的外壳均杰出接地。图6是补偿绕组电压和原方绕组电压波形。补偿绕组准确的反相重现了原方绕组的波形。图7是流过补偿电容的电流和开关管散热器对地寄生电流的波形。从图7能够看出,补偿电流和寄生电流波形相位相差180°,在一些波形尖刺方面也较好地符合。可是,因为开关管的金属外壳为集电极且与散热器相通,散热器形状的不规则导致了开关管寄生电容丈量的不确定性。由图7可见,补偿电流的幅值大于实践寄生电流,阐明补偿电容的取值与寄生电容的迫临程度不够好,取值略偏大。图8给出了补偿电路加入前后,流入LISN接地线的共模电流波形比较。通过共模按捺电路的电流平衡后,共模电流的尖峰得到了很好的按捺,试验数据表明,最大的按捺量大约有14mA左右。 

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