一种新型PWM逆变器有源共模EMI滤波器
摘要：本文提出了一种用于脉宽调制（PWM）逆变器应用的新型有源共模电磁干扰（EMI）滤波器。 所提出的滤波器基于电流检测和补偿电路，并利用快速晶体管放大器进行电流补偿。 该放大器利用隔离的低压直流电源对其进行偏置，并且可以构建独立于设备电源电压的有源滤波器。 因此，所提出的有源滤波器可以在任何应用中使用，无论其工作电压如何。 实验结果证明了该电路的有效性。
索引项：共模电磁干扰，逆变器，脉宽调制，晶体管放大器。
1.引言
如图1所示，PWM逆变器是固有的噪声源，它使电压突变（高）伴随着开关动作[1]，[2]。由于传导和辐射电磁干扰（EMI）[3]，[4]，加上负载机器的杂散电容，会产生高频电流，影响附近设备的运行。随着半导体技术的进步，功率器件在降低开关损耗和提高系统可控性方面的速度越来越快，但电磁干扰水平的提高也伴随着功率器件性能的提高。特别是PWM逆变器共模电压引起的泄漏电流是传导和辐射电磁干扰的主要问题。由于电机处的高频泄漏电流通过接地返回，其循环回路与正常模式电流相比相对较大。这个大的循环回路起到了天线的作用，以应对辐射的电磁干扰。最近，许多国家在其法规[3]-[6]中限制了电磁干扰的发射。为了满足这些法规的要求，已经集中了许多减少电磁干扰的工作，其中大部分都与输入/输出电磁干扰滤波器的设计有关[1]–[3]，[7]。传统的滤波器多为无源滤波器。在设计无源滤波器时，可获得的插入损耗受到可用LC产品的限制，为了满足要求，应增加LC产品的插入损耗。在共模电磁干扰的情况下，出于安全原因，不能增加总电容[3]，应增加共模扼流圈的电感以增加插入损耗，这使得共模滤波器体积庞大。许多研究人员试图开发一些有源滤波技术来克服这些限制[8]-[12]。
本文提出了一种新的有源共模EMI滤波器，以抑制传导共模EMI。它能在有限的LC积下提供足够的衰减，无论系统的工作电压如何，都有很好的应用前景。本文将对其进行分析和实验验证。
2. 有源共模EMI滤波器
图2示出了所提出的有源共模EMI滤波器（ACEF）的基本概念。电路基于拓扑结构，使用电流传感和补偿[8]、[9]、[11]、[12]。噪声源是图2中的PWM逆变器，输入滤波器可以是额外的无源滤波器，这会产生额外的插入损耗。串联共模扼流圈通过附加绕组作为共模电流传感元件。通过的高频电流在共模扼流圈中产生高频磁通，从而在跨导放大器的输入端产生高频电压。放大器的输出连接到输出电容器，输出电容器用于向地注入电流。在这种滤波电路中，注入的电流不使用耦合电容就不能在系统中循环，因为不能形成闭环。因此用于为内部循环提供高频共模电流的低阻抗路径。滤波电路的电源电压用于向放大器提供偏置电压。
在低频时的阻抗足够大，以隔离从主电压偏置电压。ACEF所需的偏置电压可按（1）计算。例如，如果应在1 MHz下提供0.5 A的高频电流，则偏置电压应大于7.96 V以驱动10 nF电容器，这是输出电容器和耦合电容器的串联阻抗
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