CN105052025A - 用于滤除电磁干扰的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于滤除电磁干扰的设备(1)，包括：-多个并联安放的电导体(5)，每个导体(5)包括放置于导体(5)的第一端(7)和第二端(8)之间的第一线圈(10)，所述第一线圈(10)磁性耦接在一起并且呈现一个且相同的第一匝数，所述导体(5)的第一端(7)和第二端(8)分别定义了关于设备的第一端子(7)和第二端子(8)，-多个电容器(13)，每个电容器(13)安放在电导体(5)的第二端(8)和设备的第三端子(15)之间，以及-附加电路(20)，包括与第一线圈(10)磁性耦合并呈现第二匝数的第二线圈(21)，所述电路(20)还包括附加线圈(23)。

Description

用于滤除电磁干扰的设备和方法
技术领域
本发明涉及电磁干扰(也被简称为EMI)的滤除。例如，这样的电磁干扰发生在1kHz以上的频率，这样的频率例如对应于固态转换器的开关频率。这样的EMI干扰与共模电流和差模电流有关。
背景技术
例如，本发明适用于滤除发生在电网和电能存储单元之间的电能的交换中的电磁干扰，值得注意地，其中电能存储单元被安装在电动或混动汽车上。例如，电能存储单元用于对用于驱动车辆的电动机供电。
使用无源滤波器来减少这样的电磁干扰是已知的实践。在图1至3中表示这样的无源滤波器的众多示例，这些滤波器被放置在用于在网络和电能存储单元之间传送电能的电线中。
图1表示电磁干扰滤除设备100，其实施用于将电网101连接到电能存储单元101的线的每个电导体的传统的LC滤波器，其中电网101在这里以电压源的形式表示，电能存储单元102在这里以电流源的形式表示。设备100包括线圈103和电容器104。此LC滤波器具有在其截止频率处呈现明显谐振的缺点。
为了纠正此现象，其它电磁干扰滤除设备是已知的。
图2表示这样的设备110，其中与电容器104并行地安放附加的支路111。传统的LC滤波器的谐振的衰减取决于附加支路的电容器的电容值和电容器104的电容值之间的比率的选择。
图3表示另一设备120，其中对于线的每个电导体提供附加支路121，此附加支路121与所述导体的线圈103并行地安放。在此示例中，每个附加支路121包括附加线圈123和电阻器124。附加线圈123被磁性地耦接在一起，并且与线圈103耦接在一起。滤波器120用于根据设备100在LC滤波器的截止频率处衰减谐振，而此截止频率不被移位。
设备110和120要求附加某一数量的附加组件来衰减在设备100的LC滤波器的截止频率处观察到的谐振，这是昂贵的并且可能产生其它缺点。例如，在滤波器120的情况中，与线圈103并行安放的每个附加支路121可能产生杂散电容，影响线圈103的谐振行为，从而使设备120的行为降级。
需要从简单地并经济地改善上述缺点的全部或一些的电磁干扰滤除设备中受益。
发明内容
本发明的目标是处理此需要，并且根据它的一个方面，本发明使用一种用于滤除电磁干扰的设备来实现此目标，该设备包括：
-多个并联安放的电导体，每个导体包括位于导体的第一端和第二端之间的第一线圈，所述第一线圈磁性地耦接在一起并且具有相同的第一匝数，所述导体的第一端和第二端分别定义了关于设备的第一端子和第二端子，
-多个电容器，每个电容器被安放在电导体的第二端和设备的第三端子之间，以及
-包括第二线圈的附加电路，该第二线圈磁性地与第一线圈耦合，并且第二线圈具有第二匝数，所述电路还包括附加线圈。根据本发明，附加电路可以改善图1的LC滤波器的谐振的问题，而不呈现图2和3的设备的缺点。
根据本发明的设备可以使得无源地滤除共模干扰成为可能。
附加电路不需要具有任何运算放大器、晶体管或任何其它可控电子组件。
附加电路可以单独地使用诸如电阻器、线圈和/或电容器的无源组件来形成。
附加电路实现“LR”类型的衰减，涉及的电阻能够是附加线圈的内阻抗和/或第二线圈的内阻抗，在这种情况中附加电路没有专门形成电阻的组件。
作为变例，附加电路可以包括电阻器，例如，与第二线圈和附加线圈串联安放的电阻器。
此“LR”类型的衰减提供了滤波器120的已知的优点。
此外，当附加电路不与设备的其余电链路而是仅通过第一线圈和第二线圈之间的磁性耦合链接时，在高频处减少此耦合使得附加电路对于这些频率可以对设备的其余相对透明，甚至对于这些频率来说附加电路能够被认为与设备的其余断开连接。从而避免了可能与设备的其它元件互相作用的附加电路能够在高频处产生谐振的可能性。此外，附加电路可以实现与第一线圈磁性耦合的单一的第二线圈，而不是如图3的滤波器120中的多个第二线圈123。此外，附加电路可能不再需要任何添加的电容器，不同于图2的滤波器110。
导体的数量可以大于或等于二。在以单相信号的形式传送电能的情况中，此数量例如等于二，然后一个导体形成信号的相线并且另一导体形成信号的中线(neutral)。
作为变例，可以使用多于两个导体，例如在以三相信号的形式进行电能的传送的情况中，可以使用三个导体。
第二匝数可以不同于第一匝数。第一匝数和第二匝数之间的比率可以大于一，尤其是大于三。在一个特定示例中，第一匝数可以等于十四而第二匝数等于四。这样的比率值使得可以减少附加线圈的电感的值。从而可以使用更低电感的附加线圈，从而限制由此附加线圈招致的成本和体积。
为第一匝数和第二匝数之间的比率选择的值也可以使得减少与附加电路相关联的杂散电容成为可能。然后与已经存在于磁性地耦合在一起的第一线圈上的杂散电容相比，此低杂散电容值将是可忽略的。此外，附加电路从而可以不影响磁性地耦合在一起的第一线圈的差模行为。
第一线圈和第二线圈可以旋绕相同的磁芯，从而产生上述磁性耦合。例如，它是纳米晶体或铁氧体磁芯。
在这种情况中，芯可以被配置为在10kHz的频率处呈现1mH和10mH之间的互感值，例如在10kHz处大约8.5mH。附加线圈然后可以在此相同频率处呈现100μH的电感。
根据以上，附加电路可以不电连接至设备的其余部分，仅经由第二线圈和第一线圈之间的磁性耦合来链接到设备的其余部分。
设备的第三端子可以是单一的。
根据本发明的另外的方面，其另一目标是用于在从电网向电能存储单元传送电能时滤除电磁干扰以及反之亦然的方法、通过介于电网和电能存储单元之间执行所述滤除的方法、如上定义的设备。
当实施此方法时，设备的第一端子可以链接到电网，设备的第二端子可以直接链接或不链接到电能存储单元，并且设备的第三端子可以链接到地。
电网可以供应直流电压或交流电压，例如单相或三相电压。
通过此网络供应的交流电压可以具有大约50Hz或60Hz的频率。它可以是供应120V和240V之间的电压的单相网络，或者多相网络，例如三相，尤其是供应208V和416V之间的电压的三相网络。
例如，电能存储单元呈现60V和600V之间的额定电压，尤其是在200V和400V之间。此电能存储单元可以包括一个或多个电池或者任何其它类型的电能存储单元，例如超级电容器。例如，它包括串联、并联的电池/或与串联的电池并联的支路。
此电能存储单元可以被安装在电动或混动车辆上，并且意图对用于驱动车辆的电动机供电。例如，电动机具有3kW和200kW之间的额定功率。
根据本发明的设备可以或可以不安装在车辆上。
设备然后可以合并在用于从电网对电能存储单元充电的电路中。作为变例，根据本发明的设备可以合并在电路中，该电路用于以下两者：从电网通过马达的定子的绕组对电能存储单元充电，以及从电能存储单元对此定子的绕组供电。例如，这样的电路从本申请人名下的申请WO2010/057893已知。
附图说明
阅读本发明的非限制性示范性实施方式的以下描述并研究附图时，将能够更好地理解本发明，附图中：
-图1至3示意性地表示从现有技术已知并且已经描述的电磁干扰滤除设备的示例，
-图4示意性地表示根据本发明的示范性电磁干扰滤除设备，以及
-图5是显示在图1至4中表示的滤除设备的增益响应的波德图。
图4表示根据本发明的示范性实施方式的电磁干扰滤除设备1。在此示例中，此设备1被合并在三相供电线中，该三相供电线介于没有表示出来的三相电网和没有表示出来的电能存储单元之间。例如，此电能存储单元是对用于驱动车辆的电动车马达供电的电池。
具体实施方式
在设备1的级别(level)，线包括三个电导体5，每个电导体5在第一端7和第二端8之间延伸，所述端7和8形成用于设备1的第一端7和第二端8。
在端7和8之间，每个电导体5包括第一线圈10。第一线圈10每者包括相同的第一匝数，并且它们旋绕公共磁芯，被磁性耦接在一起。这些第一线圈10从而形成共模电感。
设备1还包括电容器13，电容器13位于导体的每个第二端8和设备1的第三公共端子15之间。如图4中表示，这里此第三端子15链接到地。
对于通过线传达的电信号的每个相，第一线圈10和电容器13形成类似于参照图1描述的滤波器100的LC滤波器。
如在图4中可以看出的，设备1还包括附加电路20，在此示例中，附加电路20包括旋绕磁芯的第二线圈21，第一线圈10也旋绕着该磁芯。
第二线圈21具有第二匝数，在这里第二匝数少于第一匝数。第一匝数和第二匝数可以彼此相对地选择，使得此第一匝数和第二匝数的比率大于三。
如图4中表示，附加电路20可以包括与电阻器24和第二线圈21串联的附加线圈23。
从而附加线圈23和电阻器24使得可以在由每个“第一线圈10-电容器13”对所形成的LC滤波器的截止频率处产生谐振的LR类型的衰减。
如可以看出的，附加电路20不需要具有与设备1的其余部分的任何电连接，而仅通过由公共磁芯提供的磁耦合链接到设备1的其余部分。
在一个示例中，公共磁芯被配置为使得旋绕此芯的不同线圈10或23之间的互阻抗值在10kHz处是8.5mH。仍然在此示例中，每个电容器13具有22nF的电容，第一匝数等于十四，并且第二匝数等于四。附加线圈23然后可以在10kHz呈现15.6mH的阻抗，并且电阻器24可以具有18Ω的值。
图5是表示参照图1至4描述的滤除设备的增益的波德图。
曲线200对应于图1的设备100，曲线210对应于图2的设备110，曲线220对应于图3的设备120，并且曲线230对应于图4的设备1。
如可以看出的，设备1可以显著地衰减在设备100的截止频率处发生的谐振。
可以观察出，在根据本发明的设备1的增益方面，频率响应仍然非常接近于图3的设备120的频率响应，直到中间(mean)频率值。
另一方面，可以观察到在通过每个第一线圈10和电容器13形成的LC滤波器的截止频率处的谐振被衰减。超过截止频率，可以观察到根据本发明的设备能够获得与通过每个第一线圈10和电容器13形成的LC滤波器的响应最接近的响应。
所述LC滤波器的截止频率例如在10kHz和100kHz之间，例如是8kHz左右。
本发明不限于刚刚已经描述的示例。
特别地，在另一示例中，附加电路20不需要具有电阻器24，然后通过附加电路20提供的LR类型的衰减依靠附加线圈23和第二线圈21来获得，附加线圈23和第二线圈21然后经由它们的内电阻充当电感器和电阻器两者。
“包括一个”的表述应该被理解为同义于“包括至少一个”的表述，除非另外说明。

Claims (10)

1.一种用于滤除电磁干扰的设备(1)，包括：
-多个并联安放的电导体(5)，每个导体(5)包括位于导体(5)的第一端(7)和第二端(8)之间的第一线圈(10)，所述第一线圈(10)磁性耦接在一起并且具有相同的第一匝数，所述导体(5)的第一端(7)和第二端(8)分别定义了关于设备的第一端子(7)和第二端子(8)，
-多个电容器(13)，每个电容器(13)安放在电导体(5)的第二端(8)和设备的第三端子(15)之间，以及
-附加电路(20)，包括与第一线圈(10)磁性耦合并具有第二匝数的第二线圈(21)，所述电路(20)还包括附加线圈(23)。
2.如权利要求1中所述的设备，第二匝数不同于第一匝数。
3.如权利要求2中所述的设备，第一匝数和第二匝数之间的比率大于一，尤其是大于三。
4.如权利要求1至3中任何一项中所述的设备，附加电路(20)包括电阻器(24)。
5.如权利要求4中所述的设备，第二线圈(21)、附加线圈(23)和电阻器(24)被串联地安放。
6.如前述权利要求的任何一项中所述的设备，电导体(5)的数量等于三。
7.如前述权利要求中的任何一个中所述的设备，第一线圈(10)和第二线圈(21)旋绕相同磁芯。
8.如权利要求7中所述的设备，所述芯被配置以便在10kHz的频率处呈现1mH和10mH之间的互感值。
9.一种用于在从电网向电能存储单元转化电能时滤除电磁干扰并且反之亦然的方法，一种通过介于电网和能量存储单元之间来执行所述滤除的方法，一种如在任何一个前述权利要求中所述的设备(1)。
10.如权利要求9中所述的方法，其中设备(1)的第一端子(7)直接链接到或不链接到电网，设备(1)的第二端子(8)直接链接到或不链接到能量存储单元，并且设备(1)的第三端子(15)链接到地。
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