CN112234951A - 共模有源emi滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种共模有源EMI滤波器，分别连接电网及用电设备，该共模有源EMI滤波器包括采样模块、供电模块、运算放大模块及电流注入模块，供电模块向运算放大模块提供工作电压，采样模块采集从用电设备流向电网的共模EMI电流，运算放大模块对共模EMI电流进行放大及滤波，电流注入模块将放大及滤波后的共模EMI电流注入到大地。相较于以往体积较大的EMI滤波器，本发明提供的共模有源EMI滤波器，仅需供电模块、采样模块、运算放大模块及电流注入模块，即可消除电路中的共模EMI电流，有效降低EMI滤波器的体积和成本。

Description

共模有源EMI滤波器

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及共模有源EMI滤波器。

背景技术

本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

标准的EMI滤波器通常是由串联电抗器和并联电容器组成的低通滤波电路，其作用是对高频噪声信号起衰减作用即目前的EMI滤波器主要为电感和电容组成的滤波器，传统的EMI滤波器在使用时通常需要进行两级滤波，由此造成现有的EMI滤波器体积较大，且成本较高。

因此，现有的EMI滤波器存在体积大、成本高的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种共模有源EMI滤波器，分别连接电网及用电设备，用以降低EMI滤波器的体积和成本，该共模有源EMI滤波器包括：

采样模块、供电模块、运算放大模块及电流注入模块；

采样模块的第一端和第二端分别连接电网的火线和零线，采样模块的第三端和第四端分别连接用电设备的第一端和第二端；供电模块的第一端和第二端分别连接用电设备的第一端和第二端；采样模块的第五端和第六端分别连接运算放大模块的第一端及第二端；运算放大模块的第三端及第四端分别连接供电模块的第三端及电流注入模块的第一端；电流注入模块的第二端分别连接电网的地线及用电设备的地线；

供电模块，用于向运算放大模块提供工作电压；采样模块，用于采集从用电设备流向电网的共模EMI电流；运算放大模块，用于对共模EMI电流进行放大及滤波；电流注入模块，用于将放大及滤波后的共模EMI电流注入到大地。

本发明实施例中，供电模块向运算放大模块提供工作电压，采样模块采集从用电设备流向电网的共模EMI电流，运算放大模块对共模EMI电流进行放大及滤波，电流注入模块将放大及滤波后的共模EMI电流注入到大地。因此，相较于以往体积较大的EMI滤波器，本发明实施例提供的共模有源EMI滤波器，仅需供电模块、采样模块、运算放大模块及电流注入模块，即可消除电路中的共模EMI电流，有效降低EMI滤波器的体积和成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本发明实施例提供的共模有源EMI滤波器的功能模块图；

图2为本发明实施例提供的共模有源EMI滤波器中采样模块10的电路结构图；

图3为本发明实施例提供的共模有源EMI滤波器中供电模块20中第一稳压单元201的电路结构图；

图4为本发明实施例提供的共模有源EMI滤波器中供电模块20中第二稳压单元202的电路结构图；

图5为本发明实施例提供的共模有源EMI滤波器中运算放大模块30的结构框图；

图6为本发明实施例提供的共模有源EMI滤波器中运算放大模块30中差分放大单元301的电路结构图；

图7本发明实施例提供的共模有源EMI滤波器中运算放大模块30中偏置单元302的电路结构图；

图8为本发明实施例提供的共模有源EMI滤波器中电流注入模块40的电路结构图；

图9为本发明实施例提供的共模有源EMI滤波器的另一功能模块图；

图10为本发明实施例提供的共模有源EMI滤波器中振荡抑制模块50的电路结构图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

图1示出了本发明实施例提供的共模有源EMI滤波器的功能模块，为便于描述，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

如图1所示，共模有源EMI滤波器，分别连接电网1及用电设备2，其包括：

采样模块10、供电模块20、运算放大模块30及电流注入模块40。

采样模块10的第一端和第二端分别连接电网1的火线和零线，采样模块10的第三端和第四端分别连接用电设备2的第一端和第二端；供电模块20的第一端和第二端分别连接用电设备2的第一端和第二端；采样模块10的第五端和第六端分别连接运算放大模块30的第一端及第二端；运算放大模块30的第三端及第四端分别连接供电模块20的第三端及电流注入模块40的第一端；电流注入模块40的第二端分别连接电网1的地线及用电设备2的地线。

供电模块20，用于向运算放大模块30提供工作电压；采样模块10，用于采集从用电设备2流向电网1的共模EMI电流；运算放大模块30，用于对共模EMI电流进行放大及滤波；电流注入模块40，用于将放大及滤波后的共模EMI电流注入到大地。

其中，用电设备2例如可以是车载充电器，还可以是除车载充电器之外的其他用电设备2。

在本发明实施例中，供电模块20向运算放大模块30提供工作电压，采样模块10采集从用电设备2流向电网1的共模EMI电流，运算放大模块30对共模EMI电流进行放大及滤波，电流注入模块40将放大及滤波后的共模EMI电流注入到大地。因此，相较于以往体积较大的EMI滤波器，本发明实施例提供的共模有源EMI滤波器，仅需供电模块20、采样模块10、运算放大模块30及电流注入模块40，即可消除电路中的共模EMI电流，有效降低EMI滤波器的体积和成本。

图2示出了本发明实施例提供的共模有源EMI滤波器中采样模块10的电路结构，为便于描述，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

在本发明的一实施例中，如图2所示，采样模块10包括：

电流互感器T1，电流互感器T1的第一端、第二端分别为采样模块10的第一端和第二端，电流互感器T1的第三端和第四端分别为采样模块10的第三端和第四端，电流互感器T1的第五端和第六端分别为采样模块10的第五端和第六端。

在本发明实施例中，利用电流互感器T1可以进一步有效的采集从用电设备2流向电网1的共模EMI电流。

图3示出了本发明实施例提供的共模有源EMI滤波器中供电模块20中第一稳压单元201的电路结构，为便于描述，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

在本发明的一实施例中，如图3所示，第一稳压单元201的第一端、第二端及第三端分别为供电模块20的第一端、第二端及第三端，第一稳压单元201包括：

第一整流二极管D1、第一电阻R1、第二电阻R2、第一三极管Q1、第一稳压二极管D21及第一电容C1；

第一整流二极管D1的正极为第一稳压单元201的第一端，第一整流二极管D1的负极分别连接第一电阻R1的第一端和第二电阻R2的第一端；第一电阻R1的第二端连接第一三极管Q1的集电极，第一电容C1的第一端连接第一三极管Q1的发射极；第二电阻R2的第二端、第一稳压二极管D21的负极及第一三极管Q1的基极共接形成第一稳压单元201的第二端；第一稳压二极管D21的正极与第一电容C1的第二端共接形成第一稳压单元201的第三端。

在本发明实施例中，供电模块20中的第一稳压单元201直接从线路中进行交流取电(在其他情况下还可以直流取电)，因此，第一稳压单元201的第一端(即第一整流二极管D1的正极)与第三端(即第一稳压二极管D21的正极与第一电容C1的第二端共接)可以调换，调换后依然可以实现向运算放大模块30提供工作电压的功能。

由于，供电模块20中第一稳压单元201中第一整流二极管D1的存在，供电模块20(或者在本发明实施例中为第一稳压单元201)只在电网1的正半周期导通，负半周期截止，相当于第一整流二极管D1整流后给供电模块20供电。

图4示出了本发明实施例提供的共模有源EMI滤波器中供电模块20中第二稳压单元202的电路结构，为便于描述，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

在本发明的一实施例中，如图4所示，第二稳压单元202的第一端及第二端分别连接第一稳压单元201的第二端及第三端，第二稳压单元202的第三端为供电模块20的第三端，第二稳压单元202包括：

第三电阻R3、第二三极管Q2、第二稳压二极管D22及第二电容C2；

第三电阻R3的第一端与第二三极管Q2的集电极共接形成第二稳压单元202的第一端；第三电阻R3的第二端与第二稳压二极管D22的负极共接于第二三极管Q2的基极；第二电容C2的第一端与第二稳压二极管D22的正极共接形成第二稳压单元202的第二端；第二电容C2的第一端与第二三极管Q2的发射极共接形成第二稳压单元202的第三端。

在实际应用过程中，一级稳压比较适合直流取电的应用场景，鉴于本申请中为交流取电，申请人发现一级稳压后的输出电压仍存在较大幅度的波动，为解决一级稳压后的输出电压存在的电压波动，申请人提出在一级稳压的基础上增加一个稳压单元，即第二稳压单元202，进而第一稳压单元201实现初步稳压(例如，第一电容C1的电压在10伏特至20伏特之间波动)，第二稳压单元202实现精确稳压(例如，第二电容C2的电压稳定在10伏特左右)。

在本发明实施例中，第二稳压单元202可以实现精确稳压，为运算放大模块30提供稳定的工作电压。

图5示出了本发明实施例提供的共模有源EMI滤波器中运算放大模块30的结构，为便于描述，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

在本发明的一实施例中，如图5所示，运算放大模块30包括：

差分放大单元301及偏置单元302；

差分放大单元301的第一端及第二端分别为运算放大模块30的第一端及第二端；差分放大单元301的第三端连接偏置单元302的第一端；差分放大单元301的第四端与偏置单元302的第二端共接形成运算放大模块30的第三端；差分放大单元301的第五端为运算放大模块30的第四端。

在本发明实施例中，差分放大单元301结构对称，抗干扰性强。

图6示出了本发明实施例提供的共模有源EMI滤波器中运算放大模块30中差分放大单元301的电路结构，为便于描述，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

在本发明的一实施例中，如图6所示，差分放大单元301包括：

第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7及运算放大器U1；

第四电阻R4的第一端及第五电阻R5的第一端分别为差分放大单元301的第一端及第二端；第四电阻R4的第二端及第六电阻R6的第一端共接于运算放大器U1的反向输入端；第五电阻R5的第二端及第七电阻R7的第一端共接于运算放大器U1的同向输入端；运算放大器U1的电源正极为差分放大单元301的第四端；运算放大器U1的电源负极接地，运算放大器U1的输出端为差分放大单元301的第五端。

其中，第四电阻R4和第六电阻R6构成运算放大器U1的负极支路，第五电阻R5和第七电阻R7构成运算放大器U1的正极支路。在本发明的一实施例中，第四电阻R4与第五电阻R5的阻值相同，第六电阻R6与第七电阻R7的阻值相同。运算放大器U1的负极支路和正极支路，结构对称，抗干扰性强。

图7示出了本发明实施例提供的共模有源EMI滤波器中运算放大模块30中偏置单元302的电路结构，为便于描述，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

在本发明的一实施例中，如图7所示，偏置单元302包括：

第八电阻R8、第九电阻R9、第三电容C3及第四电容C4；

第八电阻R8的第一端、第九电阻R9的第一端及第三电容C3的第一端共接形成偏置单元302的第一端；第三电容C3的第二端、第九电阻R9的第二端共接于第四电容C4的第一端；

第八电阻R8的第二端与第四电容C4的第二端共接形成偏置单元302的第二端。

其中，第八电阻R8和第九电阻R9的阻值相同，将供电模块20的输出电压Vc分成Vc/2，给运算放大器U1提供偏置电流，从而保证稳态工作时，输入信号在一定的范围内，运算放大器U1的输出不会饱和。第三电容C3合第四电容C4，用于稳压和滤波。

图8示出了本发明实施例提供的共模有源EMI滤波器中电流注入模块40的电路结构，为便于描述，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

在本发明的一实施例中，如图8所示，电流注入模块40包括：

第十电阻R10及第五电容C5；

第十电阻R10的第一端为电流注入模块40的第一端；第十电阻R10的第二端连接第五电容C5的第一端，第五电容C5的第二端为电流注入模块40的第二端。

在本发明实施例中，第十电阻R10及第五电容C5，将接收到的放大及滤波后的共模EMI电流注入到大地。

图9示出了本发明实施例提供的共模有源EMI滤波器的另一功能模块，为便于描述，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

在本发明的一实施例中，如图9所示，在上述电路结构的基础上，共模有源EMI滤波器，还包括：振荡抑制模块50。

振荡抑制模块50的第一端及第二端分别连接电流注入模块40的第二端及用电设备2的地线。

在本发明实施例中，振荡抑制模块50可以抑制振荡，在电路效果较好时，该振荡抑制模块50可以短路掉。

图10示出了本发明实施例提供的共模有源EMI滤波器中振荡抑制模块50的电路结构，为便于描述，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

在本发明的一实施例中，如图10所示，振荡抑制模块50包括：

第十一电阻R11，第十一电阻R11的第一端及第二端分别为振荡抑制模块50的第一端及第二端。

在本发明的一实施例中，运算放大模块30中第一稳压单元202还包括：第六电容和第七电容。

第六电容的第一端和第二端分别连接第六电阻R6的第一端和第二端；第七电容的第一端和第二端分别连接第七电阻R7的第一端和第二端。

在本发明实施例中，第六电容和第七电容的电容值相同，且第六电容和第七电容用于滤波。

在本发明的一实施例中，供电模块20中第二稳压单元202，还包括：

第二二极管，第二二极管的正极与第三电阻R3的第一端、第二三极管Q2的集电极共接，第二二极管的负极为第二稳压单元202的第一端。

在本发明实施例中，该第二二极管可以起到防止过冲的作用。

以下结合本发明实施例提供的共模有源EMI滤波器的工作原理，对本发明进行简要说明：

参考图1至图10，供电模块20从电网1取电给第一电容C1充电，取电原理为：电网1正半周期时，第一整流二极管D1导通，通过第一整流二极管D1、第一三极管Q1，第一稳压二极管D21，第一电阻R1及第二电阻R2给第一电容C1充电，在电网1负半周期，第一整流二极管D1关断，不充电，在此期间依靠第一电容C1储存的电能继续给第二电容C2充电。得到供电模块20稳定的输出电压(即第二电容C2的电压)Vc。输出电压Vc分别为运算放大器U1及偏置单元302提供电压。

采样元件电流互感器T1采集从用电设备2流向电网1的共模EMI电流，由第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7及运算放大器U1构成的差分放大单元301对共模EMI电流进行放大，由第八电阻R8、第九电阻R9、第三电容C3及第四电容C4组成的偏置单元302为运算放大器U1提供偏置电流。放大后的共模EMI电流，经由第十电阻R10及第五电容C5构成的电流注入模块40，将共模EMI电流注入到大地。

综上所述，本发明实施例中，供电模块20向运算放大模块30提供工作电压，采样模块10采集从用电设备2流向电网1的共模EMI电流，运算放大模块30对共模EMI电流进行放大及滤波，电流注入模块40将放大及滤波后的共模EMI电流注入到大地。因此，相较于以往体积较大的EMI滤波器，本发明实施例提供的共模有源EMI滤波器，仅需供电模块20、采样模块10、运算放大模块30及电流注入模块40，即可消除电路中的共模EMI电流，有效降低EMI滤波器的体积和成本。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种共模有源EMI滤波器，分别连接电网及用电设备，其特征在于，包括：

采样模块、供电模块、运算放大模块及电流注入模块；

采样模块的第一端和第二端分别连接电网的火线和零线，采样模块的第三端和第四端分别连接用电设备的第一端和第二端；供电模块的第一端和第二端分别连接用电设备的第一端和第二端；采样模块的第五端和第六端分别连接运算放大模块的第一端及第二端；运算放大模块的第三端及第四端分别连接供电模块的第三端及电流注入模块的第一端；电流注入模块的第二端分别连接电网的地线及用电设备的地线；

供电模块，用于向运算放大模块提供工作电压；采样模块，用于采集从用电设备流向电网的共模EMI电流；运算放大模块，用于对共模EMI电流进行放大及滤波；电流注入模块，用于将放大及滤波后的共模EMI电流注入到大地。

2.如权利要求1所述的共模有源EMI滤波器，其特征在于，采样模块包括电流互感器。

3.如权利要求1所述的共模有源EMI滤波器，其特征在于，供电模块包括第一稳压单元，第一稳压单元的第一端、第二端及第三端分别为供电模块的第一端、第二端及第三端，第一稳压单元包括：

第一整流二极管、第一电阻、第二电阻、第一三极管、第一稳压二极管及第一电容；

第一整流二极管的正极为第一稳压单元的第一端，第一整流二极管的负极分别连接第一电阻的第一端和第二电阻的第一端；第一电阻的第二端连接第一三极管的集电极，第一电容的第一端连接第一三极管的发射极；第二电阻的第二端、第一稳压二极管的负极及第一三极管的基极共接形成第一稳压单元的第二端；第一稳压二极管的正极与第一电容的第二端共接形成第一稳压单元的第三端。

4.如权利要求3所述的共模有源EMI滤波器，其特征在于，供电模块还包括第二稳压单元，第二稳压单元的第一端及第二端分别连接第一稳压单元的第二端及第三端，第二稳压单元的第三端为供电模块的第三端，第二稳压单元包括：

第三电阻、第二三极管、第二稳压二极管及第二电容；

第三电阻的第一端与第二三极管的集电极共接形成第二稳压单元的第一端；第三电阻的第二端与第二稳压二极管的负极共接于第二三极管的基极；第二电容的第一端与第二稳压二极管的正极共接形成第二稳压单元的第二端；第二电容的第一端与第二三极管的发射极共接形成第二稳压单元的第三端。

5.如权利要求1所述的共模有源EMI滤波器，其特征在于，运算放大模块包括：

差分放大单元及偏置单元；

差分放大单元的第一端及第二端分别为运算放大模块的第一端及第二端；差分放大单元的第三端连接偏置单元的第一端；差分放大单元的第四端与偏置单元的第二端共接形成运算放大模块的第三端；差分放大单元的第五端为运算放大模块的第四端。

6.如权利要求1所述的共模有源EMI滤波器，其特征在于，差分放大单元包括：

第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻及运算放大器；

第四电阻的第一端及第五电阻的第一端分别为差分放大单元的第一端及第二端；第四电阻的第二端及第六电阻的第一端共接于运算放大器的反向输入端；第五电阻的第二端及第七电阻的第一端共接于运算放大器的同向输入端；运算放大器的电源正极为差分放大单元的第四端；运算放大器的电源负极接地，运算放大器的输出端为差分放大单元的第五端。

7.如权利要求1所述的共模有源EMI滤波器，其特征在于，偏置单元包括：

第八电阻、第九电阻、第三电容及第四电容；

第八电阻的第一端、第九电阻的第一端及第三电容的第一端共接形成偏置单元的第一端；第三电容的第二端、第九电阻的第二端共接于第四电容的第一端；

第八电阻的第二端与第四电容的第二端共接形成偏置单元的第二端。

8.如权利要求1所述的共模有源EMI滤波器，其特征在于，电流注入模块包括：

第十电阻及第五电容；

第十电阻的第一端为电流注入模块的第一端；第十电阻的第二端连接第五电容的第一端，第五电容的第二端为电流注入模块的第二端。

9.如权利要求1所述的共模有源EMI滤波器，其特征在于，还包括：

振荡抑制模块；

振荡抑制模块的第一端及第二端分别连接电流注入模块的第二端及用电设备的地线。

10.如权利要求9所述的共模有源EMI滤波器，其特征在于，振荡抑制模块包括：

第十一电阻，第十一电阻的第一端及第二端分别为振荡抑制模块的第一端及第二端。

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