CN203788141U - 一种嵌入式数字有源emi滤波器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开的一种嵌入式数字有源EMI滤波器，包括依次连接的市网电源、数字有源EMI滤波辅助电路、AC/DC不控整流桥、高频DC/DC变换器、输出电压和电流检测电路和LED负载；数字有源EMI滤波辅助电路、高频DC/DC变换器、输出电压和电流检测电路还分别与控制器相连接。本实用新型嵌入式数字有源EMI滤波器，可以大幅减小滤波器体积，且功率越大，减小体积比例越大；同时具有滤波器的体积不随功率而变化的特性。有效利用开关电源的数字控制器，仅增加了一个RF电感及几个高频电阻、电容，却省去了需要流经功率电流的无源模拟EMI滤波器，功率转换器效率可至少提高10%，总体上至少可节省成本15%。
Description
技术领域
本实用新型属于开关电源电磁兼容技术领域，具体涉及一种嵌入式数字有源EMI滤波器。
背景技术
开关电源以其低损耗、高效率、电路简洁等显著优点受到人们的青睐，近年来随着LED技术的不断创新和发展，对LED驱动器的需求与日俱增。开关电源式LED驱动器现已成为具有发展前景和影响力的一项高新技术产品。开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化、轻便化，但高频化会产生电磁干扰，若干扰较大会对电网产生EMI污染，使得与其相连的其他设备出现故障。一般国家对接入电网的LED电源设有EMC标准，涉及到EMI的限值，对于我国LED开关电源应符合我国EMC标准GB17743-2007。
无源模拟EMI滤波器被广泛应用于功率转换器中来减少电磁干扰，但是一方面由于无源模拟EMI滤波器体积较大，另一方面滤波器的成本和功耗随LED开关电源额定功率变化，使无源模拟EMI滤波器的应用受到限制；模拟有源EMI滤波器能够准确抑制电磁干扰，但抑制效果受制于放大器的高频性能及高增益参数的实现；内部EMI滤波抑制技术一般不具有普遍性和实用性。因此本实用新型针对以上问题，提出一种嵌入LED开关电源的数字有源EMI滤波器。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种嵌入式数字有源EMI滤波器，解决了传统EMI滤波器随功率变大而体积、成本和功耗变大的问题。
本实用新型采用的技术方案是，一种嵌入式数字有源EMI滤波器，包括依次连接的市网电源、数字有源EMI滤波辅助电路、AC/DC不控整流桥、高频DC/DC变换器、输出电压和电流检测电路和LED负载；数字有源EMI滤波辅助电路、高频DC/DC变换器、输出电压和电流检测电路还分别与控制器相连接。
本实用新型的特点还在于，
其中的市网电源为220V/50Hz的单相交流电源。
其中的数字有源EMI辅助电路是由共模EMI信号提取电路、射频电感LRF和EMI信号注入电路三部分组成，EMI信号提取电路是由电阻RS和电容CS构成的高通滤波器，接在LED电源线和地电位之间，电阻RS对地两端之间提取共模传导EMI信号；EMI信号注入电路是由电阻Rinj和电容Cinj构成的低通滤波器，把经控制器处理的模拟输出EMI信号注入到LED开关电源的输入侧；射频电感LRF接在提取点和注入点之间，来降低提取点和注入点的耦合性。
其中的AC/DC不控整流桥是二极管整流电路。
其中的高频DC/DC变换器由全桥高频逆变电路、高频变压器和同步整流电路三部分组成。
其中的输出电压电流检测电路，采用霍尔传感器检测输出电流大小，采用串联电阻分压的方法检测输出电压的大小。
其中的控制器选取FPGA+DSP数字信号处理器。
其中的LED负载为中大功率LED恒流负载。
本实用新型的有益效果是，和传统的滤波器相比，在EMI抑制和稳定性方面可以实现一个相同或更好的性能的条件下，由于嵌入式的数字有源滤波器省去了大体积的无源滤波元件，可以大幅减小滤波器体积，且功率越大，减小体积比例越大；该实用新型同时具有滤波器的体积不随功率而变化的特性。该实用新型有效利用开关电源的数字控制器，仅增加了一个RF电感及几个高频电阻、电容，却省去了需要流经功率电流的无源模拟EMI滤波器，功率转换器效率可至少提高10％，总体上至少可节省成本15％。
附图说明
图1是本实用新型嵌入式数字有源EMI滤波器的结构示意图；
图2是本实用新型嵌入式数字有源EMI滤波器的控制实现框图。
图中，1.控制器，2.市网电源，3.数字有源EMI辅助电路，4.AC/DC不控整流桥，5.高频DC/DC变换器，6.输出电压和电流检测电路，7.LED负载，8.EMI提取电路传递函数，9.离散系统，10.EMI注入电路传递函数，11.解耦电路传递函数，12.离散化传递函数，13.维纳滤波传递函数，14.有源EMI滤波器校正器传递函数。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
本实用新型嵌入式数字有源EMI滤波器的结构如图1所示，包括依次连接的市网电源2、数字有源EMI滤波辅助电路3、AC/DC不控整流桥4、高频DC/DC变换器5、输出电压和电流检测电路6和LED负载7。数字有 源EMI滤波辅助电路3、高频DC/DC变换器5、输出电压和电流检测电路6还分别与控制器1相连接。
市网电源2为220V/50Hz的单相交流电源；数字有源EMI辅助电路3是由共模EMI信号提取电路、射频电感LRF和EMI信号注入电路三部分组成，EMI信号提取电路是由电阻RS和电容CS构成的高通滤波器，接在LED电源线和地电位之间，电阻RS对地两端之间提取共模传导EMI信号；EMI信号注入电路是由电阻Rinj和电容Cinj构成的低通滤波器，把经控制器处理的模拟输出EMI信号注入到LED开关电源的输入侧；射频电感LRF接在提取点和注入点之间，来降低提取点和注入点的耦合性；AC/DC不控整流桥4是二极管整流电路；高频DC/DC变换器5是由全桥高频逆变电路、高频变压器和同步整流电路三小部分组成；AC/DC不控整流桥4和高频DC/DC变换器5组成LED开关电源的主电路，采用PWM信号控制高频DC/DC变换器传输电能，进而控制LED开关电源的输出电流使其为恒流输出；输出电压电流检测电路6，采用霍尔传感器检测输出电流大小，采用串联电阻分压的方法检测输出电压的大小，即R1与R2串联分压；控制器1选取FPGA+DSP的数字信号处理器，利用FPGA的并行能力提高控制速度，包括LED开关电源控制器和EMI校正器，完成对输出电压和电流的调节、EMI信号的采集、维纳滤波重构和校正处理；LED负载7为常见的中大功率LED恒流负载。电感LRF用于阻抗匹配，实现阻抗平衡，串联在电路中起到RF滤波器的作用，衰减30MHz以上的频率信号，而EMI涉及9kHz到30MHz频率则畅通无阻。
本实用新型嵌入式数字有源EMI滤波器的工作过程如图2所示，包括 共模传导EMI信号提取8、离散化处理14、维纳滤波精确重构13、有源EMI滤波器校正处理12、共模传导EMI信号注入10和解耦11六部分组成，其中离散化处理14、维纳滤波精确重构13、有源EMI滤波器校正处理12组成数字化处理的离散系统，解耦电路在EMI信号提取点和注入点之间。由高通滤波器在电网侧提取出开关电源产生的共模传导电磁干扰信号，然后将提取的电磁干扰信号经模数转换进行采样，得到提取EMI信号相对应的离散化数字信号，采样所得的共模传导EMI数字信号经维纳滤波器滤波重构得到所需精确的EMI数字信号，精确的EMI数字信号再经校正控制器处理得到校正EMI数字信号，校正EMI数字信号经高速的数模转换得到模拟EMI输出信号，模拟EMI输出信号经注入电路注入到功率变换器电源输入侧，和LED开关电源产生的共模传导电磁干扰信号相抵消，进而消去共模传导电磁干扰信号。
Claims (8)
1.一种嵌入式数字有源EMI滤波器，其特征在于，包括依次连接的市网电源(2)、数字有源EMI滤波辅助电路(3)、AC/DC不控整流桥(4)、高频DC/DC变换器(5)、输出电压和电流检测电路(6)和LED负载(7)；所述的数字有源EMI滤波辅助电路(3)、高频DC/DC变换器(5)、输出电压和电流检测电路(6)还分别与控制器(1)相连接。
2.根据权利要求1所述的嵌入式数字有源EMI滤波器，其特征在于，所述的市网电源(2)为220V/50Hz的单相交流电源。
3.根据权利要求1所述的嵌入式数字有源EMI滤波器，其特征在于，所述的数字有源EMI辅助电路(3)是由共模EMI信号提取电路、射频电感LRF和EMI信号注入电路三部分组成，EMI信号提取电路是由电阻RS和电容CS构成的高通滤波器，接在LED电源线和地电位之间，电阻RS对地两端之间提取共模传导EMI信号；EMI信号注入电路是由电阻Rinj和电容Cinj构成的低通滤波器，把经控制器处理的模拟输出EMI信号注入到LED开关电源的输入侧；射频电感LRF接在提取点和注入点之间，来降低提取点和注入点的耦合性。
4.根据权利要求1所述的嵌入式数字有源EMI滤波器，其特征在于，所述的AC/DC不控整流桥(4)是二极管整流电路。
5.根据权利要求1所述的嵌入式数字有源EMI滤波器，其特征在于，所述的高频DC/DC变换器(5)由全桥高频逆变电路、高频变压器和同步整流电路三部分组成。
6.根据权利要求1所述的嵌入式数字有源EMI滤波器，其特征在于，所述的输出电压电流检测电路(6)，采用霍尔传感器检测输出电流大小，采用串联电阻分压的方法检测输出电压的大小。
7.根据权利要求1所述的嵌入式数字有源EMI滤波器，其特征在于，所述的控制器(1)选取FPGA+DSP数字信号处理器。
8.根据权利要求1所述的嵌入式数字有源EMI滤波器，其特征在于，所述的LED负载(7)为中大功率LED恒流负载。
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