DE112019002248T5 - Isolierter aktiver emi-filter ohne zusätzliche elemente auf der stromleitung - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Interferenzfilter (EMI-Filter) zum Vermeiden von Rauschen, das von einem Stromleitungskabel emittiert wird, wobei das isolierte aktive EMI-Filter ohne zusätzliche Elemente auf einer Stromleitung umfasst eine Gleichtaktdrossel, die auf einer Stromquellenseite angeordnet ist, einen Y-Kondensator, der auf einer EMI-Quellenseite angeordnet ist, eine Sensorwicklung, die einen Strom erfasst; ein Verstärker, der einen Rauschstrom verstärkt; und ein Transformator, der ein Signal einer Sekundärspule in den Y-Kondensator als Kompensationssignal einspeist.

Description

• [Gebiet der Technik]
• Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Interferenzfilter (EMI-Filter), und insbesondere ein isoliertes aktives EMI-Filter ohne zusätzliche Elemente auf einer Stromleitung.
• [Stand der Technik]
• Elektromagnetische Interferenzfilter (EMI) werden in meisten elektrischen Haus- und Industrieanlagen eingerichtet, um leitungsgebundene EMI-Rauschen zu vermeiden, die über Stromkabel ausgehen.
• Um leitendes Gleichtaktrauschen zu vermeiden, wird im Allgemeinen ein Filter verwendet, das aus einer Gleichtaktdrossel (common mode (CM) choke) und eines Y-Kondensators besteht. In einem elektrischen Hochleistungs-und Hochstromsystem wird Rauschunterdrückungsleistung aufgrund eines magnetischen Sättigungsphänomens in der Gleichtaktdrossel verschlechtert, und um dies zu verhindern, sollte ein mehrstufiger Filter oder eine teure Hochleistungsdrossel verwendet werden, was die Größe und die Kosten eines EMI-Filters erheblich erhöht. Dementsprechend wurden Versuche unternommen, ein aktives EMI-Filter zu verwenden, das die Einschränkungen eines passiven EMI-Filters überwinden und die Filterleistung effektiv verbessern kann, und es ist vorzuziehen, dass wegen des aktiven EMI filter keine Drosseln hinzugefügt werden.
• Ein aktives EMI-Filter weist eine Rückkopplungsschaltungsstruktur auf, bei der eine Rauschspannung oder ein Rauschstrom durch einen Kondensator oder einen Transformator erfasst wird und eine Kompensationsspannung oder ein Kompensationsstrom an den Kondensator oder den Transformator zurückgelegt wird, um die Rauschspannung oder den Rauschstrom aufzuheben. Wenn jedoch im aktiven EMI-Filter der Transformator auf einer Stromleitung hinzugefügt wird, um das Rauschen zu erfassen und kompensieren, wird die Filterleistung aufgrund der magnetischen Sättigung im Transformator in einem elektrischen Hochleistungs- /Hochstromsystem stark verschlechtert. Das heißt, bei dem herkömmlichen aktiven EMI-Filter, bei dem kein Transformator auf der Stromleitung hinzugefügt wird, wird das Rauschen durch den Kondensator erfasst und kompensiert.
• Wenn jedoch im aktiven EMI-Filter der Kondensator an die Stromleitung angeschlossen ist, um das Rauschen zu erfassen und zu kompensieren, sind aktive Schaltungselemente nicht von der Stromleitung isoliert, und daher werden Zuverlässigkeit und Stabilität gegen elektrische Überlastung (electrical overstress, EOS) stark verschlechtert. Das heißt, eine Struktur ist erforderlich, in der keine Drosseln wegen des aktiven EMI-Filters auf einer Stromleitung hinzugefügt werden müssen and gleichzeitig die aktiven Schaltungselemente von der Stromleitung isoliert sind.
• [Beschreibung]
• [Technisches Problem]
• Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein isoliertes aktives elektromagnetisches Interferenz (EMI) -Filter ohne zusätzliche Elemente auf der Stromleitung bereitzustellen, in dem keine zusätzlichen Elemente auf einer Stromleitung hinzugefügt werden und dessen aktive Schaltungselemente von der Stromleitung isoliert werden können.
• Eine noch andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren zum Reduzieren des EMI-Rauschens unter Verwendung von einem isolierten aktiven EMI-Filter ohne zusätzliche Elemente auf einer Stromleitung bereitzustellen, in dem keine zusätzlichen Elemente auf einer Stromleitung hinzugfügt werden und dessen aktive Schaltungselemente von der Stromleitung isoliert werden können.
• [Technische Lösung]
• Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein isoliertes aktives elektromagnetisches Interferenzfilter (EMI-Filter) ohne zusätzliche Elemente auf einer Stromleitung bereit. Das EMI-Filter umfasst eine Gleichtaktdrossel Gleichtaktdrossel (common mode (CM) choke), die auf einer Stromquelleseite angeordnet ist, aus der der Strom zugeführt wird, und deren stromführende Leitung und neutrale Leitung, welche mit einer EMI-Quelle verbunden sind, jeweils mit einer Wicklung gewickelt sind; einen Y-Kondensator, der auf einer EMI-Quellenseite angeordnet ist, an der die EMI auftritt, und zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren umfasst, wobei die zwei Kondensatoren parallel zwischen der stromführenden Leitung und der neutralen Leitung geschaltet sind und gemeinsam mit Masse verbunden sind; eine Sensorwicklung, die an der Gleichtaktdrossel mit einer Spule gewickelt ist und einen Rauschstrom der Gleichtaktdrossel erfasst; einen Verstärker, der den von der Sensorwicklung erfassten Rauschstrom verstärkt; und ein Transformator, der vor dem Y-Kondensator angebracht ist, und eine Primärspule, die ein vom Verstärker verstärktes Signal empfängt, und eine Sekundärspule, die mit der an dem Y-Kondensator angeschlossenen Masse verbunden ist und somit von der Stromleitung isoliert ist, umfasst, und ein Signal der Sekundärspule in den Y-Kondensator als Kompensationssignal einspeist.
• Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein isoliertes aktives elektromagnetisches Interferenzfilter (EMI-Filter) ohne zusätzliche Elemente auf einer Stromleitung bereit. Das EMI-Filter umfasst eine Gleichtaktdrossel, die auf einer Stromquellenseite angeordnet ist, aus der der Strom zugeführt wird, und deren stromführende Leitung und deren neutrale Leitung, welche mit einer EMI-Quelle verbunden sind, jeweils mit einer Wicklung gewickelt sind; einen Y-Kondensator, die auf einer EMI-Quellenseite angeordnet ist, an der die EMI auftritt, und zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren umfasst, wobei die zwei Kondensatoren parallel zwischen der stromführenden Leitung und der neutralen Leitung geschaltet sind und gemeinsam mit Masse verbunden sind; ein Transformator, der vor dem Y-Kondensator angebracht ist, eine Primärspule, die eine Rauschspannung des Y-Kondensators erfasst, und eine Sekundärspule, durch die die Rauschspannung transformiert wird, umfasst, und von der Stromleitung isoliert ist; einen Verstärker, der ausgebildet ist, um die vom Transformator erfassten und transformierten Rauschspannung zu verstärken; und eine Kompensationswicklung, die an der Gleichtaktdrossel mit einer Spule gewickelt ist und das vom Verstärker verstärkte Rauschsignal in die Gleichtaktdrossel einspeist.
• Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein isoliertes aktives elektromagnetisches Interferenzfilter (EMI-Filter) ohne zusätzliche Elemente auf einer Stromleitung bereit. Das EMI-Filter umfasst eine Gleichtaktdrossel, die auf einer EMI-Quellenseite angeordnet ist, an der die EMI auftritt, und deren stromführende Leitung und deren neutrale Leitung, welche mit einer EMI-Quelle verbunden sind, jeweils mit einer Wicklung gewickelt sind; einen Y-Kondensator, der auf einer Stromquellenseite angeordnet ist, aus der der Strom zugeführt wird, und zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren umfasst, wobei die beiden Kondensatoren parallel zwischen der stromführenden Leitung und der neutralen Leitung geschaltet sind und gemeinsam mit Masse verbunden sind; eine Sensorwicklung, die an der Gleichtaktdrossel mit einer Spule gewickelt ist und einen Rauschstrom der Gleichtaktdrossel erfasst; einen Verstärker, der den von der Sensorwicklung erfassten Rauschstrom verstärkt; und ein Transformator, der vor dem Y-Kondensator angebracht ist, eine Primärspule, die ein vom Verstärker verstärktes Signal empfängt, und eine Sekundärspule, die mit der an dem Y-Kondensator angeschlossenen Masse verbunden ist und somit von der Stromleitung isoliert ist, umfasst, und das durch die Sekundärspule transformierte Signal in den Y-Kondensator als Kompensationssignal einspeist
• Ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein isoliertes aktives elektromagnetisches Interferenzfilter (EMI-Filter) ohne zusätzliche Elemente auf einer Stromleitung bereit. Das EMI-Filter umfasst eine Gleichtaktdrossel, die auf einer EMI-Quellenseite angeordnet ist, an der die EMI auftritt, und deren stromführende Leitung und deren neutrale Leitung, welche mit einer EMI-Quelle verbunden sind, jeweils mit einer Wicklung gewickelt sind; einen Y-Kondensator, der auf einer Stromquellenseite angeordnet ist, aus der der Strom zugeführt wird, und zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren umfasst, wobei die beiden Kondensatoren parallel zwischen der stromführenden Leitung und der neutralen Leitung geschaltet sind und gemeinsam mit Masse verbunden sind; ein Transformator, der vor dem Y-Kondensator angebracht ist, eine Primärspule, die eine Rauschspannung des Y-Kondensators erfasst, und eine Sekundärspule, durch die die Rauschspannung transformiert wird, umfasst, und von der Stromleitung isoliert ist; einen Verstärker, der die vom Transformator transformierte Rauschspannung verstärkt; und eine Kompensationswicklung, die an der Gleichtaktdrossel mit einer Spule gewickelt ist und das vom Verstärker verstärkte Rauschsignal in die Gleichtaktdrossel als Kompensationssignal einspeist.
• Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zum Reduzieren des elektromagnetischen Interferenzrauschens (EMI) unter Verwendung des isolierten aktiven EMI-Filters ohne zusätzliche Elemente auf einer Stromleitung gemäß der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung bereit, wobei das Verfahren ein Verfahren zum Reduzieren des EMI-Rauschens durch Hinzufügen eines aktiven Elements zu einem passiven EMI-Filter ist, und das Filter umfasst: eine Gleichtaktdrossel, die auf einer Stromquelleseite angeordnet ist, aus der der Strom zugeführt wird, und deren stromführende Leitung und neutrale Leitung, welche mit einer EMI-Quelle verbunden sind, jeweils mit einer Wicklung gewickelt sind; und einen Y-Kondensator, der auf einer EMI-Quellenseite angeordnet ist, an der die EMI auftritt, und zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren umfasst, wobei die zwei Kondensatoren parallel zwischen der stromführenden Leitung und der neutralen Leitung geschaltet sind und gemeinsam mit Masse verbunden sind, wobei das Verfaren folgende Schritte umfasst: Erfassen eines Rauschstroms der Gleichtaktdrossel durch eine Sensorwicklung, die durch Wickeln einer Spule auf der Gleichtaktdrossel gebildet ist; Verstärken des durch die Sensorwicklung erfassten Rauschstroms; und Transformieren des durch eine Primärspule eines Transformators empfangenen Signal, durch eine Sekundärspule des Transformators, wobei der Transformator der vor dem Y-Kondensator angebracht ist; und Einspeisen des transformierten Signals in den Y-Kondensator, wobei die Sekundärspule des Transformators mit der an dem Y-Kondensator angeschlossenen Masse verbunden ist und somit von der Stromleitung isoliert ist.
• Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zum Reduzieren des elektromagnetischen Interferenzrauschens (EMI) unter Verwendung des isolierten aktiven EMI-Filters ohne zusätzliche Elemente auf einer Stromleitung gemäß der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung bereit, wobei das Verfahren ein Verfahren zum Reduzieren des EMI-Rauschens durch Hinzufügen eines aktiven Elements zu einem passiven EMI-Filter ist, und das Filter umfasst eine Gleichtaktdrossel, die auf einer Stromquellenseite angeordnet ist, aus der der Strom zugeführt wird, und deren stromführende Leitung und deren neutrale Leitung, welche mit einer EMI-Quelle verbunden sind, jeweils mit einer Wicklung gewickelt sind; einen Y-Kondensator, die auf einer EMI-Quellenseite angeordnet ist, an der die EMI auftritt, und zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren umfasst, wobei die zwei Kondensatoren parallel zwischen der stromführenden Leitung und der neutralen Leitung geschaltet sind und gemeinsam mit Masse verbunden sind, wobei das Verfaren folgende Schritte umfasst: Erfassen einer Rauschspannung durch eine Primärspule eines vor dem Y-Kondensator angebrachten Transformators unter Verwendung des Y-Kondensators als Sensingkondensator und Transformieren der erfassten Rauschspannung durch eine Sekundärspule des Transformators; Verstärken der transformierten Rauschspannung durch die Sekundärspule; und Einspeisen des verstärkten Rauschsignals in die Gleichtaktdrossel durch eine Kompensationswicklung, die durch Wickeln einer Spule auf der Gleichtaktdrossel gebildet ist, wobei die Sekundärspule des Transformators mit der an dem Y-Kondensator angeschlossenen Masse verbunden ist und somit von der Stromleitung isoliert ist.
• Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zum Reduzieren des elektromagnetischen Interferenzrauschens (EMI) unter Verwendung des isolierten aktiven EMI-Filters ohne zusätzliche Elemente auf einer Stromleitung gemäß der dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung bereit, wobei das Verfahren ein Verfahren zum Reduzieren des EMI-Rauschens durch Hinzufügen eines aktiven Elements zu einem passiven EMI-Filter ist, und das Filter umfasst: eine Gleichtaktdrossel, die auf einer EMI-Quellenseite angeordnet ist, an der die EMI auftritt, und deren stromführende Leitung und deren neutrale Leitung, welche mit einer EMI-Quelle verbunden sind, jeweils mit einer Wicklung gewickelt sind; einen Y-Kondensator, der auf einer Stromquellenseite angeordnet ist, aus der der Strom zugeführt wird, und zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren umfasst, wobei die beiden Kondensatoren parallel zwischen der stromführenden Leitung und der neutralen Leitung geschaltet sind und gemeinsam mit Masse verbunden sind, wobei das Verfaren folgende Schritte umfasst: Erfassen eines Rauschstroms der Gleichtaktdrossel durch eine Sensorwicklung, die durch Wickeln einer Spule auf der Gleichtaktdrossel gebildet ist; Verstärken des durch die Sensorwicklung erfassten Rauschstroms; und Transformieren des durch eine Primärspule eines Transformators eingegebenen Signal, durch eine Sekundärspule des Transformators, wobei der Transformator vor dem Y-Kondensator angebracht ist und Einspeisen des transformierten Signals in den Y-Kondensator als Kompensationssignal, wobei die Sekundärspule des Transformators mit der an dem Y-Kondensator angeschlossenen Masse verbunden ist und somit von der Stromleitung isoliert ist.
• Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zum Reduzieren des elektromagnetischen Interferenzrauschens (EMI) unter Verwendung des isolierten aktiven EMI-Filters ohne zusätzliche Elemente auf einer Stromleitung gemäß der vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung bereit, wobei das Verfahren ein Verfahren zum Reduzieren des EMI-Rauschens durch Hinzufügen eines aktiven Elements zu einem passiven EMI-Filter ist, und das Filter umfasst eine Gleichtaktdrossel, die auf einer EMI-Quellenseite angeordnet ist, an der die EMI auftritt, und deren stromführende Leitung und deren neutrale Leitung, welche mit einer EMI-Quelle verbunden sind, jeweils mit einer Wicklung gewickelt sind; einen Y-Kondensator, der auf einer Stromquellenseite angeordnet ist, aus der der Strom zugeführt wird, und zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren umfasst, wobei die beiden Kondensatoren parallel zwischen der stromführenden Leitung und der neutralen Leitung geschaltet sind und gemeinsam mit Masse verbunden sind, wobei das Verfaren folgende Schritte umfasst: Erfassen einer Rauschspannung des Y-Kondensators durch eine Primärspule eines vor dem Y-Kondensator angebrachten Transformators und Transformieren der erfassten Rauschspannung durch eine Sekundärspule; Verstärken der transformierten Rauschspannung; und Einspeisen des verstärkten Rauschsignals in die Gleichtaktdrossel als Kompensationssignal durch eine Kompensationswicklung, die durch Wickeln einer Spule auf der Gleichtaktdrossel gebildet ist, wobei die Sekundärspule des Transformators mit der an dem Y-Kondensator angeschlossenen Masse verbunden ist und somit von der Stromleitung isoliert ist.
• [Vorteilhafte Wirkungen]
• Um leitungsgebundene elektromagnetische Störungen (electromagnetic interference, EMI) zu vermeiden, die über ein Stromleitungskabel ausgehen, müssen ein EMI-Filter in den meisten elektrischen und elektronischen Geräten für Privathaushalte/Industrie angebracht werden. Gemäß einem isolierten aktiven EMI-Filter ohne zusätzliche Elemente auf einer Stromleitung und einem Verfahren zum Reduzieren des EMI-Rauschens unter Verwendung des gleichen der vorliegenden Erfindung kann die gleiche Rauschreduzierungsleistung mit einer kleineren Größe und niedrigeren Kosten erzielt werden als in dem Fall, wo nur ein passiver Filter verwendet ist.
• Ferner, gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn ein mehrstufiges passives EMI-Filter zuvor verwendet wurde, um das Rauschen ausreichend zu reduzieren, die Anzahl der Stufen der Filter kann durch Hinzufügen der isolierten aktiven EMI-Filters ohne zusätzliche Element auf der Stromleitung gemäß der vorliegenden Erfindung reduziert werden, und die Größe und die Kosten der meisten elektrischen und elektronischen Geräte können reduziert werden.
• Figurenliste
• 1 ist ein Schaltplan, der eine Konfiguration eines isolierten aktiven elektromagnetischen Interferenzfilters (EMI-Filters) ohne zusätzliche Elemente auf einer Stromleitung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
• 2 zeigt ein Beispiel der Konfiguration des aktiven EMI-Filters (AEF) gemäß der vorliegenden Erfindung, und zwar zeigt die Konfiguration eines vorgeschlagenen transformatorisolierter AEF, der auf einem Gleichtakt (CM) L-C-EMI-Filter hinzugefügt ist.
• 3 zeigt ein Schaltungsmodell eines AEF gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• 4 zeigt ein Ersatzschaltbild für einen halben Teil mit parasitären Komponenten.
• 5 zeigt ein Ersatzschaltbild, das den Einfluss einer Sensorwicklung einer Gleichtaktdrossel auf der Stromleitung enthält.
• 6A, 6B und 6C veranschaulichen Änderungen in Strompfaden und einen Kondensatoreffekt (G_Y,eff (s)) eines Y-Kondensators durch dem AEF für jeden Frequenzbereich.
• 7A und 7B zeigen die Kurven einer Impedanz (Z_Leitung) der Stromleitung, die von der Position des Y-Kondensators in Richtung einer Stromquelle aus betrachtet werden; 7A ist der Graph, der die Kurve in einem Fall darstellt, in dem N_sen die Gleichung 19 verletzt, und 7B ist der Graph, der die Kurve in einem Fall darstellt, in dem N_sen die Gleichung 19 erfüllt.
• 8A und 8B veranschaulichen den Vergleich von Schleifenverstärkungen, wobei 8A zeigt die Schleifenverstärkung in einer instabilen Situation ohne Dämpfungskomponenten R_d1, C_d und R_d2 und einen Phasenkompensator von R_c und C_c. 8B zeigt die Schleifenverstärkung in einer stabilen Situation mit den Dämpfungskomponenten R_d1, C_d und R_d2 und dem Phasenkompensator von R_c und C_c.
• 9 ist ein Schaltplan, der eine zweite Ausführungsform des isolierten aktiven EMI-Filters ohne zusätzliche Elemente auf einer Stromleitung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
• 10 ist ein Schaltplan, der eine dritte Ausführungsform des isolierten aktiven EMI-Filters ohne zusätzliche Elemente auf einer Stromleitung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
• 11 ist ein Schaltplan, der eine vierte Ausführungsform des isolierten aktiven EMI-Filters ohne zusätzliche Elemente auf einer Stromleitung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
• 12 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Reduzieren des EMI-Rauschens durch Hinzufügen aktiver Elemente zu einem passiven EMI-Filter darstellt, wobei das Verfahren der ersten Ausführungsform des isolierten aktiven EMI-Filters ohne zusätzliche Elemente auf einer Stromleitung gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht.
• 13 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Reduzieren des EMI-Rauschens durch Hinzufügen aktiver Elemente zu einem passiven EMI-Filter darstellt, wobei das Verfahren der zweiten Ausführungsform des isolierten aktiven EMI-Filters ohne zusätzliche Elemente auf einer Stromleitung gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht.
• 14 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Reduzieren des EMI-Rauschens durch Hinzufügen aktiver Elemente zu einem passiven EMI-Filter darstellt, wobei das Verfahren der dritten Ausführungsform des isolierten aktiven EMI-Filters ohne zusätzliche Elemente auf einer Stromleitung gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht.
• 15 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Reduzieren des EMI-Rauschens durch Hinzufügen aktiver Elemente zu einem passiven EMI-Filter darstellt, wobei das Verfahren der vierten Ausführungsform des isolierten aktiven EMI-Filters ohne zusätzliche Elemente auf einer Stromleitung gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht.
• [Beschreibung der vorteilhaften Ausführungsformen]
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein isoliertes aktives elektromagnetisches Interferenzfilter (EMI-Filter) ohne zusätzliche Elemente auf einer Stromleitung und einen Verfahren zum Reduzieren des EMI-Rauschens unter Verwendung von dem Filter, wobei das EMI-filter umfasst: eine Gleichtaktdrossel, die auf einer Stromquelleseite angeordnet ist, aus der der Strom zugeführt wird; einen Y-Kondensator; eine Sensorwicklung, die an der Gleichtaktdrossel mit einer Spule gewickelt ist und einen Rauschstrom der Gleichtaktdrossel erfasst; einen Verstärker, der den von der Sensorwicklung erfassten Rauschstrom verstärkt; und ein Transformator, der vor dem Y-Kondensator angebracht ist, und eine Primärspule, die ein vom Verstärker verstärktes Signal empfängt, und eine Sekundärspule, die mit der an dem Y-Kondensator angeschlossenen Masse verbunden ist und somit von der Stromleitung isoliert ist, umfasst, und ein Signal der Sekundärspule in den Y-Kondensator als Kompensationssignal einspeist.
• [Beschreibung der Ausführungsformen]
• Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben. Da in dieser Beschreibung beschriebene Ausführungsformen und in den Zeichnungen dargestellte Konfigurationen nur beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind und nicht den gesamten technologischen Rahmen der vorliegenden Erfindung darstellen, es sollte verstanden werden, dass die Erfindung verschiedene Äquivalente, Modifikationen und Substitutionen an der Zeitpunkt der Einreichung dieser Anmeldung umfasst.
• 1 ist ein Schaltplan, der eine Konfiguration eines isolierten aktiven elektromagnetischen Interferenzfilters (EMI-Filters) ohne zusätzliche Elemente auf einer Stromleitung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein passives EMI-Filter, das aus einer Gleichtaktdrossel (common mode (CM) choke) 110 und eines Y-Kondensators 120 besteht, und ein EMI-Filter 100, das aus einer Sensorwicklung 130, einem Verstärker 140, und einem Transformator 150 besteht.
• Die Gleichtaktdrossel 110 ist auf einer Stromquellenseite angeordnet, von der aus Strom zugeführt wird, und hat eine Form, in der eine stromführende Leitung und eine neutrale Leitung, die mit einer EMI-Quelle verbunden sind, jeweils mit einer Wicklung umwickelt sind.
• Die Y-Kondensator 120 ist auf einer EMI-Quellenseite angeordnet, an der die EMI auftritt, und umfasst zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren, und die beiden Kondensatoren sind parallel zwischen der stromführenden Leitung L und der neutralen Leitung N geschaltet und gemeinsam mit Masse verbunden.
• Die Sensorwicklung 130 ist an der Gleichtaktdrossel 110 mit einer Spule gewickelt und erfasst einen Rauschstrom, der durch die Gleichtaktdrossel 110 fließt. Wenn man sich eine Kapazität einer parasitären Schaltung des Gleichtaktdrossel 110 als C_cm und eine Kapazität einer parasitären Schaltung der Sensorwicklung 130 als C_sen bezeichnet, bevorzugt ist die Anzahl der Windungen N_sen der Sensorwicklung 130 geringer als eine Quadratwurzel von 2C_cm / C_sen.
• Der Verstärker 140 verstärkt den Rauschstrom, der durch die Sensorwicklung 130 erfasst ist.
• Der Transformator 150 ist vor dem Y-KONDENSATOR 120 angebracht und umfasst eine Primärspule, die ein vom Verstärker verstärktes Signal empfängt, und eine Sekundärspule, die sie mit der an den Y-Kondensator 120 angeschlossenen Masse verbunden ist und somit von der Stromleitung isoliert ist, und speist ein Signal der Sekundärspule in den Y-Kondensator 120 als Kompensationssignal ein.
• 2 zeigt ein Beispiel der Konfiguration des aktiven EMI-Filters (AEF) gemäß der vorliegenden Erfindung, und zwar zeigt die Konfiguration eines vorgeschlagenen transformatorisolierter AEF, der auf einem Gleichtakt (CM) L-C-EMI-Filter hinzugefügt ist. 3 zeigt ein Schaltungsmodell eines AEF gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• Das isolierte aktive EMI-Filter ohne zusätzlichen Elemente auf einer Stromleitung gemäß der vorliegenden Erfindung kann ferner ein Tiefpassfilter umfassen, um Stabilitätsprobleme zu verhindern, die durch Resonanz in der Sensorwicklung in einem Hochfrequenzbereich verursacht werden.Bezugnehmend auf 3 umfasst das Tiefpassfilter einen Widerstand R_f und einen Kondensator C_f.
• Ein Ende des Widerstands R_f ist mit der Sensorwicklung verbunden, und dessen andere Ende ist mit einem positiven Eingangsanschluss des Verstärkers verbunden. Ein Ende des Kondensators C_f ist mit dem anderen Ende des Widerstands R_f und den positiven Eingangsanschluss des Verstärkers verbunden, und das andere Ende des Kondensators C_f ist mit Masse verbunden. Der Kondensator C_f befindet sich am Eingangsanschluss des Verstärkers.
• Ferner kann eine Impedanz (Z_in,AEF), gesehen vom Eingangsanschluss des Verstärkers 140 in Richtung des Tiefpassfilters, so eingestellt werden, dass sie größer als eine Impedanz (Z_sen,para) der parasitären RC-Komponenten der Sensorwicklung 130 in einem interessierenden Frequenzbereich.
• Eine Grenzfrequenz (1/2 Π R_fC_f) des Tiefpassfilters kann größer als eine maximale Betriebsfrequenz f_op,max und kleiner als eine Frequenz von $1/2\pi \surd \left(1-k_{sen}{}^2\right)N_{sen}{}^2{L}_{cm}{C}_{sen}$

  

  sein (wobei k_sen einen Kopplungskoeffizienten der Sensorwicklung bezeichnet, N_sen die Anzahl der Windungen der Sensorwicklung 130 bezeichnet, L_cm eine Induktivität der Gleichtaktdrossel 110 bezeichnet, und C_sen eine Kapazität der parasitären Schaltung der Sensorwicklung 130 bezeichnet).
• Ferner kann das isolierte aktive EMI-Filter ohne zusätzlichen Elemente auf einer Stromleitung gemäß der vorliegenden Erfindung einen Bypass-Zweig umfassen, der als ein Bypass zum Vermeiden der Resonanzen in dem Transformator dient, und die Stabilität als Dämpfungskreis erhöht, und die Leistungsverschlechterung wegen der Resonanz zwischen dem Y-Kondensator und einer Impedanz der EMI-Quelle verringert.Bezugnehmend auf 3 kann der Bypass-Zweig einen ersten Widerstand R_d1, einen Kondensator C_d und einen zweiten Widerstand R_d2 umfassen.
• Der erste Widerstand R_d1 hat ein Ende, das mit dem Y-Kondensator verbunden ist, und das andere Ende, das mit der Sekundärspule des Transformators verbunden ist, und ein Ende des Kondensators C_d ist mit dem einen Ende des ersten Widerstands (R_d1) verbunden. Ein Ende des zweiten Widerstands R_d2 ist mit dem anderen Ende des Kondensators in Reihe geschaltet, und das andere Ende des zweiten Widerstands Rd2 ist mit Masse verbunden.
• Ferner kann das isolierte aktive EMI-Filter ohne zusätzlichen Elemente auf einer Stromleitung gemäß der vorliegenden Erfindung einen Phasenkompensator für die Stabilität in einem Niederfrequenzbereich enthalten.
• Bezugnehmend auf 3 umfasst der Phasenkompensator einen Widerstand R_c und einen Kondensator C_c, die parallel geschaltet sind, und ein Ende jeder des Widerstands R_c und der Kondensator C_c, die parallel geschaltet sind, ist mit einem negativen Eingangsanschluss des Verstärkers verbunden, und die anderen Enden des Widerstands R_c und des Kondensators C_c, die parallel geschaltet sind, sind mit einem Ausgangsanschluss des Verstärkers verbunden.
• Die vorliegende Erfindung schlägt eine neue Struktur eines vollständig transformatorisolierten AEF vor. Bezugnehmend auf 2 ist der AEF gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zusätzlich auf dem herkömmlichen CM LC-EMI-Filter, der aus der Gleichtaktdrossel und dem Y-Kondensator besteht. Die Struktur des AEF gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ähnelt der Topologie eines herkömmlichen AEF mit einer CSCC-Struktur, jedoch wird ein Injektionstransformator zwischen dem Ausgangsanschluss des Verstärkers und dem Kompensations-Y- hinzugefügt. Der Injektionstransformator ist nicht an der Hauptstromleitung angebracht, so dass nur ein geringer Kompensationssignalstrom durch den Transformator fließt. Da in der Injektionstransformer unabhängig vom Betriebsstrom eines Anwendungsprogramms eine kleine Stromstärke fließt, der Injektionstransformator kann in einer kleinen Größe verwirklicht werden, so dass das Risiko einer magnetischen Sättigung und thermischer Probleme verringert werden können. Zusätzlich benötigt der Abtastteil des AEF keinen zusätzlichen Transformator, aber eine dünne Rauscherfassungsleitung ist zusätzlich auf eine vorhandene kommerzielle Gleichtaktdrossel gewickelt. Es wurde versucht, eine Sensorwicklung direkt an der handelsüblichen Gleichtaktdrossel anzubringen, aber die nachteiligen Auswirkungen der Sensorwicklung und die maximal zulässige Anzahl von Windungen wurden nicht untersucht. Zusammenfassend können die hauptsächlichen neuen Merkmale des AEF gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch eine vollständige Transformatorisolation ohne die Verwendung separater Komponenten an der Hauptstromleitung und ein kompakten Design gekennzeichnet werden. Aufgrund dieser Eigenschaften ist der AEF gemäß der vorliegenden Erfindung kleiner und leistungsfähiger als andere transformatorisolierte CSVC-AEFs.
• In der vorliegenden Erfindung wird eine Anzahl nützlicher expliziter Konstruktionsrichtlinien für den vollständigen Entwurf des AEF gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt. Wie nachstehend beschrieben, wird der transformatorisolierte AEF analysiert, um eine Geräuschdämpfungsleistung zu bewerten, und aufgrund der Analyse werden geeignete Konstruktionsrichtlinien für die Leistung und Stabilität des AEF bereitgestellt. Zusätzlich werden der Filtereinfügungsverlust und die Schleifenverstärkung des AEF unter Verwendung eines Vektornetzwerkanalysators (vector netwok analyzer, VNA) gemessen und nachgeprüft. Die Reduzierung des Gleichtaktdrossel-leitungsgebundenen Emissionsrauschens aufgrund des AEF wird auch bei tatsächlichen SMPS (Switched Mode Power Supply)-Platinenprodukten erreicht. Zusätzlich wird die zur Masse austretende Strommenge gemessen, um die Sicherheit der Verwendung des AEF zu bestimmen.
• Ein AEF gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird analysiert. Mit Bezug auf 3 bezeichnet C_Y eine Kapazität eines Y-Kondensators. Eine Gleichtaktdrossel wird als L_cm und M_cm modelliert, die jeweils eine Selbstinduktivität und eine Gegeninduktivität einer Wicklung auf einer Stromleitung darstellen.
• Der AEF besteht hauptsächlich aus einer Sensorwicklung, die auf die Gleichtaktdrossel gewickelt ist, einem Verstärker, und einem Injektionstransformator. Ein Windungsverhältnis von der Wicklung auf der Stromleitung und der Sensorwicklung wird auf 1: Nsen eingestellt, und eine Selbstinduktivität der Sensorwicklung wird durch etwa N_sen ²L_cm. angegeben. M_sen darstellt eine Gegeninduktivität zwischen der Wicklung auf der Stromleitung und der Sensorwicklung an einem Eingangsanschluss des AEF. In ähnlicher Weise bezeichnet M_inj eine Gegeninduktivität eines Injektionstransformators, und ein Windungsverhältnis einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung wird auf 1: N_inj eingestellt. Die Selbstinduktivität auf jeder Seite ist jeweils als L_inj und N_inj ²L_inj gegben. M_cm, M_sen und M_inj werden jeweils durch k_cmL_cm, k_senN_senL_cm bzw. k_injN_injL_inj berechnet. Hier bezeichnen k_cm, k_sen und k_inj jeweils Kopplungskoeffizienten. Im tatsächlichen Design haben k_cm, k_sen und k_inj im Allgemeinen einen Wert in einem Bereich von 0,99 bis 1. Der Verstärker ist als einer Konfiguration eines nicht invertierenden Operationsverstärkers (OP-AMP) mit Widerständen R₁ und R₂ verwirklicht.
• In Anbetracht einer Rückkopplungsstabilität des AEF, wie in 3 dargestellt, sind einige zusätzliche Komponenten erforderlich, wie beispielsweise ein Tiefpassfilter, ein Bypass-Zweig und ein Phasenkompensator. R_f und C_f bilden ein Tiefpassfilter zur Verhinderung von Stabilitätsproblemen im OP-AMP, die durch Resonanz in der Sensorwicklung in einem Hochfrequenzbereich verursacht werden können. R_d1, C_d und R_d2 wirken als ein Bypass, um die Resonanzen im Injektionstransformator zu vermeiden, und wirken als Dämpfungsschaltung zur Sicherung der Stabilität, so dass die Leistungsverschlechterung wegen der Resonanz zwischen einer Rauschquellenimpedanz und dem Y-Kondensator weiter gemindert wird. R_c und C_c sind Phasenkompensatoren zur Sicherung der Stabilität im Niederfrequenzbereich.
• Selbst wenn eine Erdreferenzspannung des AEF anders als die Masse eingestellt ist, ist der AEF in Bezug auf ein Wechselstrompotential von Null symmetrisch, und eine Schaltung des AEF in zwei Teile geteilt und analysiert werden kann. 4 zeigt ein Ersatzschaltbild für einen halben Teil mit parasitären Komponenten. Bezugnehmend auf 4, um genauer zu ausgedrücken, werden auch parasitäre Schaltungsparameter der Gleichtaktdrossel, der Sensorwicklung, und des Injektionstransformators modelliert und durch Rcm und C_cm, R_sen und C_sen, and R_inj1, C_inj1, R_inj2, und C_inj2, dargestellt. Eine Gleichtaktrauschquelle der zu testenden Ausrüstung (Equipment under Test, EUT) wird als V_n und Z_n des Thevenin-Ersatzschaltbilds modelliert, die jeweils eine Gleichtaktrauschquellenspannung und eine Gleichtaktrauschquellenimpedanz darstellen. Z_LISN repräsentiert eine Impedanz eines Netzimpedanzstabilisierungsnetzwerks (line impedance stabilization network, LISN). Z_Leitung, Z_in,_AEF und Z_Y,_eff repräsentieren jeweils eine Impedanz, die in jeweiliger Richtung in Bezug auf das Null-Wechselstrompotential betrachtet wird.
• Das Funktionsprinzip des AEF wird aufgrund einer Gleichung analysiert, die eine effektive Induktivität der Gleichtaktdrossel und eine effektive Kapazität eines Y-Kondensator-Zweigs ausdrückt. Die effektive Induktivität der Gleichtaktdrossel wird beschrieben.
• Eine Impedanz, die von einem vorderen Ende der Gleichtaktdrossel in Richtung der Stromleitung gesehen wird, wird unter Verwendung des Kirchhoffschen Gesetzes ausgedrückt und unten gezeigt. $$Z_{line}=\left(s{L}_{cm,eff}\right)\left|\right|R_{cm}\left|\right|\frac{1}{s{C}_{cm}}+Z_{LISN}$$

  

  wo
• $$L_{cm,eff}\left(s\right)=\left(1+k_{cm}-X\left(s\right)\right)L_{cm}$$

  

  $$X\left(s\right)=\frac{2M_{sen}{I}_{sen}}{L_{cm}{I}_{cm}}=\frac{2s{{\displaystyle k}}_{sen}^2{{\displaystyle N}}_{sen}^2{L}_{cm}}{s{{\displaystyle N}}_{sen}^2{L}_{cm}+Z_{in,AEF}\left|\right|Z_{sen,para}}$$

  
• $$Z_{sen,para}=R_{sen}\left|\right|\frac{1}{s{C}_{cm}}$$

  
• $$Z_{in,AEF}\approx R_{}\frac{1}{s{C}_{}}$$

  

  wobei L_cm,_eff die effektive Induktivität der Gleichtaktdrossel bezeichnet und hier tritt ein Induktivitätsausgleichungselement X(s) auf. X(s) ist definiert als (2Ms_enI_sen)/(L_cmI_cm), wobei I_cm und I_sen Ströme darstellen, die durch Induktivitätszweige von LcmMcm und 2N_sen ²L_cm fließen, wie in 4 gezeigt. Z_sen para bezeichnet eine Impedanz der parasitären RC-Komponenten der Sensorwicklung. Z_in,_AEF bezeichnet eine Impedanz, die vom Eingangsanschluss des Verstärkers in Richtung des Tiefpassfilters gesehen ist. Eine Eingangsimpedanz des OP-AMP wird in einem interessierenden Frequenzbereich als groß angenommen und in Gleichung 5 ignoriert.
• 5 zeigt ein Ersatzschaltbild, das den Einfluss der Sensorwicklung der Gleichtaktdrossel auf die Stromleitung enthält. Die Wirkung der Sensorwicklung auf die Induktivität der Gleichtaktdrossel ist in 5 zusammengefasst. Bezugnehmend auf 5 zeigt ein Kasten auf der rechten Seite ein Ersatzschaltbildmodell einer Gleichtaktdrossel auf der Stromleitung unter Berücksichtigung einer durch 2M_sen induzierten Spannung. Die induzierte Spannung von 2sM_senI_sen hat eine zu dem Spannungsabfall von s (L_cm + M_cm) I_cm entgegengesetzte Polarität. Wenn X(s) als (2M_senI_sen) / (L_cmI_cm) definiert ist, eine Gesamtspannung der Drosselinduktivität kann als s (1 + k cm-X (s)) L_cmI_cm vereinfacht werden. Somit wird eine effektive Induktivität L_cm,eff der Gleichtaktdrossel als (1 + k_cm-X (s)) L_cm bezeichnet, wie angegeben in Gleichung 2.
• Wenn es keine Sensorwicklung gibt, ist ksen = X (s) = 0 und somit L_cm,eff ist einfach als (1 + K_cm)L_cm gegeben. Wenn jedoch in Gleichung 3 sN_sen ²L_cm viel größer als (Z_in,AEF ∥ Z_sen,para) ist, sind k_cm und k_sen sehr nahe an 1 und somit X (s) ≈ 2k_sen ² und L_cm,eff ≈ L_cm (1 + k_cm-2k_sen ²). Dies bedeutet, dass die Drosselinduktivität durch den durch die Sensorwicklung fließenden Strom massgeblich beeinflusst werden kann. Um die Drosselinduktivität aufrechtzuerhalten, sollte daher die Anzahl der Windungen N_sen der Sensorwicklung begrenzt werden.
• Als nächstes wird die effektive Kapazität des Y-Kondensators beschrieben. Eine Impedanz, die in Richtung der Z _Y,eff des Y-Kondensatorzweigs betrachtet wird, kann wie in den nachstehenden Gleichungen 6 bis 11 ausgedrückt werden.
• $$Z_{Y,eff}\left(s\right)-\frac{1}{s{C}_Y}\cdot \frac{1+\beta \left(s\right)}{1+\alpha \left(s\right)}$$

  

  wo, $$\alpha \left(s\right)=s{k}_{inj}{N}_{inj}{L}_{inj}{G}_1\left(s\right)G_{amp}\left(s\right)\cdot \frac{\left(R_{d2}+\frac{1}{s{C}_d}\right)\left(R_{inj1}\left|\right|\frac{1}{s{C}_{inj1}}\right)\left(R_{inj2}\left|\right|\frac{1}{s{C}_{inj2}}\right)}{\left\{R_{d1}+R_{d2}\frac{1}{s{C}_d}+R_{inj2}\left|\right|\frac{1}{s{C}_{inj2}}\right\}\left(R_o+\frac{1}{s{C}_o}+R_{inj1}\left|\right|\frac{1}{s{C}_{inj1}}\right)A\left(s\right)}$$

  

  $$\begin{array}{l}\beta \left(s\right)=s{C}_T\left(R_{d1}+R_{inj2}\left|\right|\frac{1}{s{C}_{inj2}}\right)\left|\right|\left(R_{d2}\frac{1}{s{C}_d}\right)\\ \text{ x}=\left[1-\frac{{\left(R_{inj2}\left|\right|\frac{1}{s{C}_{inj2}}\right)}^2}{\left(R_{d1}+R_{inj2}\left|\right|\frac{1}{s{C}_{inj2}}\right)A\left(s\right)}\cdot \frac{R_{d2}+\frac{1}{s{C}_d}}{R_{d1}+R_{d2}+\frac{1}{s{C}_d}+R_{inj2}\left|\right|\frac{1}{s{C}_{inj2}}}\left\{\frac{{\left(R_{inj1}\left|\right|\frac{1}{s{C}_{inj1}}\right)}^2}{R_o+\frac{1}{s{C}_o}+R_{inj1}\left|\right|\frac{1}{s{C}_{inj1}}}-R_{inj1}\left|\right|\frac{1}{s{C}_{inj1}}-s{L}_{inj}\right\}\right]\end{array}$$

  

  $$G_1\left(s\right)=\frac{V_{in,amp}}{V_{in}}=-\frac{2s{k}_{sen}{N}_{sen}{L}_{cm}{Z}_{senpara}}{s{N}_{sen}{}^2{L}_{cm}{Z}_{senpara}\left|\right|Z_{in,AEF}}\frac{\frac{1}{s{C}_{}}}{R_{}+\frac{1}{s{C}_{}}+Z_{sen,para}}\frac{R_{cm}\left|\right|\frac{1}{s{C}_{cm}}-Z_{line}-Z_{LISN}}{\left(R_{cm}\left|\right|\frac{1}{s{C}_{cm}}\right)Z_{line}}$$

  

  $$G_{amp}\left(s\right)=\frac{V_{outamp}}{V_{inamp}}=1+\frac{R_2+R_c\left|\right|\frac{1}{s{C}_c}}{R_1}$$

  

  $$A\left(s\right)=\left\{\frac{{\left(R_{inj1}\left|\right|\frac{1}{s{C}_{inj1}}\right)}^2}{R_o+\frac{1}{s{C}_o}+R_{inj1}\left|\right|\frac{1}{s{C}_{inj1}}}-R_{inj1}\left|\right|\frac{1}{s{C}_{inj1}}-s{L}_{inj}\right\}\left\{s{N}_{inj}{}^2{L}_{inj}+\left(R_{d1}+R_{d2}+\frac{1}{s{C}_d}\right)\left|\right|R_{inj2}\left|\right|\frac{1}{s{C}_{inj2}}\right\}+{\left(s{k}_{inj}{N}_{inj}{L}_{inj}\right)}^2$$

  

  wobei α (s) und β (s) können jeweils physikalisch als Boosting-Faktor bzw. Bypass-Faktor verstanden werden, wie nachstehend beschrieben. G₁(S) ist eine Spannungsverstärkung von V_in zu V_in, Ampere, und G_amp(s) ist eine Spannungsverstärkung des Verstärkers von V_in, Ampere zu Vout, Ampere. Es wird angenommen, dass eine Frequenzbandbreite des OP-AMP ausreichend höher als ein interessierender Frequenzbereich ist. In Gleichung 6 kann die Bezeichung Z_Y,eff als Impedanz einer effektiven Kapazität C_Y,eff(_s) verstanden werden und ist durch die nachstehende Gleichung 12 definiert.
• $$C_{Y,eff}\left(s\right)=C_Y\frac{1+\alpha \left(s\right)}{1+\beta \left(s\right)}$$

  
• 6A, 6B und 6C veranschaulichen Änderungen von C_Y,eff(s) gemäß der Änderung der Frequenz, und hier zeigt 6A den Betrieb der AEF in dem interessierenden Frequenzbereich, 6B zeigt eine Auftragung von α (s) und β (s), und 6C zeigt eine Impedanzkurve von Z_Y,eff.
• Die Änderungen von C_{Y,eff (s)} gemäß der Änderung der Frequenz sind in 6A, 6B und 6C zusammengefasst. Die Wirkung des AEF auf den Y-Kondensator-Zweig und die Änderung eines Strompfades sind in 6A dargestellt. Ein gepunktetes Kästchen zeigt die Wirkung des AEF auf C_Y,eff· f_op,min and f_op,max sind minimale bzw. maximale Zielbetriebsfrequenzen des AEF, die als Schaltungsparameter des AEF ausgelegt werden können.
• Zum Beispiel die Größe von jeweils α (s) und β (s) des entsprechend gestalteten AEF sind gemäß der Frequenz in 6B dargestellt. Die Impedanz Z_Y,eff des Y-Kondensatorzweigs ist auch in 6C dargestellt. α (s) und β (s) sind beide viel kleiner als 1 bei Frequenzen, die ausreichend niedriger als f_op,min und damit wird Z_Y,eff in Gleichung 6 einfach zu 1/sC_Y angenähert. Dies bedeutet, dass die Bypass-Schaltung und der Injektionstransformator im Vergleich zur Impedanz von CY vernachlässigbar sind und eine Rauschspannung, die vom AEF kompensiert wird, ebenfalls sehr klein ist. Im Betriebsfrequenzbereich des AEF, der von f_op,_min bis f_op, max ist, ist α(s) größer als 1, aber β (s) ist immer noch viel kleiner als 1. Das heißt, wie durch -αV in 6A angegeben, liefert der AEF eine Kompensationsspannung zu den Y-Kondensator-Zweig, während die Bypass-Schaltung immer noch vernachlässigbar ist.
• Die Größe der α(s) wird hauptsächlich bei N_senN_inj(1+R₂/R₁) beibehalten, was eine Multiplikation der Spannungsverstärkungen der Sensorwicklung, des Verstärkers, und des Injektionstransformators im Betriebsfrequenzbereich darstellt. Dementsprechend wird der Gleichtaktstrom, der durch den Y-Kondensator-Zweig fließt, durch (1+N_senN_inj(1+R₂/R₁)) verstärkt, so dass die effektive Kapazität auf (1+N_senN_inj(1+R₂/R₁))C_Y erhöht wird, wie in 6C dargestellt. Wenn die Frequenz näher an f_op,max ansteigt, beginnt α(s) kleiner zu werden, und dies zeigt an, dass die Kompensationsspannung von der AEF abnimmt. Zugleich wird β (s) ähnlich zu 1, was bedeutet, dass eine Impedanz (R _d2+1/sC_d) des Bypass-Zweigs kleiner ist als eine Impedanz eines Pfades des Injektionstransformators. Somit fließt ein Gleichtaktrauschstrom hauptsächlich durch den Bypass-Zweig, und die Impedanz Z_Y,eff wird zu ((1/sC_Y+2(R_d2+1/sC_d)) angenähert.
• 6C zeigt, dass die Größe der Z_Y,eff größer als die Größe von 1/sC_Y erhöht wird, da im Frequenzbereich nach f_op,max C_d und R_d2 zu dem Strompfad hinzugefügt werden. Ein Dämpfungswiderstand R_d2 spielt jedoch eine wichtige Rolle bei der Abschwächung der Resonanz zwischen dem Y-Kondensator und der Impedanz der Gleichtaktrauschquelle. Die Resonanz sollte vermieden werden, da die Leistung des gesamten Gleichtaktfilters wegen der Resonanz häufig stark beeinträchtigt wird.
• Als nächstes wird der Einfügungsverlust (IL) des gesamten Filters beschrieben. Die Rauschunterdrückungsleistung des Filters wird im Allgemeinen als Einfügungsverlust (insetion loss, IL) quantifiziert, der als ein Verhältnis zwischen einer Rauschspannung, die von einem LISN ohne Filter empfangen ist, und einer Rauschspannung, die von einem LISN mit einem Filter empfangen ist, definiert ist. In 4 wird der Einfügungsverlust (IL) des gesamten EMI-Filters wie in der folgenden Gleichung 13 abgeleitet. $$IL=\frac{Z_{line}\left|\right|Z_{Y,eff}+2Z_n}{Z_{line}\left|\right|Z_{Y,eff}}\frac{Z_{line}}{2Z_n+Z_{LISN}}$$

  
• Mit zunehmender Frequenz beginnt der IL in Gleichung 13 hauptsächlich an einem Frequenzpunkt, an dem Z_Y,eff kleiner als Z_Leitung ist, zuzunehmen. Eine Niederfrequenzgrenze im Filterbetrieb kann zu $1/2\pi \sqrt{L_{cm,eff}{C}_{Y,eff}}$

  

  angenähert werden. Wie in 6C gezeigt, der vorgeschlagene AEF stark reduziert das Z_Y,eff im Zielfrequenzbereich, und das wiedrum erhöht den IL des gesamten Filters. Ferner bewirkt der AEF derart, dass der gesamte Filter bei einer niedrigeren Frequenz arbeitet.
• Die in der vorliegenden Erfindung bereitgestellten Konstruktionsrichtlinien des AEF werden beschrieben. Die tatsächlichen Konstruktionsrichtlinien für die AEF werden unter Berücksichtigung von Leistung und Stabilität entwickelt. Zunächst wird der Aufbau der Sensorwicklung und des Eingangs-Tiefpassfilters beschrieben.
• Die Sensorwicklung ist direkt auf die Gleichtaktdrossel gewickelt, so dass kein zusätzlicher Erfassungstransformator hinzugefügt ist. Hinsichtlich der Größe und Kosten ist es vorzuziehen, keinen zusätzlichen Erfassungstransformator zu verwenden. Wie oben beschrieben, können jedoch die Induktivität L_cm,eff der Gleichtaktdrossel und die Impedanz Z_Leitung der Stromleitung wegen der zusätzlichen Sensorwicklung verringert werden. Obwohl der AEF gemäß der vorliegenden Erfindung den C_Y,eff des Y-Kondensators ordnungsgemäß erhöht, kann die reduzierte Impedanz Z_Leitung der Stromleitung die Rauschdämpfungsleistung des gesamten CM-EMI-Filters verschlechtern. Um die Reduktion der Z_Leitung zu verhindern, ist daher eine geeignete Konstruktionsrichtlinie für die Sensorwicklung erforderlich.
• Z_Leitung wird hauptsächlich durch die parasitäre Kapazität als $1/2\pi \sqrt{L_{cm,eff}{C}_{cm}})$

  

  der Gleichtaktdrossel nach einer ersten Magnetresonanzfrequenz f_r,cm angegeben. Dementsprechend hat nach der Frequenz f_r,_cm das Induktivitätsunterdrückungselement X(s) keinen signifikanten Einfluss auf die Größe der Z line. Außerdem ist X(s) in Gleichung 3 nur dann von Bedeutung, wenn sN_sen ²L_cm größer als (Z _in,AEF∥Z_sen,_para) ist. Wenn also ein Frequenzpunkt, an dem sN_sen ²L_cm größer als (Z _in,AEF∥Z_sen,_para) zu werden beginnt, höher als f_r,cm ist, wird Z_Leitung von der Sensorwicklung kaum beeinflusst. Eine solche Bedingung kann durch das folgende Entwurfsverfahren erfüllt werden. Erstens ist Z_in,AEF so ausgelegt, dass es in allen interessierenden Frequenzbereichen (z. B. 10 kHz bis 30 MHz) größer als Z_sen ist. Das heißt, es kann durch die in Gleichung 14 gezeigte Bedingung ausgedrückt werden. $$\left(Z_{in,AEF}=R_{}+\frac{1}{s{C}_{}}\right)>\left(Z_{senpara}=R_{sen}\left|\right|\frac{1}{s{C}_{sen}}\right)$$

  

  wobei, um einfacher auszudrücken, R_f und C_f so ausgewählt sind, dass sie wie in den Gleichungen 15 und 16 werden,
• $$R_{}>\frac{1}{s{C}_{sen}}$$

  

  $$C_{}<C_{ser}$$

  
• Wenn eine Ungleichungsbedingung in Gleichung 14 ausreichend erfüllt ist, (Z_in,AEF ∥ Z_sen.para) ≈ Z_sen,para. Dann wird der Frequenzpunkt, an dem sN_sen ²L_cm größer zu werden beginnt als (Z_in,AEF ∥ Z_sen,para), an eine Resonanzfrequenz zwischen sN_sen ²L_cm und C_sen angenähert, wie in der folgenden Gleichung 17 gezeigt ist. $${}_{r,sen}=\frac{1}{2\pi N_{sen}\sqrt{L_{cm}{C}_{sen}}}$$

  

  hier sollte f_r,sen höher sein als f_r,cm, wie in Gleichung 18 gezeigt, $$\left({}_{r,sen}=\frac{1}{2\pi N_{sen}\sqrt{L_{cm}{C}_{sen}}}\right)>\left({}_{r,cm}=\frac{1}{2\pi \sqrt{L_{cm,eff}{C}_{cm}}}\right)$$

  

  so dass die Konstruktionsrichtlinie für die Anzahl der Windungen der Sensorwicklung ausgezogen wird, wie in Gleichung 19 gezeigt,
• $$N_{sen}<\sqrt{\frac{L_{cm,eff}{C}_{cm}}{L_{cm}{C}_{sen}}}\approx \sqrt{\frac{2C_{cm}}{C_{sen}}}$$

  

  wobei L_cm,eff ist zu (1 + k_cm)L_cm ≈ 2L_cm angenähert. Die Konstruktionsrichtlinie für Gleichung 19, in der die aufrechterhaltene Z_Leitung sichergestellt ist, wird durch das maximal zulässige Wicklungsverhältnis der Sensorwicklung abgeleitet. Die genauen Werte der parasitären Kapazitäten der Gleichtaktdrossel, C_cm, und C_sen in Gleichung 19 sind nicht bekannt, bevor sie tatsächlich entworfen wurden, aber Gleichung 19 kann dennoch eine nützliche Richtlinie für die Anzahl der Windungen der Sensorwicklung anbieten.
• 7A und 7B zeigen die Kurven einer Impedanz (Z_Leitung) der Stromleitung, die von der Position des Y-Kondensators in Richtung einer Stromquelle aus betrachtet ist; 7A ist der Graph, der die Kurve in einem Fall darstellt, in dem N_sen die Gleichung 19 verletzt, und 7B ist der Graph, der die Kurve in einem Fall darstellt, in dem N_sen die Gleichung 19 erfüllt. Beispiele für die Werte sind in 7 dargestellt. Zwei verschiedene N_sen-Werte werden mit dem AEF getestet, indem C_cm und C_sen für die einfache Analyse auf einen gleichen, festen Wert eingestellt werden. Die Größen der Z_Leitung in dem Fall, in dem der AEF nicht eingesetzt ist, und der Fall, in dem der AEF eingsetzt ist, d.h., Z_{Leitung,ohne AEF} und Z_{Leitung,mitAEF}, werden verglichen.
• In 7A wird die Bedingung von Gleichung 19 verletzt, da N_sen=2 ist und f_r,sen ist niedriger als f_r,cm. Im Gegensatz dazu erfüllt Gleichung 19 7B mit N_sen=0,5 und f _r,sen ist höher als f_r,cm. Demzufolge ist in 7A Z_Leitung,_{mit AEF} ist im Vergleich zu Z_{Leitung ohne AEF} erheblich reduziert, während in 7B, Z_Leitung,_{mit AEF} ist kaum verändert.
• Wenn der AEF in einem Hochfrequenzbereich verwendet wird, tritt ferner eine andere Resonanz in Z_Leitung auf. Die Resonanz tritt in einer Frequenz von $1/2\pi \sqrt{\left(1-k_{sen}{}^2\right)N_{sen}{}^2{L}_{cm}{C}_{sen}}$

  

  wegen der Sensorwicklung wie in den 7A und 7B bezeichnet. Da die Resonanz die Stabilität der Systemrückkopplung im Hochfrequenzbereich nachteilig beeinflusst, ist am Eingangsanschluss des OP-AMP ein Tiefpassfilter aus R_f und C_f erforderlich, um die Resonanz zu unterdrücken. Im Fall des Tiefpassfilters, das die Leistung des AEF im Betriebsfrequenzbereich nicht beeinflusst, sollte eine Grenzfrequenz des Filters höher sein als f_op,_max, was die maximale Betriebsfrequenz ist, aber niedriger als eine Resonanzfrequenz in Gleichung 20 unten sein.
• $${}_{op,max}<\frac{1}{2\pi R_{}{C}_{}}<\frac{1}{2\pi \sqrt{\left(1-k_{sen}{}^2\right)N_{sen}{}^2{L}_{cm}{C}_{sen}}}$$

  
• Gleichung 15, Gleichung 16 und Gleichung 20 können als Richtlinien zum Entwerfen des Tiefpassfilters dienen.
• Als nächstes wird der Aufbau des Injektionstransformators und des Verstärkers beschrieben.
• Das Design des Injektionstransformators und des Verstärkers hauptsächlich bestimmt die Hauptleistungsparameter f_op,_min, f_op,max und C_Y,eff des AEF in 6. Ein Kondensator C_o an einem Ausgangsanschluss des Verstärkers wird verwendet, um unerwünschte Signale bei Frequenzen, die niedriger als der Zielbetriebsfrequenzbereich sind, zu verhindern. C_o, der in Reihe mit L_inj geschaltet ist, bildet damit ein Hochfrequenzfilter, und dessen Grenzfrequenz wird wie in der folgenden Gleichung 21 abgeleitet und bestimmt eine minimale Betriebsfrequenz des AEF.
• $$\begin{array}{l}{}_{op,min}=\frac{1}{2\pi \sqrt{L_{inj}{C}_o}}\\ \text{.}\end{array}$$

  
• Eine Impedanz von C_o, die in Reihe mit Linj geschaltet ist, wird bei einer Frequenz f_op,min schnell verringert, um einen Ausgangsstrom des OP-AMP zu erhöhen. Daher sollte R_o zum Ausgangsanschluss des OP-AMP hinzugefügt werden, um die Impedanz bei der Resonanzfrequenz zu begrenzen, aber er sollte in allen Betriebsfrequenzbereichen ausreichend kleiner als sL_inj sein.
• Wie unter Bezugnahme auf 6A wird die maximale Betriebsfrequenz f_op,max des AEF durch eine Frequenzgrenze bestimmt, bei der die Impedanz des Bypass-Zweigs kleiner als die Impedanz des Pfades von dem Injektionstransformators ist. Ähnlich zu der Resonanz wegen der in 7 dargestellen Sensingwicklung, da die Resonanz in der Sekundärwicklung des Injektionstransformators eine Rückkopplungsinstabilität verursachen kann, sollte der Bypass-Zweig bei einer niedrigeren Frequenz als die Resonanzfrequenz betreiben. Die Resonanz in der Sekundärwicklung tritt bei einer Frequenz von $1/2\pi \sqrt{\left(1-k_{inj}{}^2\right)N_{inj}{}^2{L}_{inj}{C}_{in{j}^2}},$

  

  der höher als f_op,max ist, auf, wie in Gleichung 22 unten gezeigt.
• $${}_{op,max}<\frac{1}{2\pi \sqrt{\left(1-k_{inj}{}^2\right)N_{inj}{}^2{L}_{inj}{C}_{in{j}^2}}}$$

  

  wobei f_op,max aufgrund der Resonanz zwischen (1-k_inj ²)N_inj ²L_inj, das ein Induktivitätsteil des Injektionstransformators ist, und der Kapazität C_d des Bypass-Zweigs wie in Gleichung 23 bestimmt wird.
• $${}_{op,max}=\frac{1}{2\pi \sqrt{\left(1-k_{inj}{}^2\right)N_{inj}{}^2{L}_{inj}{C}_d}}$$

  
• Wenn Gleichung 23 in Gleichung 22 eingefügt ist, wird die Beziehung zwischen C_d und C_jnj ² wie unten ausgezogen.
• $$C_d>C_{inj2}$$

  
• Einige Dämpfungswiderstände R_d1 und R_d2 sind für die Stabilität bei hohen Frequenzen erforderlich. R_d2 von mehrere zehn Ohm wird empfohlen, um die Resonanz zwischen der Impedanz des Y-Kondensators und der Gleichtaktrauschquelle im Hochfrequenzbereich zu verringern, was in durch Experimenten gezeigt wird.
• Unter der Annahme, dass die Wirkung der Widerstände R_d1, R_d2, und R_inj ² im AEF-Betrieb in einem Frequenzbereich ohne Resonanzpunkt vernachlässigbar ist, ermöglicht die Bedingung von Gleichung 24, dass die Gleichungen 7 bis 11 in einem Frequenzbereich bis zu f_op,max wie in Gleichung 25 angenähert werden.
• $$\begin{array}{l}\alpha \left(s\right)\approx N_{sen}{N}_{inj}{G}_{amp}\left(s\right),\beta \left(s\right)\approx 0\\ {}^{.}\end{array}$$

  
• Die effektive Kapazität C_Y,eff(s) des Y-Kondensators in Gleichung 12 wird wie in Gleichung 26 vereinfacht. $$\begin{array}{l}{C}_{Y,eff}\left(s\right)\approx \left(1+N_{sen}{N}_{inj}{G}_{amp}\left(s\right)\right)C_Y\\ \text{.}\end{array}$$

  
• Die Phasenkompensationselemente R_c und C_c von G_amp(s) sollten wenig Einfluss auf den Betrieb des AEF haben, und Gleichung 26 wird weiter auf einen Wert vereinfacht, der wie in 6 nicht von der Frequenz abhängt. $$\begin{array}{l}{C}_{Y,eff}\approx \left(1+N_{sen}{N}_{inj}\left(1+R_2/R_1\right)\right)C_Y\\ .\end{array}$$

  

  Schließlich können einige nützliche Konstruktionsrichtlinien für die AEF wie folgt abgeleitet werden. Obwohl N_sen durch Gleichung 19 begrenzt ist, kann C_Y,eff in Gleichung 27 durch Erhöhen von N_inj und Verstärkung (1 + R₂/R₁) des Verstärkers auf ein Mehrfaches von C_Y ausgelegt werden. Wenn N_inj zunimmt, wird jedoch die maximale Betriebsfrequenz f_op, max aufgrund von Gleichung 23 verringert. Ferner erfordert die hohe Verstärkerverstärkung auch einen hohen Ausgangsspannungshub und eine hohe Verstärkungsbandbreite für den OP-AMP. Daher sollten geeignete Werte für Ninj und (1 + R2 / R1) unter Berücksichtigung der Kosten des OP-AMP und des f_op, max des AEF ausgewählt werden.
• Ferner bedeutet die Bedingung von Gleichung 22 auch, dass f_op, max des AEF durch N_inj, L_inj, und C_inj ² des Injektionstransformators eingestellt werden kann. Da die parasitäre Kapazität C_inj ² kein unabhängiger Entwurfsparameter ist, sollten N_inj und L_inj klein ausgelegt sein, um einen hohen f_op, max erhalten. Ein kleiner N_inj reduziert jedoch C_Y,eff, und wenn L_inj reduziert ist, wird f_{op min} in Gleichung 21 erhöht. Infolgedessen wird der folgende Entwurfsprozess vorgeschlagen, damit der AEF die Leistung optimiert. Erstens ist C_o so ausgelegt, dass es einen möglichst hohen Wert in einem physikalischen Gehäuse einer gegebenen Größe hat, und L_inj wird für die Ziel-f_{op min} bis auf die Grenze von Gleichung 21 abgesenkt. Um das höchste C_Y,eff zu erreichen, wird N_inj als nächstes auf die Grenze von Gleichung 22 für das Ziel_{fop max} erhöht.
• Als nächstes wird eine Stabilitätsprüfung beschrieben.
• Das AEF ist im Grunde ein Rückkopplungssystem mit einem analogen Eingang und einem analogen Ausgang, und dessen Stabilität sollte sorgfältig entworfen und garantiert werden. Wenn das System instabil ist, kann das System auch dann schwingen, auch wenn keine EUT-Rauschquelle angewendet wird. Die Rückkopplungsstabilität kann durch die Phase und die Verstärkungsspanne der Schleifenverstärkung bestätigt werden. Um die Schleifenverstärkung aus dem Schaltungsmodell von 4 abzuleiten, ist die Rückkopplungsschleife von dem Ausgangsanschluss des OP-AMP getrennt, und eine Testspannungsquelle V_t wird von dem getrennten Knoten an den Injektionstransformator angelegt, und in einem Zustand, in dem die Rauschquellenspannung V_n nicht angelegt ist, die Verhältnis der Spannung V_in an einem Frontendknoten der Gleichtaktdrossel zu einer Testspannung V_t kann wie in der Gleichung 28 berechnet werden.
• $$G_2\left(s\right)=\frac{v_m}{V_t}=\frac{s{k}_{inj}{N}_{inj}{L}_{inj}\left(R_{in{j}^1}\left|\right|\frac{1}{s{C}_{in{j}^1}}\right)\left(R_{in{j}^2}\left|\right|\frac{1}{s{C}_{in{j}^2}}\right)}{\left(R_o+\frac{1}{s{C}_o}+R_{in{j}^1}\left|\right|\frac{1}{s{C}_{in{j}^1}}\right)\left\{s{L}_{inj}+\left(R_o+\frac{1}{s{C}_o}\right)\left|\right|R_{inj}\left|\right|\frac{1}{s{C}_{in{j}^2}}\right\}}\cdot \frac{R_{d2}+\frac{1}{s{C}_d}}{\left(\frac{1}{Z_n}+\frac{1}{Z_{line}}\right)\left(R_{d1}+R_{d2}+\frac{1}{s{C}_d}+R_{in{j}^2}\left|\right|\frac{1}{s{C}_{in{j}^2}}\right)B\left(s\right)}$$

  

  wo, $$\begin{array}{l}B\left(s\right)=\left\{{\left(\frac{1}{Z_n}+\frac{1}{Z_{line}}\right)}^{-1}+Z_{Cy}+2\left(R_{d2}+\frac{1}{s{C}_d}\right)\left|\right|\left(R_{d1}+R_{in{j}^2}\left|\right|\frac{1}{s{C}_{inj2}}\right)\right\}\\ x\left\{s{N}_{inj}{}^2{L}_{inj}+\left(R_{in{j}^2}\left|\right|\frac{1}{s{C}_{inj2}}\right)\left|\right|\left(R_{d1}+R_{d2}+\frac{1}{s{C}_d}\right)-\frac{{\left(s{M}_{inj}\right)}^2}{s{L}_{inj}+\left(R_o+\frac{1}{s{C}_o}\right)\left|\right|\left(R_{inj}\left|\right|\frac{1}{s{C}_{inj1}}\right)}\right\}-\frac{2{\left(R_{in{j}^2}\left|\right|\frac{1}{s{C}_{inj2}}\right)}^2{\left(R_{d2}+\frac{1}{s{C}_d}\right)}^2}{{\left(R_{d1}+R_{d2}\left|\right|\frac{1}{s{C}_{inj2}}+R_{d2}+\frac{1}{s{C}_d}\right)}^2}\end{array}$$

  
• Die Spannungsverstärkungen von (V_{in, amp} / V_in) und (V_{out, amp} / V_{in, amp}) werden in Gleichung 9 bzw. Gleichung 10 als G₁(s) und G_amp(s) abgeleitet. Somit kann die Schleifenverstärkung des Systems wie in der Gleichung 30 ausgedrückt werden.
• $$G_{loop}\left(s\right)=-\frac{V_{outamp}}{V_t}=-\frac{V_{in}}{V_t}\frac{V_{inamp}}{V_{in}}\frac{V_{outamp}}{V_{inamp}}=-G_1\left(s\right)G_2\left(s\right)G_{amp}\left(s\right)$$

  

  Der Zweck der Verwendung von R_c und C_c ist, einen Phasenabstand von G_loop(s) zu erhöhen, um die Stabilität im Niederfrequenzbereich sicherzustellen, da die Resonanz zwischen der effektiven Induktivität L_cm,_eff der Drossel und der effektiven Kapazität C_Y,eff des Y-Kondensator-Zweigs Instabilität verursacht. Eine Resonanzfrequenz von $1/2\pi \sqrt{L_{cm,eff}{C}_{Y,eff}}$

  

  bestimmt die Niederfrequenzgrenze des Filterbetriebs und sollte unter einer Niederfrequenzgrenze der CE-Standards im entsprechenden EMI-Filterdesign liegen. Ein Höchstbetrag der Phasenkompensation aufgrund von R_c und C_c wird durch die Gleichung 31 berechnet.
• $$\text{max}\left(|\angle G_{\text{loop}\text{.w/comp}}\left(\right)-\angle G_{\text{loop}\text{,w/o comp}}\left(\right)|\right)={\text{tan}}^{-1}\left(\sqrt{\frac{R_c{}^2}{4\left(R_1+R_2\right)\left(R_1+R_2+R_c\right)}}\right)$$

  

  wobei Gleichung 31 bei einer Frequenz von $\frac{1}{2\pi R_c{C}_c}\sqrt{1+\frac{R_c}{R_1|R_2}}$

  

  erhalten ist.
• ∠G_{loop,w/comp(S)} bezeichnet eine Phase von Gloop(s) mit dem Phasenkompensator und ∠ G_{loop,w/ocomp(S)} bezeichnet die Phase der G_loop(s) ohne Phasenkompensator. Durch Einstellen der Frequenz für die maximale Phasenkompensation auf die Resonanzfrequenz von $1/2\mathrm{\pi }\sqrt{L_{cm,eff}{C}_{Y,eff}}$

  

  werden andere Ausdrücke in R_c und C_c wie in Gleichung 32 ausgezogen.
• $$C_c=\frac{1}{R_c}\sqrt{L_{cm,eff}{C}_{Y,eff}\left(1+\frac{R_c}{R_1+R_2}\right)}$$

  
• Die Ausdrücke der Gleichung 31 und der Gleichung 32 bereitstellen Konstruktionsrichtlinien für R_c und C_c.
  da sich G₂(s) in Gleichung 28 in Abhängigkeit von der EUT-Rauschquellenimpedanz Zn verändert, es ist anzumerken, dass die Schleifenverstärkung von Gleichung 30 auch in Abhängigkeit von der EUT-Rauschquellenimpedanz Z_n verändert. Es ist ersichtlich, dass in Gleichung 30, der Schleifenverstärkung zunimmt mit zunehmender Größe von Z_n der Wert, so dass die Verstärkungsspanne dazu neigt, kleiner zu werden. Das Entwerfen von Stabilität mit einem unendlichen Wert von Z_n entspricht daher im Allgemeinen dem Bereitstellen der Stabilität unter ungünstigsten Bedingungen. Dementsprechend wird in der vorliegenden Beschreibung die entworfene Schleifenverstärkung des AEF unter der Bedingung des unendlichen Wertes von Z_n berechnet oder gemessen, um die Stabilität in jeder EUT-Anwendung sicherzustellen.
• 8A und 8B veranschaulichen den Vergleich von Schleifenverstärkungen, wobei 8A zeigt die Schleifenverstärkung in einer instabilen Situation ohne Dämpfungskomponenten R_d1, C_d und R_d2 und dem Phasenkompensator von R_c und C_c. 8B zeigt die Schleifenverstärkung in einer stabilen Situation mit den Dämpfungskomponenten R_d1, C_d und R_d2 und dem Phasenkompensator von R_c und C_c.
• Zum Beispiel können G_loop(s) des Filters mit dem AEF unter Verwendung von Gleichung 30 ausgedrückt werden, wie in 8 gezeigt. Der Bypass-Zweig und der Phasenkompensator von R_d1, C_d, R_d2, R_c, und C_c sind in 8A nicht installiert, sind aber in 8B. Die Auswirkung dieser Komponenten auf die Stabilität ist klar dargestellt. In 8A wird die Instabilität aufgrund einer abrupten Phasenverschiebung in der Nähe von 10 MHz durch die Sekundärwicklung des Injektionstransformators verursacht und im Fall von 8B durch den Bypass-Zweig gelöst. In FIG. In 8A führt die Resonanz zwischen L_cm,eff und C_Y,eff bei einer niedrigen Frequenz von weniger als 100 kHz auch zu dem Risiko einer übermäßigen Phasenverschiebung und Instabilität. Wie aus 8B gesehen, durch Verwendung der Phasenkompensatoren von R_c und C_c, erhöht die Verstärkungsspanne stark.
• Als nächstes werden die Auswahl von OP-AMP und das gesamte Entwurfsverfahren beschrieben. In dem nichtinvertierenden Verstärker sollte eine Betriebsfrequenzgrenze f_OPamp des OP-AMP höher als eine Hochfrequenzgrenze f_CE, max der CE-Spezifikation sein. $${}_{OPamp}>{}_{CE,max.}$$

  
• Ferner sollte die Spannungs- und Stromkapazität des OP-AMP ausreichen, um Rauschen zu kompensieren. Um die erforderliche OP-AMP-Kapazität abzuschätzen, werden eine Spannung V_out,amp(s) und ein Strom I_out,amp(s) am Ausgangsanschluss des OP-AMP aus dem Schaltungsmodell von 4 wie in den Gleichungen 34 bzw. 35 berechnet. $$V_{out,amp}\left(s\right)=V_{in}\left(s\right)G_1\left(s\right)G_{amp}\left(s\right).$$

  

  

  wo, $$V_{in}\left(s\right)=\frac{\left(Z_{line}+Z_{LISN}\right)\left|\right|Z_{Y,eff}}{2Z_n+\left(Z_{line}+Z_{LISN}\right)\left|\right|Z_{Y,eff}}{V}_n\left(s\right).$$

  
• Da V_in(s) durch Z_n und V_n(s) sowie die Impedanz des Filters einschließlich des AEF bestimmt wird, Informationen über ein Rauschquellenmodell sind benötigt, um V_out,amp(s) und I_out,amp (s) zu schätzen. Das Rauschquellenmodell des SMPS, Z_n und V_n, das in Betrieb ist, kann durch eine Vielzahl der zuvor entwickelten Messmethoden ausgezogen werden. Sobald Z_n und V_n(s) ausgezogen sind, können die Zeitbereichswellenformen einer Ausgangsspannung v_out,amp(t) und eines Ausgangsstroms i_out,amp(t) des OP-AMP aus Spektren von den in den Gleichungen 34 bis 36 angegebenen V_out,amp(s) und I_out,amp berechnet werden. Daher sollten eine Ausgangsspannungskapazität V_OPamp,max und eine Ausgangsstromkapazität IO_Pamp,max des OP-AMP ausreichen, um V_out,amp(t) bzw. i_out,amp(t) bereitzustellen.
• $$v_{OPamp,\text{max}}>\text{max}\left(\left|v_{out,amp}\left(t\right)\right|\right).$$

  

  $$i_{OPamp,\text{max}}>\text{max}\left(\left|2i_{out,amp}\left(t\right)\right|\right)$$

  

  Da I_out,amp(s) im Halbkreismodell definiert ist, der tatsächlich im OP-AMP fließenden Strom ist doppelt so hoch wie der in Gleichung 38 gezeigt berechnete Strom.
• Wie in Gleichung 35 gezeigt, wenn Ninj unter den verschiedenen Designelementen die I_out,amp(s), beeinflussen, erhöht wird, wird I_out,amp(s) im Betriebsfrequenzbereich des AEF stark erhöht. Wie oben beschrieben, die Spannungsverstärkung des Injektionstransformators aufgrund von N_inj kann die Ausgangsspannung des OP-AMP verringern, anstatt den Ausgangsstrom zu erhöhen. Der Injektionstransformator isoliert nicht nur die AEF-Masse von der SMPS-Masse, sondern bietet auch die Verstärkung und eine weitere Designflexibilität für die OP-AMP-Schaltung.
• Andere Ausführungsformen des isolierten aktiven EMI-Filters ohne zusätzliche Elemente auf einer Stromleitung gemäß der vorliegenden Erfindung werden beschrieben.9 ist ein Schaltplan, der eine zweite Ausführungsform des isolierten aktiven EMI-Filters ohne zusätzliche Elemente auf einer Stromleitung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Das isolierte aktive EMI-Filter ohne zusätzliche Elemente auf einer Stromleitung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Gleichtaktdrossel 1710, einen Y-Kondensator 1720, einen Transformator 1750, einen Verstärker 1740 und eine Kompensationswicklung 1730.
• Bezugnehmend auf 9 ist die Gleichtaktdrossel 1710 auf einer Stromquellenseite angeordnet, aus der der Strom zugeführt wird, und deren stromführende Leitung und deren neutrale Leitung, welche mit einer EMI-Quelle verbunden sind, sind jeweils mit einer Wicklung gewickelt.
• Der Y-Kondensator 1720 ist auf einer EMI-Quellenseite angeordnet, an der die EMI auftritt, und umfasst zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren, und die beiden Kondensatoren sind parallel zwischen der stromführenden Leitung und der neutralen Leitung geschaltet und gemeinsam mit Masse verbunden.
• Der Transformator 1750 ist vor dem Y-Kondensator 1720 angebracht, umfasst eine Primärspule, die eine Rauschspannung des Y-Kondensator erfasst, und eine Sekundärspule, wodurch die Rauschspannung transformiert wird, und ist von der Stromleitung isoliert.
• Der Verstärker 1740 verstärkt die Rauschspannung, die vom Transformator 1750 erfasst und transformiert wird.
• Die Kompensationswicklung 1730 ist an der Gleichtaktdrossel 1710 mit einer Spule gewickelt und speist das vom Verstärker verstärkten Rauschsignal in die Gleichtaktdrossel 1710 ein.
• 10 ist ein Schaltplan, der eine dritte Ausführungsform des isolierten aktiven EMI-Filters ohne zusätzliche Elemente auf einer Stromleitung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, wobei das EMI-Filter umfasst eine Gleichtaktdrossel 1810, einen Y-Kondensator 1820, eine Sensorwicklung 1830, einen Verstärker 1840 und ein Transformator 1850.
• Bezugnehmend auf 10 ist die Gleichtaktdrossel 1810 auf einer EMI-Quellenseite angeordnet, an der die EMI auftritt, und deren stromführende Leitung (L) und deren neutrale Leitung (N), welche mit einer EMI-Quelle verbunden sind, sind jeweils mit einer Wicklung gewickelt.
• Der Y-Kondensator 1820 ist auf einer Stromquellenseite angeordnet, aus der der Strom zugeführt wird, und umfasst zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren, und die beiden Kondensatoren sind parallel zwischen der stromführenden Leitung L und der neutralen Leitung N geschaltet und gemeinsam mit Masse verbunden.
• Die Sensorwicklung 1830 ist an der Gleichtaktdrossel 1810 mit einer Spule gewickelt und erfasst einen Rauschstrom der Gleichtaktdrossel 1810.
• Der Verstärker 1840 verstärkt den Rauschstrom, der durch die Sensorwicklung 1830 erfasst wird.
• Der Transformator 1850 ist vor dem Y-Kondensator 1820 angebracht und umfasst eine Primärspule, die ein vom Verstärker 1840 verstärktes Signal empfängt, und eine Sekundärspule, die mit der an dem Y-Kondensator 1820 angeschlossenen Masse verbunden ist und somit von der Stromleitung isoliert ist, und speist das durch die Sekundärspule transformierte Signal in den Y-Kondensator 1820 als Kompensationssignal ein.
• 11 ist ein Schaltplan, der eine vierte Ausführungsform des isolierten aktiven EMI-Filters ohne zusätzliche Elemente auf einer Stromleitung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, wobei das EMI-Filter umfasst eine Gleichtaktdrossel 1910, einen Transformator 1930, einen Verstärker 1940, einen Y-Kondensator 1920, und eine Ausgleichswicklung 1950.
• Bezugnehmend auf 11 ist die Gleichtaktdrossel 1910 auf einer EMI-Quellenseite angeordnet, an der die EMI auftritt, und deren stromführende Leitung (L) und deren neutrale Leitung (N), welche mit einer EMI-Quelle verbunden sind, sind jeweils mit einer Wicklung gewickelt.
• Der Y-Kondensator 1920 ist auf einer Stromquellenseite angeordnet, aus der der Strom zugeführt wird, und umfasst zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren, und die beiden Kondensatoren sind parallel zwischen der stromführenden Leitung und der neutralen Leitung geschaltet und gemeinsam mit Masse verbunden.
• Der Transformator 1930 ist vor dem Y-Kondensator 1920 angebracht, umfasst eine Primärspule, die eine Rauschspannung des Y-Kondensators 1920 erfasst, und eine Sekundärspule, wodurch die Rauschspannung transformiert wird, und ist von der Stromleitung isoliert.
• Der Verstärker 1940 verstärkt die vom Transformator 1930 transformierte Rauschspannung.
• Die Kompensationswicklung 1950 ist an der Gleichtaktdrossel 1910 mit einer Spule gewickelt und speist das vom Verstärker 1940 verstärkte Rauschsignal in die Gleichtaktdrossel 1910 als Kompensationssignal ein.
• 12 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Reduzieren des EMI-Rauschens durch Hinzufügen aktiver Elemente zu einem passiven EMI-Filter darstellt, wobei das Verfahren der ersten Ausführungsform des isolierten aktiven EMI-Filters ohne zusätzliche Elemente auf einer Stromleitung gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht.
• In Bezug auf 1 und 12 ist zunächst ein passives EMI-Filter vorgesehen, in dem eine Gleichtaktdrossel 110 auf einer Stromquellenseite und ein Y-Kondensator 120 auf einer EMI-Quellenseite angeordnet sind (Schritt S2010). Das heißt, die Gleichtaktdrossel 110 ist auf der Stromquellenseit, aus der der Strom zugeführt wird, angeorndet und deren stromführende Leitung und deren neutrale Leitung, welche mit einer EMI-Quelle verbunden sind, sind jeweils mit einer Wicklung gewickelt sind. Die Y-Kondensator 120 ist auf der Seite der EMI-Quelle angeordnet, an der die EMI auftritt, und umfasst zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren, und die beiden Kondensatoren sind parallel zwischen der stromführenden Leitung L und der neutralen Leitung N geschaltet und gemeinsam mit Masse verbunden.
• Ein EMI-Rauschstrom der Gleichtaktdrossel 110 wird durch eine Sensorwicklung 130 erfasst, die durch Wickeln einer Spule an der Gleichtaktdrossel 110 gebildet ist (Schritt S2020). Der durch die Sensorwicklung 130 erfasste EMI-Rauschstrom wird durch einen Verstärker 140 verstärkt (Schritt S2030).
• Das Signal, das vom Verstärker 140 verstärkt wird, wird über eine Primärspule eines Transformators 150, der vor dem Y-Kondensator 120 angebracht ist, empfangen (Schritt S2040). Dann wird das empfangene Signal durch eine Sekundärspule des Transformators 150 transformiert und das transformierte Signal in den Y-Kondensator 120 (S2050) eingespeist. Hier ist die Sekundärspule des Transformators 150 mit der Masse, die mit dem Y-Kondensator 120 verbunden und von der Stromleitung isoliert ist, verbunden.
• 13 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Reduzieren des EMI-Rauschens durch Hinzufügen aktiver Elemente zu einem passiven EMI-Filter darstellt, wobei das Verfahren der zweiten Ausführungsform des isolierten aktiven EMI-Filters ohne zusätzliche Elemente auf einer Stromleitung gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht. In Bezug auf 9 und 13 ist zunächst ein passives EMI-Filter vorgesehen, in dem eine Gleichtaktdrossel 1710 auf einer Stromquellenseite und ein Y-Kondensator 1720 auf einer EMI-Quellenseite angeordnet sind (Schritt S2110). Insbesondere ist die Gleichtaktdrossel 1710 auf einer Stromquellenseite angeordnet, aus der der Strom zugeführt wird, und deren stromführende Leitung (L) und deren neutrale Leitung (N), welche mit einer EMI-Quelle verbunden sind, sind jeweils mit einer Wicklung gewickelt. Der Y-Kondensator 1720 ist auf einer EMI-Quellenseite angeordnet, an der die EMI auftritt, und umfasst zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren, und die beiden Kondensatoren sind parallel zwischen der stromführenden Leitung und der neutralen Leitung geschaltet und gemeinsam mit Masse verbunden.
• Eine Rauschspannung wird von einer Primärspule eines Transformators 1730 erfasst, der vor dem Y-Kondensator 1720 angebracht ist, durch Verwendung des Y-Kondensators 1720 als Sensingkondensator (Schritt S2120). Die erfasste Rauschspannung wird durch eine Sekundärspule des Transformators 1730 transformiert (Schritt S2130). Hier ist die Sekundärspule des Transformators 1730 mit der Masse verbunden, die an dem Y-Kondensator 1720 angeschlossen ist, und ist von der Stromleitung isoliert.
• Die transformierte Spannung der Sekundärspule des Transformators 1730 wird durch einen Verstärker 1740 verstärkt (Schritt S2140). Das verstärkte Signal wird durch eine Kompensationswicklung 1750, die an der Gleichtaktdrossel durch Wickeln einer Spule gebildet ist, in die Gleichtaktdrossel eingespeist (Schritt S2150).
• 14 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Reduzieren des EMI-Rauschens durch Hinzufügen aktiver Elemente zu einem passiven EMI-Filter darstellt, wobei das Verfahren der dritten Ausführungsform des isolierten aktiven EMI-Filters ohne zusätzliche Elemente auf einer Stromleitung gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht.
• Im Bezug auf 10 und 14 ist zunächst ein passives EMI-Filter vorgesehen, in dem eine Gleichtaktdrossel 1810 auf einer EMI-Quellenseite und einY-Kondensator 1820 auf einer Stromquellenseite angeordnet sind (Schritt S2210). Insbesondere ist die Gleichtaktdrossel 1810 auf der EMI-Quellenseite, an der die EMI auftritt, angeordnet und deren stromführende Leitung L und deren neutrale Leitung N, welche mit einer EMI-Quelle verbunden sind, sind jeweils mit einer Wicklung gewickelt. Der Y-Kondensator 1820 ist auf einer Stromquellenseite angeordnet, aus der der Strom zugeführt wird, und umfasst zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren, und die beiden Kondensatoren sind parallel zwischen der stromführenden Leitung L und der neutralen Leitung N geschaltet und gemeinsam mit Masse verbunden.
• Ein Rauschstrom der Gleichtaktdrossel 1810 wird durch eine Sensorwicklung 1830 erfasst, die durch Wickeln einer Spule an der Gleichtaktdrossel 1810 gebildet ist (Schritt S2220).Der durch die Sensorwicklung 1830 erfasste Rauschstrom wird durch einen Verstärker 1840 verstärkt (Schritt S2230).
• Das Signal, das vom Verstärker 1840 verstärkt ist, wird in eine Primärspule eines Transformators 1850, der vor dem Y-Kondensator 1820 angebracht ist, eingegben (Schritt S2240). Danach wird das Signal, das in die Primärspule eingegeben ist, durch eine Sekundärspule des Transformators 1850 transformiert, und das transformierte Signal wird in den Y-Kondensator 1820 als Kompensationssignal eingespeist (Schritt S2250). Hier ist die Sekundärspule des Transformators 1850 mit der Masse verbunden, die an dem Y-Kondensator 1820 angescholssen ist, und ist von der Stromleitung isoliert.
• 15 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Reduzieren des EMI-Rauschens durch Hinzufügen aktiver Elemente zu einem passiven EMI-Filter darstellt, wobei das Verfahren der vierten Ausführungsform des isolierten aktiven EMI-Filters ohne zusätzliche Elemente auf einer Stromleitung gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht. In Bezug auf 11 und 15 ist zunächst ein passives EMI-Filter vorgesehen, in dem eine Gleichtaktdrossel 1910 auf einer EMI-Quellenseite und ein Y-Kondensator 1920 auf einer Stromquellenseite angeordnet sind (Schritt S2310). Insbesondere ist die Gleichtaktdrossel 1910 auf der EMI-Quellenseite, an der die EMI auftritt, angeordnet, und deren stromführende Leitung (L) und deren neutrale Leitung (N), welche mit einer EMI-Quelle verbunden sind, sind jeweils mit einer Wicklung gewickelt. Der Y-Kondensator 1920 ist auf einer Stromquellenseite angeordnet, aus der der Strom zugeführt wird, und umfasst zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren, und die beiden Kondensatoren sind parallel zwischen der stromführenden Leitung L und der neutralen Leitung N geschaltet und gemeinsam mit Masse verbunden.
• Eine Rauschspannung des Y-Kondensators 1920 wird von einer Primärspule eines Transformators 1930 erfasst, die vor dem Y-Kondensator 1920 angebracht ist (Schritt S2320). Die Rauschspannung, die durch der Primärspule erfasst ist, wird durch eine Sekundärspule des Transformators 1930 transformiert (Schritt S2330). Hier ist die Sekundärspule des Transformators 1930 mit der Masse verbunden, die an dem Y-Kondensator 1920 angeschlossen ist, und ist von der Stromleitung isoliert.
• Die durch die Sekundärspule transformierte Rauschspannung wird durch einen Verstärker 1940 verstärkt (Schritt S2340), und das verstärkte Rauschsignal wird als Kompensationssignal durch eine Kompensationswicklung 1950, die durch Wickeln einer Spule auf der Gleichtaktdrossel gebildet ist, in die Gleichtaktdrossel 1910 eingespeit (Schritt S2350).
• Das obige isolierte aktive EMI-Filter ohne zusätzliche Elemente auf einer Stromleitung gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein aktives Filter eines Typs, das zusätzlich in einem vorhandenen passiven EMI-Filter bestehend aus einer Gleichtaktdrossel und einem Y-Kondensator angebracht wird. Die vorliegende Erfindung schlägt ein Drosselelement vor, in dem ein Rauscherfassungs- oder Kompensationsdraht auf die im passiven EMI-Filter vorhandene Gleichtaktdrossel gewickelt ist, und das auf einer Stromleitung hinzugefügt wird. Der im passiven EMI-Filter vorhandene Y-Kondensator wird als Kompensations- oder Sensingkondensator verwendet, und ein kleiner Transformator wird vor dem Kompensations- oder Sensingkondensator angebracht, so dass der aktive Stromkreis von der Stromleitung isoliert ist, und damit gibt es der Vorteil, dass der aktive Stromkreis ohne hinzufügende Elemente von der Stromleitung isoliert ist.
• In dem isolierten aktiven EMI-Filter gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Erfassungs- oder Kompensationsdraht mit der optimalen Anzahl von Windungen gewickelt, um die Rauschreduzierungsleistung des passiven EMI-Filters selbst nicht zu verschlechtern. Das Windungsverhältnis des Transformators wird so eingestellt und die Verstärkung des aktiven Filterverstärkers ist so optimiert, dass die Rauscherfassungs- und Kompensationsleistung durch dem Y-Kondensator und den kleinen Transformator vor dem Y-Kondensator optimiert werden. Verschiedene Stabilitätskompensationsschaltungen können hinzugefügt werden, um die Rückkopplungsstabilität in der gesamten Rückkopplungsschaltungsstruktur für die Rauscherfassung und Kompensation sicherzustellen. Das aktive EMI-Filter der vorliegenden Erfindung weist eine Rückkopplungsschaltungsstruktur auf, in der Rauschen erfasst und ein Kompensationssignal eingespeist wird.
• Gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird leitendes Rauschen in einem Niederfrequenzband um 11 dB gedämpft, wenn nur ein passives Filter verwendet ist. Aber wenn der AEF der vorliegenden Erfindung zusätzlich montiert wird, es wird um 26 dB gedämpft. Wenn nur ein passives Filter verwendet ist, sollte eine teure Gleichtaktdrossel verwendet werden, oder die Gesamtzahl der Stufen des Filters sollte erhöht werden, um das Rauschen im Niederfrequenzband ausreichend zu dämpfen.
• Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen beschrieben wurde, die lediglich beispielhaft sind, wird der Durchschnittsfachmann verstehen, dass verschiedene Modifikationen und äquivalente andere Ausführungsformen aus den gegebenen Ausführungsformen implementiert werden können. Dementsprechend sollte der Umfang der vorliegenden zu schützenden Offenbarung durch den technischen Umfang bestimmt werden, der in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.

Claims (6)

1. Ein isoliertes aktives elektromagnetisches Interferenzfilter (EMI-Filter) ohne zusätzliche Elemente auf einer Stromleitung, umfassend: eine Gleichtaktdrossel, die auf einer Stromquelleseite angeordnet ist, aus der der Strom zugeführt wird, und deren stromführende Leitung und neutrale Leitung, welche mit einer EMI-Quelle verbunden sind, jeweils mit einer Wicklung gewickelt sind; einen Y-Kondensator, der auf einer EMI-Quellenseite angeordnet ist, an der die EMI auftritt, und zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren umfasst, wobei die zwei Kondensatoren parallel zwischen der stromführenden Leitung und der neutralen Leitung geschaltet sind und gemeinsam mit Masse verbunden sind; eine Sensorwicklung, die an der Gleichtaktdrossel mit einer Spule gewickelt ist und einen Rauschstrom der Gleichtaktdrossel erfasst; einen Verstärker, der den von der Sensorwicklung erfassten Rauschstrom verstärkt; und ein Transformator, der vor dem Y-Kondensator angebracht ist, und eine Primärspule, die ein vom Verstärker verstärktes Signal empfängt, und eine Sekundärspule, die mit der an dem Y-Kondensator angeschlossenen Masse verbunden ist und so mit von der Stromleitung isoliert ist, umfasst, und ein Signal der Sekundärspule in den Y-Kondensator als Kompensationssignal einspeist.
2. Der EMI-Filter nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Bypass-Zweig, der ausgebildet ist, um als ein Bypass zum Vermeiden der Resonanz in Transformator zu dienen, um die Stabilität als Dämpfungskreis zu erhöhen, und um Leistungsverschlechterung wegen der Resonanz zwischen dem Y-Kondensator und einer Impedanz der EMI-Quelle zu verringern, wobei der Bypass-Zweig umfasst: einen ersten Widerstand (R_d1), dessen ein Ende mit dem Y-Kondensator verbunden ist und dessen anderes Ende mit der Sekundärspule des Transformators verbunden ist; und einen Kondensator (C_d) mit einem Ende, das mit der einen Ende des ersten Widerstands verbunden ist; und einen zweiten Widerstand (R_d2), dessem ein Ende in Reihe mit dem anderen Ende des Kondensators verbunden ist und dessen anderes Ende mit Masse verbunden ist.
3. Der EMI-Filter nach Anspruch 1, wobei, wenn die Kapazität eines parasitären Schaltkreises der Gleichtaktdrossel als C_cm bezeichnet ist und eine Kapazität eines parasitären Schaltkreises der Sensorwicklung als C_sen bezeichnet ist, die Anzahl der Windungen (N_sen) der Sensorwicklung kleiner als eine Quadratwurzel von 2 × C_cm / C_sen ist.
4. Ein isoliertes aktives elektromagnetisches Interferenzfilter (EMI-Filter) ohne zusätzliche Elemente auf einer Stromleitung, umfassend: eine Gleichtaktdrossel, die auf einer Stromquellenseite angeordnet ist, aus der der Strom zugeführt wird, und deren stromführende Leitung und deren neutrale Leitung, welche mit einer EMI-Quelle verbunden sind, jeweils mit einer Wicklung gewickelt sind; einen Y-Kondensator, die auf einer EMI-Quellenseite angeordnet ist, an der die EMI auftritt, und zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren umfasst, wobei die zwei Kondensatoren parallel zwischen der stromführenden Leitung und der neutralen Leitung geschaltet sind und gemeinsam mit Masse verbunden sind; ein Transformator, der vor dem Y-Kondensator angebracht ist, eine Primärspule, die eine Rauschspannung des Y-Kondensators erfasst, und eine Sekundärspule, durch die die Rauschspannung transformiert wird, umfasst, und von der Stromleitung isoliert ist; einen Verstärker, der ausgebildet ist, um die vom Transformator erfassten und transformierten Rauschspannung zu verstärken; und eine Kompensationswicklung, die an der Gleichtaktdrossel mit einer Spule gewickelt ist und das vom Verstärker verstärkte Rauschsignal in die Gleichtaktdrossel einspeist.
5. Ein isoliertes aktives elektromagnetisches Interferenzfilter (EMI-Filter) ohne zusätzliche Elemente auf einer Stromleitung, umfassend: eine Gleichtaktdrossel, die auf einer EMI-Quellenseite angeordnet ist, an der die EMI auftritt, und deren stromführende Leitung und deren neutrale Leitung, welche mit einer EMI-Quelle verbunden sind, jeweils mit einer Wicklung gewickelt sind; einen Y-Kondensator, der auf einer Stromquellenseite angeordnet ist, aus der der Strom zugeführt wird, und zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren umfasst, wobei die beiden Kondensatoren parallel zwischen der stromführenden Leitung und der neutralen Leitung geschaltet sind und gemeinsam mit Masse verbunden sind; eine Sensorwicklung, die an der Gleichtaktdrossel mit einer Spule gewickelt ist und einen Rauschstrom der Gleichtaktdrossel erfasst; einen Verstärker, der den von der Sensorwicklung erfassten Rauschstrom verstärkt; und ein Transformator, der vor dem Y-Kondensator angebracht ist, eine Primärspule, die ein vom Verstärker verstärktes Signal empfängt, und eine Sekundärspule, die mit der an dem Y-Kondensator angeschlossenen Masse verbunden ist und so mit von der Stromleitung isoliert ist, umfasst, und das durch die Sekundärspule transformierte Signal in den Y-Kondensator als Kompensationssignal einspeist.
6. Ein isoliertes aktives elektromagnetisches Interferenzfilter (EMI-Filter) ohne zusätzliche Elemente in einer Stromleitung, umfassend: eine Gleichtaktdrossel, die auf einer EMI-Quellenseite angeordnet ist, an der die EMI auftritt, und deren stromführende Leitung und deren neutrale Leitung, welche mit einer EMI-Quelle verbunden sind, jeweils mit einer Wicklung gewickelt sind; einen Y-Kondensator, der auf einer Stromquellenseite angeordnet ist, aus der der Strom zugeführt wird, und zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren umfasst, wobei die beiden Kondensatoren parallel zwischen der stromführenden Leitung und der neutralen Leitung geschaltet sind und gemeinsam mit Masse verbunden sind; ein Transformator, der vor dem Y-Kondensator angebracht ist, eine Primärspule, die eine Rauschspannung des Y-Kondensators erfasst, und eine Sekundärspule, durch die die Rauschspannung transformiert wird, umfasst, und von der Stromleitung isoliert ist; einen Verstärker, der die vom Transformator transformierte Rauschspannung verstärkt; und eine Kompensationswicklung, die an der Gleichtaktdrossel mit einer Spule gewickelt ist und das vom Verstärker verstärkte Rauschsignal in die Gleichtaktdrossel als Kompensationssignal einspeist.

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