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开关电源有源共模EMI滤波器研究及其应用

   2008-11-04 1480

  (2)负反馈网络参数的确定由于ACMF网络采用电压检测、电流补偿,可写出ACMF的增益Aiv为:

设#2,#3之间的阻抗为Z,则:

为便于分析,设

则Z可进一步表示为:

  若能使Z=0,则UAB=0,从而实现了图2中反激式电路初次级地A、B两点间理论上的短路,此时为最理想的情况。由式(3)可知,要实现理想情况,就要求反馈网络的增益尽可能大,增益越大,Z越小,补偿效果越好;但同时在实际运用中,从系统的稳定性出发,为避免振荡,特别是高频情况下的环路增益不可能太大,所以往往是在稳定性和增益间折衷选择。试验中,反馈网络取Rf=470kΩ, R4=10Ω。
(3)电容的选择输出耦合电容C6把输出电压耦合到电路中,同时也起到ACMF与主电路间的隔离作用。这里,C6选取高频特性好的高频电容。

  在ACMF网络中,由于运算放大器工作时反相端与同相端之间的“虚短”,C4和变压器初次级之间的耦合电容Cps串联,故可通过C4采样到共模电压,并输入至运算放大器的反相端,再经过由Rf,R4,C4组成的运算放大器反馈网络以及C6和R5,,即可输出一个反方向的动态补偿电流,从而使共模电流在 ACMF网络内部循环,这大大减少了流入地的共模电流,达到了衰减,甚至消去共模电流的目的。

  由于ACMF跨接在变压器的初次级之间,且它代替的Cy一端需接地,故设计的ACMF电路必须满足变压器初次级隔离要求及对地漏电流的安规要求。

  上述两点在电路设计中可通过下述措施予以保证。

  (1)电源不工作时的打耐压试验。此时,有源滤波器不起作用,对其进行耐压试验时,高压高频电容C6串联在高压脉冲电路中,所以不影响对变压器打耐压的要求;实验电路中C4~C6均取为560pF值,且耐压满足安规要求的安规电容。

  (2)图2a中#2与#3间的阻抗Z表达式见式(3)。

  由式(3)可作出图3所示的交流阻抗Z的频率特性曲线。为便于比较,图中给出了#2与#3之间只跨接Cy=560pF时的阻抗Z2。表1示出Z和Z2在部分频率下的阻抗值。由图3和表1可见,在400Hz以下及工频的低频段,ACMF并未显著降低阻抗;在150kHz以上的高频段,ACMF表现出很低的阻抗,所以ACMF在给高频共模干扰提供极低阻抗通路的同时,不会增大开关电源对地的工频漏电流。

2.3 实验结果及分析

  现以一台输出功率为60W(19.5V/3.5A),开关工作频率为58kHz的反激开关电源为例进行试验,以验证设计的ACMF电路对共模干扰的抑制效果。实验中,实验样机未加任何无源共模滤波器,只加了由0.47μF,0.22μF两个差模电容和一个12.74μH差模电感构成的差模滤波器,以滤除差模噪声,突出观察设计的ACMF对共模噪声的滤波效果。由图2及共模噪声传播信道可知,A和B两点间的电压实际上就是LISN共模噪声采样电阻两端的电压,因此可先用示波器测量这两点间电压的变化来判断ACMF对共模噪声的衰减作用。图4a 示出采用示波器测得实验样机在采用ACMF或和不采用ACMF,但Cy=560pF时A,B两点间的电压uAB实验波形。可见,使用ACMF后,uAB大大减小。这表明设计的ACMF对共模噪声有明显的抑制作用。

 
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