开关电源类产品介绍

1、随着开关电源类产品的日益增多，电磁兼容设计成为开关电源开发过程中至关重要的一个环节，相应的电磁兼容标准也成为开关电源类产品必须满足的性能指标。高频开关电源是严重的电磁干扰源，很多情况下需对其安装EMI电源滤波器。传统的滤波器设计方法计算繁琐、设计过程复杂、研发时间长。为了提高滤波器性能和缩短开发时间，本文针对DC-DC开关电源介绍了一种简单且效果良好的滤波器设计方法。 本文在阐述开关电源电磁干扰基本特点的基础上，提出了电源传导加固技术。文中阐述了EMI电源滤波器的基本原理、拓扑结构、设计原则和滤波器件的高频特性，分析了网络理论及其在EMI电源滤波器设计中的应用。 本文以某一航空产品中的DC-D

2、C开关电源项目为依托，设计EMI电源滤波器。通过了解开关电源需要满足的电磁兼容标准，测试分析其电磁干扰信号特点，提出滤波器性能指标。利用网络理论设计分析滤波电路，通过编程实现对滤波电路参数的设计。建立滤波器插入损耗仿真模型，编写仿真程序，对设计结果进行分析，最后通过实际测试，验证设计方法的J下确性。同时，在EMI电源滤波器设计的基础上，对滤波器进行了拓展功能的电路设计，主要针对开关动作所引起的浪涌电压。 通过讨论应用于EMI电源滤波器中的软磁铁氧体材料的特性，提出了铁氧体磁芯的选择原则和应用方法，同时讨论了主要滤波器件的选择和设计。深入研究EMI电源滤波器在工程设计中的关键技术及滤波器封装技术

3、，并提出封装过程测试方法及工程应用时安装使用应注意的主要问题。 随着开关电源的迅速发展和广泛应用,它们引起的电磁泄露和电磁辐射问题越来越严重。电源EMI滤波器作为开关电源的辅助器件,可以有效地抑制开关电源中的传导干扰。无源元件的高频非理想特性使无源EMI滤波器高频特性变差,而无源元件同样影响有源EMI滤波器的高频特性。因此对EMI滤波器高频特性的研究具有现实意义。 对于无源EMI滤波器,本文研究了几种改善自感寄生参数的方法的有效性,分析了元件间的互感耦合和电容的自感寄生参数分别对型共模滤波器的影响。提出利用部分互感耦合改善电容的自感寄生参数的优化措施。 对于有源EMI滤波器,本文分析了一种有源

4、EMI滤波器在分别连接纯电阻、感性和容性负载时的插损,分析了反馈环路中各个模块的作用和影响。最后,对有源EMI滤波器注入环节中的电容进行了改进,改善了它的高频特性。 本文首先介绍了利用傅立叶变换估算开关电源噪声频谱的方法,接着分别论述了开关电源中差模传导EMI噪声与共模传导EMI噪声的产生原因。在分析完EMI噪声产生原因以后,分析了噪声分离技术的现状,并指出传统噪声分离方法的缺陷。为了提高噪声分离网络的分离效果,引入传输线变压器来改善其性能。传输线变压器是用传输线绕在磁环上构成,工作时初次级之间的能量传输主要依靠线圈间分布电容的耦合作用,绕组间的分布电容与漏电感则成为传输线特性阻抗的组成部分,

5、所以传输线变压器克服了传统变压器中漏感和分布电容对工作性能的影响。在理论分析的基础上,制作了特性阻抗为100的传输线变压器,并利用该传输线变压器制作了噪声分离器样品。在分析EMI滤波器原理的基础上,分析了噪声源阻抗变化对滤波器性能的影响,从理论计算和仿真分析可以得出:对于共模EMI滤波器需要考虑噪声源阻抗的最大可能值;对于差模EMI滤波器需要考虑噪声源阻抗的最小可能值。在测量、分析共模与差模噪声的基础上,确定了EMI滤波器需要对噪声产生的衰减量,并通过实验的方法确定了噪声源阻抗的最大可能值与最小可能值。根据需求衰减量与噪声源阻抗可能值确定了EMI滤波器的拓扑结构. 随着开关电电源的迅迅速发展展

6、和广泛泛应用,它们引引起的电电磁泄露露和电磁磁辐射问问题越来来越严重重。电源源EMII滤波器器作为开开关电源源的辅助助器件,可以有有效地抑抑制开关关电源中中的传导导干扰。无无源元件件的高频频非理想想特性使使无源EEMI滤滤波器高高频特性性变差,而无源源元件同同样影响响有源EEMI滤滤波器的的高频特特性。因因此对EEMI滤滤波器高高频特性性的研究究具有现现实意义义。 对对于无源源EMII滤波器器,本文文研究了了几种改改善自感感寄生参参数的方方法的有有效性,分析了了元件间间的互感感耦合和和电容的的自感寄寄生参数数分别对对型共共模滤波波器的影影响。提提出利用用部分互互感耦合合改善电电容的自自感寄生生

7、参数的的优化措措施。 对于有有源EMMI滤波波器,本本文分析析了一种种有源EEMI滤滤波器在在分别连连接纯电电阻、感感性和容容性负载载时的插插损,分分析了反反馈环路路中各个个模块的的作用和和影响。最最后,对对有源EEMI滤滤波器注注入环节节中的电电容进行行了改进进,改善善了它的的高频特特性。 近年来,随随着电子子设备及及电子产产品的迅迅速发展展和普及及,由于于泄漏和和辐射等等引起的的电磁干干扰严重重影响其其他设备备的正常常工作。降降低电子子设备的的电磁干干扰,提提高其抗抗扰度等等问题已已经广泛泛为电子子行业所所关注。在在抑制电电磁干扰扰信号的的传导干干扰方面面,采用用EMII电源干干扰滤波波器

8、是非非常有效效的手段段。但是是,鉴于于各厂家家生产的的EMII电源滤滤波器的的实际性性能往往往与其标标称值有有较大差差异,因因此对EEMI电电源滤波波器的主主要性能能即插入入损耗的的测试显显得尤为为重要。 本文即即从工程程应用的的角度出出发,设设计研制制了一套套基于550阻阻抗系统统的EMMI电源源滤波器器加载测测试系统统,以客客观、合合理地评评价电源源滤波器器的性能能,从而而为电源源滤波器器的选用用提供重重要的依依据。 本文首首先介绍绍了EMMI电源源滤波器器的一些些基本知知识,这这是设计计滤波器器插入损损耗测试试系统必必须考虑虑的问题题。在此此基础上上,详细细讨论了了电源滤滤波器插插入损耗

9、耗加载测测试装置置的具体体设计过过程,包包括确定定总体测测试电路路,重要要零部件件如加载载缓冲网网络、屏屏蔽测试试箱体、屏屏蔽电缆缆引线等等的设计计和制造造,并借借助基于于有限元元方法的的电磁场场计算软软件ANNSYSS来进行行关键部部分的阻阻抗特性性分析,通过各各设计参参数的不不断调整整、改进进,结合合测试手手段,研研制出一一套完备备的满足足实验要要求的测测试系统统。 最最后,讨讨论了电电源滤波波器插入入损耗测测试的相相关问题题,并借借助本文文研制的的测试系系统对电电源滤波波器进行行了一系系列的测测试。源滤波器浏览次次数：5532次次有源滤波器器是一种种用于动动态抑制制谐波、补补偿无功功的新

10、型型电力电电子装置置，它能能对大小小和频率率都变化化的谐波波以及变变化的无无功进行行补偿，它它可以克克服LCC滤波器器等传统统的谐波波抑制和和无功补补偿方法法的缺点点，获得得比无源源滤波器器更好的的补偿特特性，控控制精度度高、治治理效果果好，已已逐渐成成为谐波波治理的的重要技技术手段段和今后后谐波治治理领域域的发展展方向。目录 HYPERLINK l dzt9267 有源滤波器器性能及及参数 HYPERLINK l dzt9268 有源滤波器器优点 HYPERLINK l dzt9269 有源滤波器器的设计计步骤 HYPERLINK l dzt9272 有源滤波器器控制器器的设计计有源滤波器器

11、性能及及参数取样 HYPERLINK t _blank 电流AA：05A（ HYPERLINK t _blank CT二次电流）；单次电流谐谐波限值值：22%；温升： HYPERLINK t _blank 电感感 HYPERLINK t _blank 40K； HYPERLINK t _blank 模块220K；高频 HYPERLINK t _blank 滤滤波器5K；总电流谐波波畸变率率限值：4% HYPERLINK t _blank TTHD；单模块电流流峰值限限制：84AA；动态响应：200 HYPERLINK t _blank ms；防护等级：IP220；噪音：330 HYPERLIN

12、K t _blank dBB；自动限流，不不发生过过载；保证不与系系统发生生谐振；可根据需要要设置为为：只补补偿谐波波、只补补偿无功功、同时时补偿谐谐波和无无功；采用智能型型模块，内内置保护护有：短短路、过过流、过过热、驱驱动欠压压、直流流母线过过压，可可靠性极极高；执行IEEEE-5519标标准（国国际标准准）、GGB/TT14559-993和GGB/ZZ 1776255.6-20003有源滤波器器优点模块化结构构,集成成度高；无需现场检检测数据据，即装装即用；容量扩展容容易，只只需直接接并联即即可；采用电力级级接插件件，支持持热拔插插，安装装和售后后服务方方便，只只需直接接更换损损坏的模模

13、块即可可；多模块并联联时不存存在主从从关系，不不会因主主模块故故障而陷陷入瘫痪痪；适合快速变变动的负负载情况况，以及及其他无无源滤波波无法治治理的场场合；在特殊情况况下还可可作为性性能优异异的动态态无功补补偿装置置；有源滤波器器的设计计步骤在设计有源源滤波器器时，一一般遵从从以下设设计步骤骤。1.传递函函数的设设计根据对滤波波器特性性的要求求，设计计某种类类型的屁屁阶传递递函数，再再将n阶阶传递函函数分解解为几个个低阶（如如一阶、二二阶或三三阶）传传递函数数乘积的的形式。在设计低通通、高通通、带通通、带阻阻滤波器器时，通通常采用用频率归归一化的的方法，先先设计低低通原形形传递函函数。若若要求设

14、设计低通通滤波器器时，再再将低通通原形传传递函数数变换为为低通目目标传递递函数；若要求求设计高高通滤波波器时，再再将低通通原型传传递函数数变换为为高通目目标传递递函数；若要求求设计带带通滤波波器时，再再将低通通原型传传递函数数变换为为带通目目标传递递函数；若要求求设计带带阻滤波波器时，再再将低通通原型传传递函数数变换为为带阻目目标传递递函数。2电路设设计按各个低阶阶传递函函数的设设计要求求，设计计和计算算有源滤滤波器电电路的基基本节。先先选择好好电路形形式，再再根据所所设计的的传递函函数，设设计和计计算相应应的元件件参数值值。根据据设计要要求，对对各电路路元件提提出具体体的要求求。3电路装装配

15、和调调试先设计和装装配好各各个低阶阶滤波器器电路，再再将各个个低阶电电路级联联起来，组组成整个个滤波器器电路。对对整个滤滤波器电电路进行行相应的的调整和和性能测测试，并并检验设设计结果果。有源滤波器器控制器器的设计计飞速发展的的电力 HYPERLINK t _blank 电电子技术术使各种种电力电电子装置置在工业业、交通通运输及及家庭中中的应用用日益广广泛，而而这些非非线性负负荷带来来的谐波波危害也也日益严严重。谐谐波使电电网中元元件产生生谐波损损耗、设设备效率率和 HYPERLINK t _blank 功率率因数降降低，甚甚至损害害电力设设备如 HYPERLINK t _blank 电电容器

16、等等；谐波波影响精精密仪器器和临近近的通信信系统，使使其无法法正常工工作。电力系统中中谐波次次数和大大小随系系统负荷荷状况而而变化，采采用传统统的LCC静态滤滤波器无无法满足足要求，而而采用电电力有源源滤波器器可以对对大小和和频率都都变化的的谐波及及变化的的无功进进行动态态补偿，因因此有源源滤波器器的研究究和应用用越来越越受到人人们的重重视。有有源滤波波器的基基本原理理是：先先从补偿偿对象中中检测出出谐波电电流，再再由补偿偿装置产产生一个个与该谐谐波电流流大小相相等而相相位相反反的补偿偿电流，两两者相互互抵消而而使电网网电流中中只含有有基波分分量。控控制器是是有源滤滤波器的的核心部部件，它它通

17、过产产生并控控制驱动动 HYPERLINK t _blank 开关器件件的脉冲冲来控制制有源滤滤波器的的行为，完完成动态态补偿谐谐波和无无功的功功能。2 控制系系统的结结构与基基本功能能有源滤波器器的主电电路采用用三单相相桥式电电压型变变流器，通通过 HYPERLINK t _blank 变压压器与系系统耦合合，其结结构如图图1所示示。采用用三单相相桥结构构是因为为三单相相桥的控控制可以以相互解解耦，同同时还可可用于消消除零序序分量及及其谐波波电流，实实现不对对称控制制。该有源滤波波器的控控制系统统采用双双 HYPERLINK t _blank DSPP结构，其其中一个个DSPP处理器器用来完

18、完成数据据处理、控控制与高高层保护护功能；另一个个DSPP处理器器用来产产生高精精度PWWM脉冲冲。控制制器主要要有以下下功能：(1) 控控制有源源滤波器器的行为为根据检测出出的负荷荷电流的的谐波和和无功电电流分量量控制 HYPERLINK t _blank 逆逆变器的的输出电电压，使使有源滤滤波器输输出的补补偿电流流与负荷荷谐波电电流和无无功电流流之和相相互抵消消，从而而使系统统电流为为基波正正序有功功电流。(2) 产产生触发发脉冲经驱动电路路控制IIGBTT的导通通和关断断产生PPWM触触发脉冲冲，使有有源滤波波器能输输出正确确的谐波波补偿电电流。(3) 脉脉冲同步步根据从电网网取回的的同

19、步脉脉冲，产产生出与与电网电电压同步步的脉冲冲信号，使使有源滤滤波器输输出的电电压与电电网电压压保持同同步。(4) 自自我容错错功能一旦控制器器自身有有些元件件出现错错误（如如电压互互感器（PPT）断断线等），控控制器能能立即发发现错误误并报警警，同时时不使装装置退出出运行，故故障修复复后可以以容易地地恢复。（5）保护护功能当有源滤波波器运行行在过载载或其他他不正常常状态下下，而电电流又没没有超过过保护动动作的整整定值时时，控制制器能通通过保护护功能使使有源滤滤波器回回到正常常工作状状态，避避免其底底层保护护动作，从从而保证证了有源源滤波器器能够连连续正常常工作。3 有源滤滤波器控控制器的的实

20、现有源滤波器器控制器器的原理理框图如如图2所所示。控制器以660550Hzz（或更更高）的的采样频频率对负负荷电流流、装置置输出的的补偿电电流及系系统电压压进行采采样和AA/D转转换。利利用谐波波分离算算法如ddq分解解法或aab分解解法及 HYPERLINK t _blank 其其它方法法对采样样电流进进行分解解，滤除除基波有有功分量量，保留留用作补补偿所需需的谐波波电流。然然后采用用控制算算法据电电路参数数计算出出逆变器器应产生生的谐波波电压。将将谐波电电压瞬时时值送至至DSPP脉冲发发生器，让让脉冲发发生器根根据谐波波电压瞬瞬时值采采用SPPWM算算法决定定逆变器器开关元元件的动动作。脉

21、脉冲发生生器根据据电压瞬瞬时值进进行SPPWM脉脉冲计算算以产生生驱动脉脉冲。下面分别介介绍控制制器的各各项功能能。3.1 控控制算法法本系统的控控制算法法由谐波波和无功功电流的的检测及及电流跟跟踪控制制两部分分组成。其其中谐波波和无功功电流的的计算是是基于三三相电路路瞬时无无功功率率理论3，如如图3所所示。由于本文的的有源滤滤波器要要对直流流侧的电电压进行行控制，因因此在指指令电流流中需要要包含一一定的基基波有功功分量，以以便有源源滤波器器的直流流侧与交交流侧交交换能量量，调节节电容电电压至给给定值。图4 所示示为电流流跟踪控控制框图图。本系系统的电电流跟踪踪控制采采用PII控制，输输出控制

22、制量通过过双口RRAM送送至脉冲冲发生器器，脉冲冲发生器器根据得得到的波波形信息息产生触触发脉冲冲，脉冲冲经隔离离、整形形后驱动动主电路路的IGGBT使使逆变器器输出相相应电压压。补偿偿电流是是由逆变变器的输输出电压压与交流流侧 HYPERLINK t _blank 电源源电压的的差值作作用于电电感而产产生的。图5是用该该有源滤滤波器对对三相66脉冲整整流负载载产生的的谐波进进行补偿偿的A相相数字仿仿真结果果图，仿仿真软件件采用PPSCAAD。由由图可知知补偿后后的系统统电流与与系统电电压同相相位，电电流波形形得到大大大改善善，但比比较负荷荷电流和和系统电电流可知知，在负负荷电流流变化较较快瞬

23、间间（对应应于整流流桥的换换相）补补偿效果果差一些些，这是是因为要要补偿快快速变化化的电流流要求AAPF产产生很高高的谐波波电压，这这一方面面要求有有源滤波波器有很很快的响响应速度度，另一一方面要要求直流流侧产生生高压，这这在实际际装置中中是较难难实现的的，因此此在负载载电流变变化非常常快时，AAPF的的补偿能能力较差差。有关关系统不不对称对对APFF的影响响及其对对零序电电流的补补偿等问问题仍在在进一步步的研究究中。图图6为AA相系统统电流的的谐波分分析，负负载电流流的谐波波总畸变变率THHD为220.11%，补偿偿后的系系统电流流总畸变变率为99.4%，55、7、99、 HYPERLINK

24、 t _blank 111次谐波波电流的的含有率率均小于于5%。3.2 数数据采样样与处理理该DSP 处理器器对负荷荷侧的三三相电流流、电压压信号以以及有源源滤波器器输出的的电流信信号进行行同步采采样，然然后进行行数据处处理。根根据负荷荷侧的电电流与电电压值计计算出瞬瞬时有功功、瞬时时无功功功率，再再经过谐谐波检测测与分离离算法计计算出补补偿电流流的参考考值，该该值与有有源滤波波器实际际补偿电电流的差差值通过过PI控控制环节节得到相相应的控控制信号号。3.3 控控制器的的高层保保护与复复位功能能一旦有源滤滤波器过过流或者者过压，保保护装置置动作将将IGBBT封锁锁使有源源滤波器器处于封封锁状态

25、态。此时时控制器器将根据据系统状状态和有有源滤波波器本身身的状态态进行判判断，如如果二者者均恢复复正常则则控制器器会选择择适当的的时机对对有源滤滤波器进进行复位位，使其其恢复到到正常运运行状态态2。4 高精度度脉冲发发生器过去基于单单片机的的脉宽调调制的实实现方案案中，由由于处理理器的指指令执行行时间较较长，而而难以保保证脉冲冲精度，且且受相位位抖动的的影响也也较显着着4。数字字信号处处理器快快速的运运算能力力使得我我们有可可能采用用微处理理器结构构实现高高精度的的脉冲发发生器，该该方法修修改脉冲冲发生部部分的程程序即可可产生各各种类型型的PWWM脉冲冲，简单单灵活，有有较好的的通用性性5。4

26、.1 变变流器脉脉冲信号号之间的的关系图7(a)、7(b)是是基于IIGBTT的单相相桥电压压型逆变变器的结结构图和和工作原原理示意意图。假假定图中中半导体体开关为为理想开开关，则则同一桥桥臂的两两个开关关的导通通与关断断是互补补的（因因为同一一桥臂的的两个开开关不能能同时导导通，否否则将会会因桥臂臂直通而而导致直直流电源源短路）。假假定上部部开关（图图(a)中的 HYPERLINK t _blank SSL和SSR）导导通而下下部开关关（图(a)中中的SLL和SSR）关关断时开开关状态态为1，反反之为00。如果果任一时时刻都有有两只管管子导通通，则单单相桥IIGBTT开关状状态的可可能组合合

27、只有110和001两种种，输出出电压分分别对应应Edd和EEd。这样，利用用一个66位的状状态字即即可表征征三单相相全桥逆逆变器的的输出电电压，如如10001100B表示示此时输输出电压压为A相相Edd，B相相Edd，C相相Edd。4.2 脉脉冲发生生器软、硬硬件体系系结构与与实现本系统采用用SPWWM方式式将载波波与参考考波的幅幅值进行行比较，根根据比较较结果确确定输出出开关的的状态。本本有源滤滤波器系系统的设设计目标标是消除除25次次（1.25 kHzz）以下下的谐波波，即参参考波的的最高频频率为11.255kHzz。由采采样定理理可知采采样频率率必须大大于或等等于原信信号频率率的2倍倍才

28、能保保持原信信号的全全部信息息，因此此本系统统中载波波（三角角波）的的最低频频率应该该是2.5 kkHz。考考虑到提提高调制制波的频频率使功功率元件件的开关关频率提提高，损损耗变大大，因而而本系统统中三角角波的频频率采用用2.55kHzz。由于于采用数数字离散散化方式式比较载载波和参参考波，因因而两个个信号的的抽样频频率越高高误差就就越小。考考虑数字字信号处处理器的的实时处处理能力力，本系系统采用用每隔00.3比较一一次的方方法，即即抽样频频率为660 kkHz。由由于周期期三角波波频率为为2.55kHzz，所以以只需要要 HYPERLINK t _blank 24点幅幅值信息息即可以以满足要

29、要求。在在实际应应用时，程程序中构构造两张张表，一一张为224点的的调制三三角波幅幅值表，另另一张为为参考波波幅值表表，即003360之间间间隔0.3共共 HYPERLINK t _blank 12000点的的参考波波幅值，参参考波幅幅值由另另外一个个控制芯芯片提供供，通过过双口RRAM提提供本系系统数字字接口。脉冲发生器器的硬件件结构如如图8。图图中的控控制器由由另外一一个DSSP芯片片（TMMS3220C331）实实现，输输出的控控制变量量为逆变变器输出出电压的的参考值值，两个个DSPP芯片之之间通过过双口RRAM交交换数据据。同步步信号发发生电路路完成对对电网电电压信号号的滤波波和整形形处理，在在正弦