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開關(guān)電源基于補償原理的無源共模干擾抑制技術(shù)
摘要：介紹了一種基于補償原理的共模干擾抑制技術(shù)，通過抑制電源輻射來減少變換器的共模干擾。這種方法被推廣應(yīng)用于多種功率變換器拓撲，理論和實驗結(jié)果都表明該技術(shù)有效減少了電路的共模干擾。關(guān)鍵詞：開關(guān)電源；共模干擾；抑制技術(shù)
引言
由于MOSFET及IGBT和軟開關(guān)技術(shù)在電力電子電路中的廣泛應(yīng)用，使得功率變換器的開關(guān)頻率越來越高，結(jié)構(gòu)更加緊湊，但亦帶來許多問題，如寄生元件產(chǎn)生的影響加劇，電磁輻射加劇等，所以EMI問題是目前電力電子界關(guān)注的主要問題之一。
圖1 CM及DM噪聲電流的耦合路徑示意圖
傳導(dǎo)是電力電子裝置中干擾傳播的重要途徑。差模干擾和共模干擾是主要的傳導(dǎo)干擾形態(tài)。多數(shù)情況下，功率變換器的傳導(dǎo)干擾以共模干擾為主。本文介紹了一種基于補償原理的無源共模干擾抑制技術(shù)，并成功地應(yīng)用于多種功率變換器拓撲中。理論和實驗結(jié)果都證明了，它能有效地減小電路中的高頻傳導(dǎo)共模干擾。這一方案的優(yōu)越性在于，它無需額外的控制電路和輔助電源，不依賴于電源變換器其他部分的運行情況，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊。
1 補償原理
共模噪聲與差模噪聲產(chǎn)生的內(nèi)部機制有所不同：差模噪聲主要由開關(guān)變換器的脈動電流引起；共模噪聲則主要由較高的dv/dt與雜散參數(shù)間相互作用而產(chǎn)生的高頻振蕩引起。如圖1所示。共模電流包含連線到接地面的位移電流，同時，由于開關(guān)器件端子上的dv/dt是最大的，所以開關(guān)器件與散熱片之間的雜散電容也將產(chǎn)生共模電流。圖2給出了這種新型共模噪聲抑制電路所依據(jù)的本質(zhì)概念。開關(guān)器件的dv/dt通過外殼和散熱片之間的寄生電容對地形成噪聲電流。抑制電路通過檢測器件的dv/dt，并把它反相，然后加到一個補償電容上面，從而形成補償電流對噪聲電流的抵消。即補償電流與噪聲電流等幅但相位相差180°，并且也流入接地層。根據(jù)基爾霍夫電流定律，這兩股電流在接地點匯流為零，于是50Ω的阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)（LISN）電阻（接測量接收機的BNC端口）上的共模噪聲電壓被大大減弱了。
圖3 帶無源共模抑制電路的隔離型反激變換器
2 基于補償原理的共模干擾抑制技術(shù)在開關(guān)電源中的應(yīng)用
本文以單端反激電路為例，介紹基于補償原理的共模干擾抑制技術(shù)在功率變換器中的應(yīng)用。圖3給出了典型單端反激變換器的拓撲結(jié)構(gòu)，并加入了新的共模噪聲抑制電路。如圖3所示，從開關(guān)器件過來的dv/dt所導(dǎo)致的寄生電流ipara注入接地層，附加抑制電路產(chǎn)生的反相噪聲補償電流icomp也同時注入接地層。理想的狀況就是這兩股電流相加為零，從而大大減少了流向LISN電阻的共模電流。利用現(xiàn)有電路中的電源變壓器磁芯，在原繞組結(jié)構(gòu)上再增加一個附加繞組NC。由于該繞組只需流過由補償電容Ccomp產(chǎn)生的反向噪聲電流，所以它的線徑相對原副方的NP及NS繞組顯得很�。ㄓ蓪嶋H裝置的設(shè)計考慮決定）。附加電路中的補償電容Ccomp主要是用來產(chǎn)生和由寄生電容Cpara引起的寄生噪聲電流反相的補償電流。Ccomp的大小由Cpara和繞組匝比NP∶NC決定。如果NP∶NC=1，則Ccomp的電容值取得和Cpara相當；若NP∶NC≠1，則Ccomp的取值要滿足icomp=Cpara·dv/dt。
圖4和圖5
此外，還可以通過改造諸如Buck，Half-bridge等DC/DC變換器中的電感或變壓器，從而形成無源補償電路，實現(xiàn)噪聲的抑制，如圖4，圖5所示。
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