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197-电力电子年会-08_EMI滤波器基本原理研究及两级滤波器优化_季清
中国电工技术学会电力电子学会第十一届学术年会 EMI滤波器基本原理研究及两级滤波器优化 报 告 人: 季 清 指导教师: 阮新波 教授 南京航空航天大学航空电源航空科技重点实验室 中国电工技术学会电力电子学会第十一届学术年会 研究背景 EMI滤波器基本设计方法 两级共模滤波器设计 实验与总结 主要内容 研究背景 EMI滤波器基本设计方法 两级共模滤波器设计 实验与总结 主要内容 共模与差模电感 变压器 输出滤波电感 大量使用铜材 研究背景 传导干扰标准: EN55022 Class B EMI 滤波器 ? EN55022: 2006 信息技术设备 – 射频干扰特性 – 干扰限值及测试方法 (由CISPR 22:2005 修正) 传导电磁干扰限值 裕量过大 依据经验设计的EMI滤波器参数 : 往往导致传导测试的结果裕量过大,共模电感或差模电感的电感量取值过大,造成不必要的铜材浪费。 低频干扰所需要的衰减决定了用铜量 优化设计EMI滤波器 设计合适的电感量,使低频时的传导干扰满足6dB裕量的要求,并且避免铜材的浪费。 优化设计EMI滤波器 研究背景 EMI滤波器基本设计方法 两级共模滤波器设计 实验与总结 主要内容 * Fu-Yuan Shih, Dan Y. Chen, Yan-Pei Wu, Yie-Tone Chen, “A Procedure for Designing EMI Filters for AC Line Applications.” IEEE Transactions, 1996 选择滤波器参数之前需要测试原始共模干扰与差模干扰 EMI滤波器基本设计流程 原始共模干扰获取方法 缺乏共模与差模干扰的分离设备时,可以去掉滤波器中的共模元件,测试L线或N线的总干扰,以获取低频时的原始共模干扰。 EMI滤波器的电压插入增益 (Insert Voltage Gain) ZL = 25Ω 干扰源的源阻抗该如何考虑? ? 对共模干扰而言: ZL = 100Ω ? 对差模干扰而言 : 负载阻抗 : 滤波器的电压插入增益 ? 单级共模滤波器电压插入增益 CSCM 2CY 未加共模滤波器时 加入单级共模滤波器 电流源特性 具有电流源特性的共模干扰源 ? 电压插入增益 : 定义 : 40dB/dec 单级共模滤波器衰减特性 ? 滤波器的转折频率计算 : ? Y电容和共模电感选取 : Y电容的总量受到漏电流安全的限制 –应首先选择Y电容的容值 单级共模滤波器设计 研究背景 EMI滤波器基本设计方法 两级共模滤波器设计 实验与总结 主要内容 两级共模滤波器存在的问题 : 转折频率与元件参数的关系; 高频时的衰减斜率为80dB/dec,但在转折频率附近衰减不理想。由于设计滤波器参数时依据低频时所需要的衰减,因此应该避免谐振频率过于接近设计时的参考频率。 80dB/dec 转折频率 谐振频率 两级共模滤波器 ? 两级共模滤波器电压插入增益 : ωωC ωωC 两级共模滤波器的转折频率 ? Y电容的总量受漏电流安全的限制 : IEC-60950-1 中规定的漏电流限值 : 3.5 mA 最差情况 : 60Hz, 270VAC 34 nF ? 2CY1 + 2CY2 总量限制于34 nF : When CY1 = CY2 Max CY1·CY2 Lowest ωn 实现两级共模滤波器的最低转折频率 ? 两级共模滤波器电压插入增益 : LCM1 = LCM2 = LCM 两级共模滤波器的谐振频率 研究背景 EMI滤波器基本设计方法 两级共模滤波器设计 实验与总结 主要内容 依据参考频率点设计共模滤波器 ? 单级共模滤波器设计结果 ? 两级共模滤波器设计结果 实验结果 结论 通过测试电源样机的原始干扰,经过理论计算所设计的EMI滤波器元件参数,能够很好的满足传导干扰限值的要求,并避免了用铜量的浪费; 两级共模滤波器设计时,由于共模电容的总量受到漏电流安全的限制,因此为了实现电压插入增益的最低转折频率,两级共模电容取值应该相等; 两级共模滤波器设计时,还应注意其低频时不能够实现理想的衰减斜率,应该避免所设计滤波器的高频谐振点过于接近衰减要求的参考频率点。 谢 谢!
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