一种有源共模电磁干扰滤波器

1.本发明涉及电磁干扰抑制技术领域，具体涉及一种有源共模电磁干扰滤波器。


背景技术：

2.电力电子逆变或整流电路中，由于功率半导体器件的高频开关动作，产生电磁干扰问题。根据电磁干扰电流流通路径的区别，可以将电磁干扰分为差模干扰和共模干扰。差模干扰电流在传递信号或功率的导线、电缆间流动；共模干扰电流在导线(或电缆)与地之间流动，改变电路与地之间的电位差。为分析逆变电路或整流电路中的共模干扰，可以将共模干扰的产生和传输等效为共模干扰等效电路。
3.通常采用共模电磁干扰滤波器，抑制逆变器或整流器对外的共模干扰发射。共模电磁干扰滤波器干扰抑制效果可以用插入损耗来描述，插入损耗反映了有无滤波器时，被滤波设备对外干扰水平的差别，插入损耗越大，共模电磁干扰滤波器的干扰抑制效果越好。
4.最常见的共模电磁干扰滤波器为无源共模电磁干扰滤波器，这种电磁干扰滤波器由电感器、电容器和电阻器等无源元件构成，不包含半导体器件等有源元件。无源共模电磁干扰滤波器的缺点是体积较大，在高功率密度场合的应用受到限制。另一类共模电磁干扰滤波器称为有源共模电磁干扰滤波器，这类电磁干扰滤波器采用“电流或电压检测电路－控制电路－功率放大电路－电压或电流耦合电路”结构，控制电路和功率放大电路中包含半导体器件等有源元件，现有的有源共模电磁干扰滤波器的单独采用前馈或反馈控制方式，难以兼备高插入损耗和高稳定性。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明实施例提供了涉及一种有源共模电磁干扰滤波器，以解决现有技术中有源共模电磁干扰滤波器难以兼备高插入损耗和高稳定性的技术问题。
6.本发明提出的技术方案如下：
7.第一方面，本发明实施例提供一种有源共模电磁干扰滤波器，该有源共模电磁干扰滤波器包括：直流端口电气中点生成电路、前馈信号采样与处理电路、反馈信号采样与处理电路、加权求和电路、功率放大电路和输出电路；所述直流端口电气中点生成电路用于获取被滤波电路的第一电压值，所述第一电压值为被滤波电路的直流端口的正母线电压和负母线电压的平均电压值；所述前馈信号采样与处理电路用于采集所述被滤波电路的内部共模干扰电压源电压，并对所述内部共模干扰电压源电压进行信号调理，得到第二电压值，以及将所述第二电压值输入至所述加权求和电路；所述反馈信号采样与处理电路用于采集所述被滤波电路的对外输出共模干扰电压或共模干扰电流，并对所述对外输出共模干扰电压或所述共模干扰电流进行信号调理，得到第三电压值，以及将所述第三电压值输入至所述加权求和电路；所述加权求和电路用于根据所述第二电压值和所述第三电压值计算第四电压值，以及将所述第四电压值输入至所述功率放大电路；所述功率放大电路用于对所述第四电压值进行功率放大处理，得到第五电压值，以及将所述第五电压值反馈输入至所述输
出电路；所述输出电路用于将所述第五电压值耦合到所述第一电压值，并完成对所述被滤波电路对外发射的共模干扰电压的抑制。
8.结合第一方面，在第一方面的一种可能的实现方式中，所述直流端口电气中点生成电路包括：第一电容器和第二电容器，所述第一电容器和所述第二电容器串联连接；所述第一电容器的第一端钮与所述被滤波电路的直流端口正母线连接，所述第一电容器的第二端钮与所述第二电容器的第一端钮连接，所述第二电容器的第二端钮与所述被滤波电路的直流端口负母线连接。
9.结合第一方面，在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述前馈信号采样与处理电路包括：第一采样环节和至少一个第一运算放大电路，所述第一采样环节包括第一电阻电容网络。
10.结合第一方面，在第一方面的又一种可能的实现方式中，所述反馈信号采样与处理电路包括：第二采样环节和至少一个第二运算放大电路，所述第二采样环节包括第二电阻电容网络或电阻电流互感网络；当所述第二采样环节包括所述第二电阻电容网络且有源共模电磁干扰滤波器的参考电位为所述第一电压值时，所述反馈信号采样与处理电路的第一输入端钮与所述被滤波电路的保护地连接；当所述第二采样环节包括所述第二电阻电容网络且所述有源共模电磁干扰滤波器的参考电位为所述被滤波电路的保护地时，所述反馈信号采样与处理电路的所述第一输入端钮与所述直流端口电气中点生成电路的输出端钮连接，所述直流端口电气中点生成电路的输出端钮为所述第一电容器的第二端钮。
11.结合第一方面，在第一方面的又一种可能的实现方式中，所述电阻电流互感网络包括初级电阻电流互感网络和次级电阻电流互感网络；当所述第二采样环节包括所述电阻电流互感网络时，所述次级电阻电流互感网络用于输出与所述被滤波电路的电流信号成比例的电压信号，所述电流信号为所述被滤波电路的直流端口正母线电流和负母线电流的电流和；所述初级电阻电流互感网络的正母线电流采样支路通过所述反馈信号采样与处理电路的第二输入端钮和第三输入端钮与所述被滤波电路的直流端口正母线串联连接；所述初级电阻电流互感网络的负母线电流采样支路通过所述反馈信号采样与处理电路的第四输入端钮和第五输入端钮与所述被滤波电路的直流端口负母线串联连接。
12.结合第一方面，在第一方面的又一种可能的实现方式中，所述加权求和电路包括至少一个第三运算放大电路，所述第三运算放大电路为同相求和电路、反相求和电路和加减运算电路中的一种。
13.结合第一方面，在第一方面的又一种可能的实现方式中，当所述加权求和电路的第一加权系数对应的第一加权相角满足预设第一相角范围且所述加权求和电路的第二加权系数对应的第二加权相角满足所述预设第一相角范围时，所述第三运算放大电路为所述同相求和电路；当所述第一加权相角满足预设第二相角范围且所述第二加权相角满足所述预设第二相角范围时，所述第三运算放大电路为所述反相求和电路；当所述第一加权相角满足所述预设第一相角范围且所述第二加权相角满足所述预设第二相角范围时，或当所述第一加权相角满足所述预设第二相角范围且所述第二加权相角满足所述预设第一相角范围时，所述第三运算放大电路为所述加减运算电路。
14.结合第一方面，在第一方面的又一种可能的实现方式中，当所述第一加权相角满足所述预设第一相角范围且所述第二加权相角满足所述预设第二相角范围时，所述加减运
算电路中运算放大器的同相输入端支路与所述前馈信号采样与处理电路的输出端钮连接，所述运算放大器的反相输入端支路与所述反馈信号采样与处理电路的输出端钮连接；当当所述第一加权相角满足所述预设第二相角范围且所述第二加权相角满足所述预设第一相角范围时，所述运算放大器的同相输入端支路与所述反馈信号采样与处理电路的输出端钮连接，所述运算放大器的反相输入端支路与所述前馈信号采样与处理电路的输出端钮连接。
15.结合第一方面，在第一方面的又一种可能的实现方式中，所述加权求和电路的第一输入端钮与所述前馈信号采样与处理电路的输出端钮连接；所述加权求和电路的第二输入端钮与所述反馈信号采样与处理电路的输出端钮连接；所述加权求和电路的第三输入端钮与所述功率放大电路的输出端钮连接。
16.结合第一方面，在第一方面的又一种可能的实现方式中，所述输出电路包括至少一个第三电容器，所述第三电容器用于阻隔所述功率放大电路和所述被滤波电路的保护地之间的直流电压；当所述有源共模电磁干扰滤波器的参考电位为所述第一电压值时，所述输出电路的输出端钮与所述被滤波电路的保护地连接；当所述有源共模电磁干扰滤波器的参考电位为所述被滤波电路的保护地时，所述输出电路的输出端钮与所述直流端口电气中点生成电路的输出端钮连接。
17.本发明提供的技术方案，具有如下效果：
18.本发明实施例提供的有源共模电磁干扰滤波器，综合了前馈控制稳定性高和反馈控制对电路参数依赖性低的优点，克服单独由前馈或反馈控制的有源共模电磁干扰滤波器插入损耗、稳定性和带宽之间的矛盾，可以同时实现有源共模电磁干扰滤波器的高插入损耗和高带宽。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1是根据本发明实施例提供的一种有源共模电磁干扰滤波器的结构框图；
21.图2是根据本发明实施例提供的有源共模电磁干扰滤波器各电路间的连接关系示意图；
22.图3是根据本发明实施例提供的有源共模电磁干扰滤波器第一种实施方式示意图；
23.图4是根据本发明实施例提供的高通滤波电路形式的反馈信号采样与处理电路示意图；
24.图5是根据本发明实施例提供的有源共模电磁干扰滤波器第二种实施方式示意图；
25.图6是根据本发明实施例提供的前馈信号采样网络示意图；
26.图7是根据本发明实施例提供的有源共模电磁干扰滤波器第三种实施方式中加权求和电路的一种形式示意图；
27.图8是根据本发明实施例提供的有源共模电磁干扰滤波器第四种实施方式中加权求和电路的另一种形式示意图；
28.图9是根据本发明实施例提供的电流互感器初级与次级端钮命名示意图；
29.图10是根据本发明实施例提供的采集被滤波的逆变或整流电路直流端口共模电流的反馈信号采样与处理电路的一种形式示意图；
30.图11是根据本发明实施例提供的采集被滤波的逆变或整流电路直流端口共模电流的反馈信号采样与处理电路的另一种形式示意图；
31.图12是根据本发明实施例提供的采集被滤波的逆变或整流电路直流端口共模电流的反馈信号采样与处理电路的第三种形式示意图；
32.图13是根据本发明实施例提供的采集被滤波的逆变或整流电路直流端口共模电流的反馈信号采样与处理电路的第四种形式示意图；
33.图14是根据本发明实施例提供的直流端口电气中点生成电路示意图；
具体实施方式
34.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
36.现有有源共模电磁干扰滤波器的单独采用前馈或反馈控制方式，因而难以兼备高插入损耗和高稳定性。
37.因此，本发明实施例提供一种有源共模电磁干扰滤波器，如图1所示，该有源共模电磁干扰滤波器1包括：直流端口电气中点生成电路11、前馈信号采样与处理电路12、反馈信号采样与处理电路13、加权求和电路14、功率放大电路15和输出电路16。
38.在一实例中，上述各个电路之间的连接关系如图2所示。
39.进一步，对上述各个电路的功能进行说明。
40.首先，直流端口电气中点生成电路11用于获取被滤波电路2的第一电压值。
41.其中，被滤波电路可以为被滤波的逆变或整流电路，该被滤波的逆变或整流电路的相数可以是单相、三相及任意多于三相的数量；第一电压值为被滤波电路的直流端口的正母线电压和负母线电压的平均电压值v
dcav
。
42.前馈信号采样与处理电路12用于采集被滤波逆变或整流电路内部的共模干扰电压源电压，进一步，对采集到的共模干扰电压源电压进行信号调理，比如共模干扰电压源电压等，得到第二电压值v
ffout
，并将第二电压值v
ffout
输入至加权求和电路14。
43.其中，第二电压值v
ffout
等于指令电压(通常为0)与前馈信号采样与处理电路12输出电压差放大a倍，从数值上看，a在频域上是随频率变化的复数。
44.具体地，该第二电压值v
ffout
满足如下关系式(1)或(2)：
[0045][0046][0047]
上述关系式中：zs表示被滤波的逆变或整流电路的干扰源内阻抗；z
out
表示有源共模电磁干扰滤波器输出环节的阻抗；vs表示等效共模干扰电压源电压。
[0048]
反馈信号采样与处理电路13用于采集被滤波逆变或整流电路对外输出的共模干扰电压，并对采集后的对外输出共模干扰电压进行信号调理，得到第三电压值v
fbout
，并将第三电压值输入至加权求和电路14。其中，信号调理方法同上述对采集到的共模干扰电压源电压进行信号调理的方法。
[0049]
其中，第三电压值v
fbout
等于指令电压(通常为0)与反馈信号采样与处理电路13输出电压差放大a倍，从数值上看，a在频域上是随频率变化的复数。
[0050]
进一步，反馈信号采样与处理电路13还可以采集被滤波逆变或整流电路对外输出的共模干扰电流。具体的采集信号根据反馈信号采样与处理电路13的结构决定。
[0051]
加权求和电路14用于对第二电压值v
ffout
和第三电压值v
fbout
进行加权求和得到第四电压值v
sumout
，进一步，将该第四电压值v
sumout
作为功率放大电路15的输入电压。
[0052]
功率放大电路15采用互补输出电路形式，由至少一对互补的npn双极型晶体管与pnp双极型晶体管，或至少一对互补的n沟道场效应晶体管与p沟道场效应晶体管串联构成。其中，互补晶体管的对数由所述功率放大器的输出功率决定。
[0053]
其中，功率放大电路15的输入端钮连接加权求和电路14的输出端钮，功率放大电路15的输出端钮为每对互补晶体管相互串联的端钮。
[0054]
进一步，对功率放大电路15的功能进行说明。
[0055]
具体地，功率放大电路15用于对加权求和电路14的输出电压v
sumout
进行功率放大，如放大电流或放大电压或同时放大电流电压，并将输出电压(第五电压值)v
ampout
反馈回加权求和电路14。
[0056]
其中，第五电压值v
ampout
满足如下关系式(3)：
[0057]vampout
＝k
1vffout
+k
2vfbout
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0058]
式中：k1和k2表示加权系数，由加权求和电路14与功率放大电路15的元件参数决定。
[0059]
进一步，功率放大电路15还将该第五电压值v
ampout
输入至输出电路16。
[0060]
输出电路16接收到该第五电压值v
ampout
后，通过将该第五电压值v
ampout
耦合到被滤波的逆变或整流电路的保护地，或耦合到直流端口电气中点生成电路11的输出电压(第一电压值)v
dcav
，抑制被滤波的逆变或整流电路对外发射的共模干扰。
[0061]
本发明实施例提供的有源共模电磁干扰滤波器，综合了前馈控制稳定性高和反馈控制对电路参数依赖性低的优点，克服单独由前馈或反馈控制的有源共模电磁干扰滤波器插入损耗、稳定性和带宽之间的矛盾，可以同时实现有源共模电磁干扰滤波器的高插入损
耗和高带宽。
[0062]
作为本发明实施例一种可选的实施方式，直流端口电气中点生成电路11包括：第一电容器111和第二电容器112。
[0063]
其中，第一电容器111和第二电容器112为相互串联的规格相同的电容器。
[0064]
进一步，在直流端口电气中点生成电路11中，第一电容器111的第一端钮连接被滤波的逆变或整流电路的直流端口正母线，第一电容器111的第二端钮连接第二电容器112的第一端钮，第二电容器112的第二端钮连接被滤波的逆变或整流电路的直流端口负母线。其中，该第一电容器111的第二端钮为直流端口电气中点生成电路的输出端钮。
[0065]
即，直流端口电气中点生成电路11中，被滤波的逆变或整流电路的直流端口的电气中点电压v
dcav
为第一电容器111的第二端钮电压，也即第二电容器的第一端钮电压。
[0066]
进一步，被滤波的逆变或整流电路的直流端口的电气中点电压v
dcav
可以作为有源共模电磁干扰滤波器的参考电位gnd，也可以连接输出电路的输出端钮。
[0067]
作为本发明实施例一种可选的实施方式，前馈信号采样与处理电路12包括：第一采样环节121和第一运算放大电路122。
[0068]
需要说明的是，上述第一运算放大电路122的数量可以是一个或多个，本实施例对此不做限制。
[0069]
其中，第一采样环节121可以包括第一电阻电容网络1211。
[0070]
进一步，当被滤波的逆变或整流电路的交流端口共有n相时，前馈信号采样与处理电路12除连接参考电位gnd的端钮外，至少包含n+1个端钮。
[0071]
其中，该n+1个端钮中的n个端钮发别连接交流端口的n相，另外1个端钮作为前馈信号采样与处理电路12的输出端钮，用于输出第二电压值v
ffout
。
[0072]
作为本发明实施例一种可选的实施方式，反馈信号采样与处理电路13包括：第二采样环节131和第二运算放大电路132。
[0073]
需要说明的是，上述第二运算放大电路132的数量可以是一个或多个，本实施例对此不做限制。
[0074]
其中，第二采样环节131可以包括第二电阻电容网络1311或电阻电流互感网络1312。进一步，电阻电流互感网络1312的形式可以是电流互感器、罗氏线圈、采样电阻与隔离放大电路等形式，在本发明实施例中，可以包括初级电阻电流互感网络13121和次级电阻电流互感网络13122，如图1所示。
[0075]
当第二采样环节131由第二电阻电容网络1311构成时，采集被滤波逆变或整流电路对外输出的共模干扰电压；当第二采样环节131由电阻电流互感网络1312构成时，采集被滤波逆变或整流电路对外输出的共模干扰电路。
[0076]
进一步，当第二采样环节131由第二电阻电容网络1311构成时，反馈信号采样与处理电路13除连接参考电位gnd的端钮外，至少包含2个端钮。其中1个端钮为输入端钮，1个为输出端钮。
[0077]
具体地，当参考电位gnd为直流端口电气中点生成电路11的第一电压值v
dcav
时，反馈信号采样与处理电路13的输入端钮连接到被滤波的逆变或整流电路的保护地；当参考电位gnd为被滤波的逆变或整流电路的保护地时，反馈信号采样与处理电路13的输入端钮连接到直流端口电气中点生成电路11的第一电压值v
dcav
。
[0078]
进一步，当第二采样环节131由电阻电流互感网络1312构成时，初级电阻电流互感网络13121输入流过被滤波的逆变或整流电路直流端口正负母线电流，次级电阻电流互感网络13122输出与被滤波的逆变或整流电路直流端口正负母线电流之和成比例的电流信号或电压信号。
[0079]
进一步，对反馈信号采样与处理电路13与被滤波的逆变或整流电路直流端口正、负母线的连接关系进行说明。
[0080]
具体地，反馈信号采样与处理电路13除连接参考电位gnd的端钮外，至少包含5个端钮。其中，4个为输入端钮，1个为输出端钮。
[0081]
4个输入端钮中的2个输入端钮将初级电阻电流互感网络13121的正母线电流采样支路串联在被滤波的逆变或整流电路直流端口的正母线上，另外2个输入端钮将初级电阻电流互感网络13121的负母线电流采样支路串联在被滤波的逆变或整流电路直流端口的负母线上。
[0082]
作为本发明实施例一种可选的实施方式，加权求和电路14包括第三运算放大电路141。其中，第三运算放大电路为同相求和电路、反相求和电路和加减运算电路中的一种。
[0083]
需要说明的是，上述第三运算放大电路141的数量可以是一个或多个，本实施例对此不做限制。
[0084]
具体地，结合上述关系式(3)，当加权系数k1和k2的相角均介于-90
°
和+90
°
之间时，采用同相求和电路作为第三运算放大电路；
[0085]
当加权系数k1和k2的相角均介于-270
°
和-90
°
之间时，采用反相求和电路作为第三运算放大电路；
[0086]
当加权系数k1的相角介于-90
°
和+90
°
之间，加权系数k2的相角介于-270
°
和-90
°
之间时，或当加权系数k1的相角介于-270
°
和-90
°
之间，加权系数k2的相角介于-90
°
和+90
°
之间时，采用加减运算电路作为第三运算放大电路。
[0087]
进一步，当加权系数k1的相角介于-90
°
和+90
°
之间，加权系数k2的相角介于-270
°
和-90
°
之间时，该加减运算电路中运算放大器的同相输入端支路与前馈信号采样与处理电路12的输出端钮连接，该加减运算电路中运算放大器的反相输入端支路与反馈信号采样与处理电路13的输出端钮连接；
[0088]
当加权系数k1的相角介于-270
°
和-90
°
之间，加权系数k2的相角介于-90
°
和+90
°
之间时，该加减运算电路中运算放大器的同相输入端支路与反馈信号采样与处理电路13的输出端钮连接，该加减运算电路中运算放大器的反相输入端支路前馈信号采样与处理电路12的输出端钮连接。
[0089]
进一步，对前馈信号采样与处理电路12、反馈信号采样与处理电路13、加权求和电路14和功率放大电路15的连接关系做进一步说明。
[0090]
加权求和电路14除连接参考电位gnd的端钮外，至少包含4个端钮，其中3个端钮为输入端钮，另1个端钮为输出端钮。
[0091]
具体地，加权求和电路14的3个输入端钮分别连接前馈信号采样与处理电路13的输出端钮、反馈信号采样与处理电路13的输出端钮v
fbout
、所述功率放大电路的输出端钮；1个输出端钮用于输出第四电压值v
sumout
。
[0092]
作为本发明实施例一种可选的实施方式，输出电路16包括第三电容器161。
[0093]
其中，第三电容器161用于阻隔功率放大电路15和被滤波的逆变或整流电路的保护地之间的直流电压。
[0094]
进一步，该输出电路16至少包含2个端钮，其中1个端钮为输入端钮，另1个端钮为输出端钮。
[0095]
具体地，输出电路16的输入端钮连接功率放大电路15的输出端钮。
[0096]
当参考电位为参考电位gnd为直流端口电气中点生成电路11的第一电压值v
dcav
时，该输出电路16的输出端钮连接到被滤波的逆变或整流电路的保护地；当参考电位gnd为被滤波的逆变或整流电路的保护地时，该输出电路16的输出端钮连接到直流端口电气中点生成电路11的输出端钮。
[0097]
在一实施例中，以三相逆变或整流电路为例对本发明实施例提供的有源共模电磁干扰滤波器进行说明，分别提供不同的实施方式：
[0098]
1.第一种实施方式
[0099]
有源共模电磁干扰滤波器由直流端口电气中点生成电路、前馈信号采样与处理电路、反馈信号采样与处理电路、加权求和电路、功率放大电路、输出电路组成，如图3所示。
[0100]
其中，直流端口电气中点生成电路中的c
dc1
和c
dc2
为两个规格相同的电容器，对被滤波的逆变或整流电路的直流端口的正负母线电压求平均，以电压信号v
dcav
的形式输出，并作为有源共模电磁干扰滤波器的参考电位gnd；
[0101]
反馈信号采样与处理电路对被滤波的逆变或整流电路直流端口的共模干扰电压进行采样。反馈信号采样与处理电路是一个带通滤波电路，包含无源网络和一个同相端输入的运放电路。c
fb1
的一端是反馈信号采样与处理电路的一个输入端，连接到被滤波的逆变或整流电路保护地，采集共模干扰电压；
[0102]
反馈信号采样与处理电路除了是带通滤波电路外，也可以是高通滤波电路，当为高通滤波电路时，一种可能的实现方式如图4所示。
[0103]
前馈信号采样与处理电路对被滤波的逆变或整流电路交流端口的共模电压进行采样和滤波。前馈信号采样与处理电路包含无源网络和一个同相端输入的运放电路。进一步，该前馈信号采样与处理电路的输出电压v
ffout
满足上述关系式(1)。
[0104]
加权求和电路为一个反相求和电路，输入信号分别是反馈信号采样与处理电路的输出电压v
fbout
和前馈信号采样与处理电路的输出电压v
ffout
，加权求和中，反馈信号采样与处理电路的输出电压v
fbout
的权重由r
sum1
、c
sum1
并联支路阻抗与r
sum4
的阻值之比决定，前馈信号采样与处理电路的输出电压v
ffout
的权重由r
sum1
、c
sum1
并联支路阻抗与r
sum3
的阻值之比决定。加权求和电路的输出电压v
sumout
连接到功率放大电路；
[0105]
功率放大电路由一对互补npn和pnp晶体管构成，输入为加权求和电路的输出电压v
sumout
，输出为经过功率放大的电压v
ampout
。输出电压v
ampout
被反馈回加权求和电路中运算放大器a
sum
的反相输入端，以实现上述关系式(3)；
[0106]
输出电路由电容c
out
和r
out
串联组成，输入为功率放大电路的输出电压v
ampout
，输出连接到被滤波的逆变或整流电路的保护地。
[0107]
各运算放大器和功率放大电路均由相同的双电源供电，其中，双电源中的正电源为v
p
，负电源为vn。v
p
和vn的平均值可以为零，也可以根据电路需要而不为零。
[0108]
2.第二种实施方式
[0109]
有源共模电磁干扰滤波器由直流端口电气中点生成电路、前馈信号采样与处理电路、反馈信号采样与处理电路、加权求和电路、功率放大电路、输出电路组成，如图5所示。
[0110]
其中，反馈信号采样与处理电路对所述被滤波的逆变或整流电路直流端口的共模干扰电压进行采样和滤波，输出电压v
fbout
。反馈信号采样与处理电路是一个带通滤波电路，包含无源网络和一个反相端输入的运放电路。c
fb1
的一端是反馈信号采样与处理电路的一个输入端，连接到被滤波的逆变或整流电路保护地，采集共模干扰电压。
[0111]
前馈信号采样与处理电路对被滤波的逆变或整流电路交流端口的共模电压进行采样和滤波。前馈信号采样与处理电路包含无源网络和两个运放电路，其中第一运放电路采用同相端输入的形式，第二运放电路采用反相端输入的形式。该前馈信号采样与处理电路的输出电压v
ffout
满足上述关系式(2)。
[0112]
前馈信号采样与处理电路，包含三个无源网络，如图6所示。第一无源网络连接被滤波的逆变或整流电路的交流各相和第一运放，将被滤波的逆变或整流电路的共模干扰电压源电压缩小到c1倍，缩小比例由网络参数决定。第二无源网络的第一端钮连接第一运放，第二端钮连接第二运放，两个端钮间的阻抗z
ff2
符合如下关系式(4)：
[0113]zff2
＝c2zsꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0114]
式中：c2表示系数。
[0115]
进一步，第三无源网络跨接在第二运放的输入和输出端钮之间，第三无源网络的阻抗z
ff3
符合如下关系式(5)：
[0116][0117]
其中，在频域上，c1，c2可以设置为恒定值，也可设置为随频率变化的值。
[0118]
加权求和电路为一个同相求和电路，输入信号分别是反馈信号采样与处理电路的输出电压v
fbout
和前馈信号采样与处理电路的输出电压v
ffout
。加权求和中，反馈信号采样与处理电路的输出电压v
fbout
和前馈信号采样与处理电路的输出电压v
ffout
的权重由r
sum1
、c
sum1
并联支路阻抗与r
sum4
的阻值之比，以及r
sum2
和r
sum3
的阻抗决定，在复频域，前馈信号采样与处理电路的输出电压v
fbout
的权重k1可表示为如下关系式(6)：
[0119][0120]
反馈信号采样与处理电路的输出电压v
fbout
的权重k2可表示为如下关系式(7)：
[0121][0122]
进一步，加权求和电路的输出电压v
sumout
连接到功率放大电路。
[0123]
上述第二种实施方式中，直流端口电气中点生成电路、直流端口电气中点生成电路、功率放大电路与输出电路，与第一种实施方式相同，此处不再赘述。
[0124]
3.第三种实施方式
[0125]
有源共模电磁干扰滤波器由直流端口电气中点生成电路、前馈信号采样与处理电路、反馈信号采样与处理电路、加权求和电路、功率放大电路、输出电路组成。
[0126]
本实施方式中，前馈信号采样与处理电路与第一种实施方式中相同，反馈信号采样与处理电路与第二种实施方式中相同，此处不再赘述。加权求和电路采用加减运算电路，
如图7所示。
[0127]
或者，在本实施方式中，前馈信号采样与处理电路与第二种实施方式中相同，反馈信号采样与处理电路与第一种实施方式中相同，此处不再赘述。加权求和电路采用加减运算电路，如图8所示。
[0128]
进一步，直流端口电气中点生成电路、功率放大电路和所述输出电路，均与第一、第二种实施方式中相同，此处不再赘述。
[0129]
4.第四种实施方式
[0130]
有源共模电磁干扰滤波器由直流端口电气中点生成电路、前馈信号采样与处理电路、反馈信号采样与处理电路、加权求和电路、功率放大电路、输出电路组成。
[0131]
其中，直流端口电气中点生成电路、前馈信号采样与处理电路、加权求和电路、功率放大电路、输出电路与第二种实施方式中一致，此处不再赘述。
[0132]
进一步，反馈信号采样与处理电路采集所述被滤波的逆变或整流电路直流端口的共模电流，通过电流互感网络(如电流互感器或其他类型电流传感器)将共模电流从被滤波的逆变或整流电路耦合到有源共模电磁干扰滤波器。为便于描述，对电流互感网络初级与次级各端钮编号，如图9所示(以电流互感器为例)。初级共四个端钮，靠近被滤波的逆变或整流电路的端钮分别为p1和n1，另外两个端钮分别为p2和n2，p1和n1为同名端，p2和n2为同名端；次级共两个端钮，与p1和n1为同名端的，命名为s1，与p2和n2为同名端的，命名为s2。
[0133]
当s2端钮连接到有源共模电磁干扰滤波器的gnd时，通过无源网络与反相端输入的运放电路，实现对电流互感网络次级信号的处理，如图10所示，其中，无源网络对电流互感网络的相位进行补偿。
[0134]
当s1端钮连接到有源共模电磁干扰滤波器的gnd时，通过无源网络与同相端输入的运放电路，实现对电流互感网络次级信号的处理，如图11所示，其中，无源网络对电流互感器或其他类型电流传感器的相位进行补偿。
[0135]
5.第五种实施方式
[0136]
有源共模电磁干扰滤波器由直流端口电气中点生成电路、前馈信号采样与处理电路、反馈信号采样与处理电路、加权求和电路、功率放大电路、输出电路组成。
[0137]
其中，直流端口电气中点生成电路、前馈信号采样与处理电路、加权求和电路、功率放大电路、输出电路与第一种实施方式中一致，此处不再赘述。
[0138]
反馈信号采样与处理电路采集所述被滤波的逆变或整流电路直流端口的共模电流，通过电流互感网络(如电流互感器或其他类型电流传感器)将共模电流从所述被滤波的逆变或整流电路耦合到所述有源共模电磁干扰滤波器。为便于描述，对电流互感网络初级与次级各端钮编号，编号方式与第四种实施方式中相同，此处不再赘述。
[0139]
当s2端钮连接到所述有源共模电磁干扰滤波器的gnd时，通过无源网络与同相端输入的运放电路，实现对电流互感网络次级信号的处理，如图12所示(以电流互感器为例)。其中，无源网络对所述电流互感器或其他类型电流传感器的相位进行补偿。
[0140]
当s1端钮连接到所述有源共模电磁干扰滤波器的gnd时，通过无源网络与反相端输入的运放电路，实现对电流互感器次级信号的处理，如图13所示，其中，无源网络对所述电流互感器或其他类型电流传感器的相位进行补偿。
[0141]
6.第六种实施方式
[0142]
有源共模电磁干扰滤波器由直流端口电气中点生成电路、前馈信号采样与处理电路、反馈信号采样与处理电路、加权求和电路、功率放大电路、输出电路组成。
[0143]
其中，前馈信号采样与处理电路与所述第一种实施方式中相同；反馈信号采样与处理电路与第四种实施方式中相同；加权求和电路与第三种实施方式中相同；直流端口电气中点生成电路、功率放大电路、输出电路均与第一至第五种实施方式中相同。
[0144]
7.第七种实施方式
[0145]
有源共模电磁干扰滤波器由直流端口电气中点生成电路、前馈信号采样与处理电路、反馈信号采样与处理电路、加权求和电路、功率放大电路、输出电路组成。
[0146]
其中，前馈信号采样与处理电路与第二种实施方式中相同；反馈信号采样与处理电路与第五种实施方式中相同；加权求和电路与第三种实施方式中相同；直流端口电气中点生成电路、功率放大电路、输出电路均与第一至第六种实施方式中相同。
[0147]
8.第八种实施方式
[0148]
有源共模电磁干扰滤波器由直流端口电气中点生成电路、前馈信号采样与处理电路、反馈信号采样与处理电路、加权求和电路、功率放大电路、输出电路组成。
[0149]
其中，前馈信号采样与处理电路、反馈信号采样与处理电路、加权求和电路可参照第一至第七种实施方式进行组合；功率放大电路、输出电路均与第一至第七种实施方式中相同，此处不再赘述。
[0150]
进一步，有源共模电磁干扰滤波器的gnd为被滤波的逆变或整流电路的保护地，输出电路采用阻容耦合的方式将有源共模电磁干扰滤波器的输出耦合到直流端口电气中点生成电路的输出端钮。
[0151]
其中，直流端口电气中点生成电路中的c
dc1
和c
dc2
为两个规格相同的电容器，对被滤波的逆变或整流电路的直流端口的正负母线电压求平均，以电压信号v
dcav
的形式输出，如图14所示。
[0152]
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

技术特征：
1.一种有源共模电磁干扰滤波器，其特征在于，所述有源共模电磁干扰滤波器包括：直流端口电气中点生成电路、前馈信号采样与处理电路、反馈信号采样与处理电路、加权求和电路、功率放大电路和输出电路；所述直流端口电气中点生成电路用于获取被滤波电路的第一电压值，所述第一电压值为被滤波电路的直流端口的正母线电压和负母线电压的平均电压值；所述前馈信号采样与处理电路用于采集所述被滤波电路的内部共模干扰电压源电压，并对所述内部共模干扰电压源电压进行信号调理，得到第二电压值，以及将所述第二电压值输入至所述加权求和电路；所述反馈信号采样与处理电路用于采集所述被滤波电路的对外输出共模干扰电压或共模干扰电流，并对所述对外输出共模干扰电压或所述共模干扰电流进行信号调理，得到第三电压值，以及将所述第三电压值输入至所述加权求和电路；所述加权求和电路用于根据所述第二电压值和所述第三电压值计算第四电压值，以及将所述第四电压值输入至所述功率放大电路；所述功率放大电路用于对所述第四电压值进行功率放大处理，得到第五电压值，以及将所述第五电压值反馈输入至所述输出电路；所述输出电路用于将所述第五电压值耦合到所述第一电压值，并完成对所述被滤波电路对外发射的共模干扰电压的抑制。2.根据权利要求1所述的有源共模电磁干扰滤波器，其特征在于，所述直流端口电气中点生成电路包括：第一电容器和第二电容器，所述第一电容器和所述第二电容器串联连接；所述第一电容器的第一端钮与所述被滤波电路的直流端口正母线连接，所述第一电容器的第二端钮与所述第二电容器的第一端钮连接，所述第二电容器的第二端钮与所述被滤波电路的直流端口负母线连接。3.根据权利要求1所述的有源共模电磁干扰滤波器，其特征在于，所述前馈信号采样与处理电路包括：第一采样环节和至少一个第一运算放大电路，所述第一采样环节包括第一电阻电容网络。4.根据权利要求2所述的有源共模电磁干扰滤波器，其特征在于，所述反馈信号采样与处理电路包括：第二采样环节和至少一个第二运算放大电路，所述第二采样环节包括第二电阻电容网络或电阻电流互感网络；当所述第二采样环节包括所述第二电阻电容网络且有源共模电磁干扰滤波器的参考电位为所述第一电压值时，所述反馈信号采样与处理电路的第一输入端钮与所述被滤波电路的保护地连接；当所述第二采样环节包括所述第二电阻电容网络且所述有源共模电磁干扰滤波器的参考电位为所述被滤波电路的保护地时，所述反馈信号采样与处理电路的所述第一输入端钮与所述直流端口电气中点生成电路的输出端钮连接，所述直流端口电气中点生成电路的输出端钮为所述第一电容器的第二端钮。5.根据权利要求4所述的有源共模电磁干扰滤波器，其特征在于，所述电阻电流互感网络包括初级电阻电流互感网络和次级电阻电流互感网络；当所述第二采样环节包括所述电阻电流互感网络时，所述次级电阻电流互感网络用于输出与所述被滤波电路的电流信号成比例的电压信号，所述电流信号为所述被滤波电路的
直流端口正母线电流和负母线电流的电流和；所述初级电阻电流互感网络的正母线电流采样支路通过所述反馈信号采样与处理电路的第二输入端钮和第三输入端钮与所述被滤波电路的直流端口正母线串联连接；所述初级电阻电流互感网络的负母线电流采样支路通过所述反馈信号采样与处理电路的第四输入端钮和第五输入端钮与所述被滤波电路的直流端口负母线串联连接。6.根据权利要求1所述的有源共模电磁干扰滤波器，其特征在于，所述加权求和电路包括至少一个第三运算放大电路，所述第三运算放大电路为同相求和电路、反相求和电路和加减运算电路中的一种。7.根据权利要求6所述的有源共模电磁干扰滤波器，其特征在于，当所述加权求和电路的第一加权系数对应的第一加权相角满足预设第一相角范围且所述加权求和电路的第二加权系数对应的第二加权相角满足所述预设第一相角范围时，所述第三运算放大电路为所述同相求和电路；当所述第一加权相角满足预设第二相角范围且所述第二加权相角满足所述预设第二相角范围时，所述第三运算放大电路为所述反相求和电路；当所述第一加权相角满足所述预设第一相角范围且所述第二加权相角满足所述预设第二相角范围，或当所述第一加权相角满足所述预设第二相角范围且所述第二加权相角满足所述预设第一相角范围时，所述第三运算放大电路为所述加减运算电路。8.根据权利要求7所述的有源共模电磁干扰滤波器，其特征在于，当所述第一加权相角满足所述预设第一相角范围且所述第二加权相角满足所述预设第二相角范围时，所述加减运算电路中运算放大器的同相输入端支路与所述前馈信号采样与处理电路的输出端钮连接，所述运算放大器的反相输入端支路与所述反馈信号采样与处理电路的输出端钮连接；当所述第一加权相角满足所述预设第二相角范围且所述第二加权相角满足所述预设第一相角范围时，所述运算放大器的同相输入端支路与所述反馈信号采样与处理电路的输出端钮连接，所述运算放大器的反相输入端支路与所述前馈信号采样与处理电路的输出端钮连接。9.根据权利要求1所述的有源共模电磁干扰滤波器，其特征在于，所述加权求和电路的第一输入端钮与所述前馈信号采样与处理电路的输出端钮连接；所述加权求和电路的第二输入端钮与所述反馈信号采样与处理电路的输出端钮连接；所述加权求和电路的第三输入端钮与所述功率放大电路的输出端钮连接。10.根据权利要求4所述的有源共模电磁干扰滤波器，其特征在于，所述输出电路包括至少一个第三电容器，所述第三电容器用于阻隔所述功率放大电路和所述被滤波电路的保护地之间的直流电压；当所述有源共模电磁干扰滤波器的参考电位为所述第一电压值时，所述输出电路的输出端钮与所述被滤波电路的保护地连接；当所述有源共模电磁干扰滤波器的参考电位为所述被滤波电路的保护地时，所述输出电路的输出端钮与所述直流端口电气中点生成电路的输出端钮连接。

技术总结
本发明公开了一种有源共模电磁干扰滤波器，包括：直流端口电气中点生成电路、前馈信号采样与处理电路、反馈信号采样与处理电路、加权求和电路、功率放大电路和输出电路。本发明综合了前馈控制稳定性高和反馈控制对电路参数依赖性低的优点，克服单独由前馈或反馈控制的有源共模电磁干扰滤波器插入损耗、稳定性和带宽之间的矛盾，可以同时实现有源共模电磁干扰滤波器的高插入损耗和高带宽。扰滤波器的高插入损耗和高带宽。扰滤波器的高插入损耗和高带宽。


技术研发人员：张栋 张少昆 范涛 温旭辉
受保护的技术使用者：中国科学院电工研究所
技术研发日：2023.02.01
技术公布日：2023/7/19