[发明专利]集成三态电磁干扰滤波和线路调节模块

说明书

本公开描述了与用于低侧线路瞬变的有源升压转换器和/或用于高侧线路瞬变的有源限制器集成的无源EMI滤波器的系统、方法和制品。在稳态操作期间，有源电路被禁用，因此电路充当无源EMI滤波器。在稳态操作期间，在无源EMI滤波器中使用的电感和电容组件可以起双重作用，并且当输入电压低于低线稳态时成为升压转换器的一部分，并且在一些变化中，当输入电压高于高线稳态电平时，电感和电容组件可以成为瞬态限制器的一部分。瞬态限制器可以被实施为线性通过元件或开关模式转换器(例如，降压转换器)。

技术领域

本公开一般涉及电力系统的滤波和调节组件。

背景技术

从车辆动力(例如，航天器、飞机、导弹、地面车辆、海洋应用)操作的直流-直流(DC/DC)转换器被设计成在标称工作点(例如，28V dc)周围的稳态电压范围内工作，并适应其输入端的瞬变。瞬变可以表征为输入电压的上升和下降和一种或另一种电压尖峰。一般来说，上升和下降是来自具有相对较低的源阻抗的源的、持续时间相对较长的电压增加/减小。尖峰具有短得多的持续时间，具有较高的振幅，可以具有任一极性，并且通常在能量方面受到限制。

开关模式功率转换器(SMPC)是电子设备中的电磁干扰(EMI)源。为了符合严格的电磁兼容性(EMC)要求，在SMPC的输入处通常需要EMI滤波器。EMI滤波器的设计旨在实现所需的插入损耗(IL)，即，衰减来自开关模式DC/DC转换器的不需要的电磁发射(EME)的功率。

SMPC是最广泛使用的DC电源，因为SMPC比线性电源显著更小、更轻和更高效。SMPC的主要缺点是其输入端的电流相关电磁干扰(EMI)和其输出端的电压相关干扰。负载的要求决定了输出滤波器的设计，这是转换器和其控制器设计的重要组成部分。另一方面，对于转换器本身的操作而言，通常不需要输入EMI滤波器。EMI滤波器的设计旨在实现所需的插入损耗(IL)，即，衰减来自开关模式DC/DC转换器的不需要的电磁发射(EME)的功率。输入滤波器的任务是确保系统内或与相邻系统的EMC，并符合相关EMC标准。

图1示出位于开关功率转换器12和输入电压源14之间的EMI滤波器10的示例。假设EMI滤波器10的组件不随时间变化，则EMI滤波器可以被认为是无源线性电路。

EMI滤波器10包括单一共模滤波器级16，其包括共模EMI电抗器或电感器L_CM和两个旁路电容器C_Y1和C_Y2。EMI滤波器10也包括单一差模滤波器级18，其包括差模EMI电感器L_DM1和旁路电容器C_X1。EMI滤波器10耦合在开关功率转换器12(或其他噪声源)的输入端子20、22和输入电源14的输出端子24、26之间。功率转换器112产生共模噪声和差模噪声。

当差动电流(诸如开关功率转换器12的正常工作电流)通过共模EMI电感器L_CM时，差动电流在共模EMI电感器L_CM的两个绕组中抵消。因此，不存在共模EMI电感器L_CM核心的净磁化。因此，共模EMI电感器L_CM对差动电流没有影响。相反，当共模噪声电流通过共模EMI电感器L_CM时，共模噪声电流使共模EMI电感器L_CM的核心磁化。因此，共模EMI电感器L_CM显示出对共模噪声电流的高阻抗，以防止共模噪声电流污染输入电源。

两个共模旁路电容器C_Y1和C_Y2串联连接并耦合在功率转换器112的两个输入端子之间。两个共模旁路电容器C_Y1和C_Y2的连接节点28耦合到地面。共模旁路电容器C_Y1和C_Y2将由功率转换器12产生的共模噪声传导到地面。