一种用于LED开关电源的数字有源EMI滤波方法

摘要

本发明公开的一种用于LED开关电源的数字有源EMI滤波方法，具体按照以下步骤实施：从电网侧提取EMI信号；控制器对EMI信号采集；基于维纳滤波法精确重构EMI信号；校正控制；EMI信号模拟输出；EMI信号注入电源侧。本发明用于LED开关电源的数字有源EMI滤波方法，可以大幅减小滤波器体积，且功率越大，减小体积比例越大；该方法同时具有滤波器的体积不随功率而变化的特性。本方法有效利用开关电源的数字控制器，仅增加了一个RF电感及几个高频电阻、电容，却省去了需要流经功率电流的无源模拟EMI滤波器，功率转换器效率可至少提高10%，总体上至少可节省成本15%。

主权项

一种用于LED开关电源的数字有源EMI滤波方法，其特征在于，采用嵌入式数字有源EMI滤波器，其结构为：包括依次连接的市网电源(2)、数字有源EMI滤波辅助电路(3)、AC/DC不控整流桥(4)、高频DC/DC变换器(5)、输出电压和电流检测电路(6)和LED负载(7)；所述的数字有源EMI滤波辅助电路(3)、高频DC/DC变换器(5)、输出电压和电流检测电路(6)还分别与控制器(1)相连接；具体按照以下步骤实施：步骤1：从电网侧提取EMI信号；步骤2：控制器对EMI信号采集；步骤3：基于维纳滤波法精确重构EMI信号；步骤4：校正控制；步骤5：EMI信号模拟输出；步骤6：EMI信号注入电源侧；所述的步骤1具体按照以下步骤实施：由接在电网侧的共模EMI提取电路提取功率转换器产生的共模传导电磁干扰信号，根据我国EMC国家标准GB17743‑2007中所要求共模传导电磁干扰信号的下限频率9kHz，并留有一定的裕量设定高通滤波器转折频率为f₁＝8.8kHz，提取出大于转折频率信号的电磁干扰信号，结合电阻电容关系式(1)和现有元件参数取值确定电容C_s和电阻R_s的值分别为：C_s＝0.15μF,R_s＝120Ω，即：高通滤波器的传递函数为：其中，为RC高通滤波器的转折角频率；所述的步骤2具体按照以下步骤实施：由高通滤波器提取的EMI干扰信号经模数转换进行数字化处理，转换为对应的数字信号以供控制器处理，为保证采样信号的不失真，ADC的采样频率为国家标准GB17743‑2007的上限频率30MHz的10倍左右，取采样率为300MSPS，选用14位的AD转换器；数字化处理对应的传递函数为：其中，T为ADC采样周期；所述的步骤3具体按照以下步骤实施：假设维纳滤波器输入信号为V(s)，输出信号为P_v(s)，输入输出关系表示为：P_v(s)＝W(s)V(s)    (4) 估计误差E_r(s)被定义为实际EMI信号P(s)和重构EMI信号P_v(s)的差值：E_r(s)＝P(s)‑P_v(s)＝P(s)‑W(s)V(s)    (5) 实际EMI骚扰与重构EMI骚扰的均方根误差在频域范围内定义为：E[|E_r(s)|²]＝E[(P(s)‑W(s)V(s))*(P(s)‑W(s)V(s))]    (6) 式中：E[.]表示期望算子，*表示复数共轭相乘；根据复数导数规则给上式复二次型对H(jω)求导数，使其导数为零，可得最优值W₀(s)；式中：S_vv(s)＝E[|V(s)|²]是v的功率谱；S_vp(s)＝E[|P(s)*V(s)|²]是v和p之间的交叉谱；W₀(s)为使得该导数为零的解，即为使误差最小的最优值，也即维纳滤波器，其表达式为：所述的步骤4具体按照以下步骤实施：经维纳滤波重构的EMI信号，通过校正控制器处理得到与注入EMI模拟信号相对应的数字信号，控制器采用DSP和FPGA，利用FPGA的并行能力提高共模传导EMI数字信号的处理速度；所述的步骤5具体按照以下步骤实施：步骤4得到的共模传导EMI数字信号经数模转换得到与其相对应的模拟信号，为保证输出的EMI模拟信号精确度，选取14位的高速DA转换器；所述的步骤6具体按照以下步骤实施：EMI模拟输出信号经低通滤波器注入LED开关电源输入侧，输 出的模拟信号与LED开关电源产生的共模传导EMI信号相互抵消，有效抑制由LED开关电源流入电网的共模传导EMI信号；EMI信号注入电路为一个RC的低通滤波器，主要用以滤除由控制器发出的EMI模拟输出信号中30MHz以上的高频噪声，电容C_inj也可防止DAC模块受功率转换器主电路的影响；根据EMC标准GB17743‑2007共模传导EMI最大频率30MHz，并留有一定裕量选取低通滤波器的转折频率为32MHz，然后结合电阻电容关系式(9)和现有元件参数取值确定电容C_inj和电阻R_inj的值为：C_inj＝1nF,R_inj＝5Ω，即：式中低通滤波器的传递函数为：其中，为RC低通滤波器的转折角频率。