一種用于led開關(guān)電源的數(shù)字有源emi濾波方法
【專利摘要】本發(fā)明公開的一種用于LED開關(guān)電源的數(shù)字有源EMI濾波方法，具體按照以下步驟實(shí)施：從電網(wǎng)側(cè)提取EMI信號(hào)；控制器對(duì)EMI信號(hào)采集；基于維納濾波法精確重構(gòu)EMI信號(hào)；校正控制；EMI信號(hào)模擬輸出；EMI信號(hào)注入電源側(cè)。本發(fā)明用于LED開關(guān)電源的數(shù)字有源EMI濾波方法，可以大幅減小濾波器體積，且功率越大，減小體積比例越大；該方法同時(shí)具有濾波器的體積不隨功率而變化的特性。本方法有效利用開關(guān)電源的數(shù)字控制器，僅增加了一個(gè)RF電感及幾個(gè)高頻電阻、電容，卻省去了需要流經(jīng)功率電流的無(wú)源模擬EMI濾波器，功率轉(zhuǎn)換器效率可至少提高10%，總體上至少可節(jié)省成本15%。
【專利說(shuō)明】—種用于LED開關(guān)電源的數(shù)字有源EMI濾波方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于開關(guān)電源電磁兼容【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于LED開關(guān)電源的數(shù)字有源EMI濾波方法。
【背景技術(shù)】
[0002]開關(guān)電源以其低損耗、高效率、電路簡(jiǎn)潔等顯著優(yōu)點(diǎn)受到人們的青睞，近年來(lái)隨著LED技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，對(duì)LED驅(qū)動(dòng)器的需求與日俱增。開關(guān)電源式LED驅(qū)動(dòng)器現(xiàn)已成為具有發(fā)展前景和影響力的一項(xiàng)高新技術(shù)產(chǎn)品。開關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開關(guān)電源小型化、輕便化，但高頻化會(huì)產(chǎn)生電磁干擾，若干擾較大會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生EMI污染，使得與其相連的其他設(shè)備出現(xiàn)故障。一般國(guó)家對(duì)接入電網(wǎng)的LED電源設(shè)有EMC標(biāo)準(zhǔn)，涉及到EMI的限值，對(duì)于我國(guó)LED開關(guān)電源應(yīng)符合我國(guó)EMC標(biāo)準(zhǔn)GB17743-2007。
[0003]無(wú)源模擬EMI濾波器被廣泛應(yīng)用于功率轉(zhuǎn)換器中來(lái)減少電磁干擾，但是一方面由于無(wú)源模擬EMI濾波器體積較大，另一方面濾波器的成本和功耗隨LED開關(guān)電源額定功率變化，使無(wú)源模擬EMI濾波器的應(yīng)用受到限制；模擬有源EMI濾波器能夠準(zhǔn)確抑制電磁干擾，但抑制效果受制于放大器的高頻性能及高增益參數(shù)的實(shí)現(xiàn)；內(nèi)部EMI濾波抑制技術(shù)一般不具有普遍性和實(shí)用性。因此本發(fā)明針對(duì)以上問題，提出一種用于LED開關(guān)電源的數(shù)字有源EMI濾波方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種用于LED開關(guān)電源的數(shù)字有源EMI濾波方法，解決了傳統(tǒng)EMI濾波方法隨功率變大而體積、成本和功耗變大的問題。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種用于LED開關(guān)電源的數(shù)字有源EMI濾波方法，采用嵌入式數(shù)字有源EMI濾波器，其結(jié)構(gòu)為:包括依次連接的市網(wǎng)電源、數(shù)字有源EMI濾波輔助電路、AC/DC不控整流橋、高頻DC/DC變換器、輸出電壓和電流檢測(cè)電路和LED負(fù)載；數(shù)字有源EMI濾波輔助電路、高頻DC/DC變換器、輸出電壓和電流檢測(cè)電路還分別與控制器相連接；
[0006]具體按照以下步驟實(shí)施:
[0007]步驟1:從電網(wǎng)側(cè)提取EMI信號(hào)；
[0008]步驟2:控制器對(duì)EMI信號(hào)采集；
[0009]步驟3:基于維納濾波法精確重構(gòu)EMI信號(hào)；
[0010]步驟4:校正控制；
[0011]步驟5 =EMI信號(hào)模擬輸出；
[0012]步驟6 =EMI信號(hào)注入電源側(cè)。
[0013]本發(fā)明的有益效果是，和傳統(tǒng)的濾波方法相比，在EMI抑制和穩(wěn)定性方面可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)相同或更好的性能的條件下，由于嵌入式的數(shù)字有源濾波器省去了大體積的無(wú)源濾波元件，可以大幅減小濾波器體積，且功率越大，減小體積比例越大；該方法同時(shí)具有濾波器的體積不隨功率而變化的特性。本方法有效利用開關(guān)電源的數(shù)字控制器，僅增加了一個(gè)RF電感及幾個(gè)高頻電阻、電容，卻省去了需要流經(jīng)功率電流的無(wú)源模擬EMI濾波器，功率轉(zhuǎn)換器效率可至少提高10%，總體上至少可節(jié)省成本15%。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本發(fā)明方法采用的嵌入式數(shù)字有源EMI濾波器的原理框圖；
[0015]圖2是本發(fā)明方法的設(shè)計(jì)流程圖；
[0016]圖3是本發(fā)明方法實(shí)現(xiàn)的控制原理框圖。
[0017]圖中，1.控制器，2.市網(wǎng)電源，3.數(shù)字有源EMI濾波輔助電路，4.AC/DC不控整流橋，5.高頻DC/DC變換器，6.輸出電壓和電流檢測(cè)電路，7.LED負(fù)載，8.EMI提取電路傳遞函數(shù)，9.離散系統(tǒng)，10.EMI注入電路傳遞函數(shù)，11.解耦電路傳遞函數(shù)，12.離散化傳遞函數(shù)，13.維納濾波傳遞函數(shù)，14.有源EMI濾波器校正器傳遞函數(shù)。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0019]本發(fā)明用于LED開關(guān)電源的數(shù)字有源EMI濾波方法，采用了嵌入式數(shù)字有源EMI濾波器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括依次連接的市網(wǎng)電源2、數(shù)字有源EMI濾波輔助電路3、AC/DC不控整流橋4、高頻DC/DC變換器5、輸出電壓和電流檢測(cè)電路6和LED負(fù)載7。數(shù)字有源EMI濾波輔助電路3、高頻DC/DC變換器5、輸出電壓和電流檢測(cè)電路6還分別與控制器I相連接。
[0020]市網(wǎng)電源2為220V/50HZ的單相交流電源；數(shù)字有源EMI輔助電路3是由共模EMI信號(hào)提取電路、射頻電感Lkf和EMI信號(hào)注入電路三部分組成，EMI信號(hào)提取電路是由電阻Rs和電容Cs構(gòu)成的高通濾波器，接在LED電源線和地電位之間，電阻Rs對(duì)地兩端之間提取共模傳導(dǎo)EMI信號(hào)；EMI信號(hào)注入電路是由電阻Rinj和電容Cinj構(gòu)成的低通濾波器，把經(jīng)控制器處理的模擬輸出EMI信號(hào)注入到LED開關(guān)電源的輸入側(cè)；射頻電感Lkf接在提取點(diǎn)和注入點(diǎn)之間，來(lái)降低提取點(diǎn)和注入點(diǎn)的耦合性；AC/DC不控整流橋4是二極管整流電路；高頻DC/DC變換器5是由全橋高頻逆變電路、高頻變壓器和同步整流電路三小部分組成；AC/DC不控整流橋4和高頻DC/DC變換器5組成LED開關(guān)電源的主電路，采用PWM技術(shù)控制高頻DC/DC變換器傳輸電能，進(jìn)而控制LED開關(guān)電源的輸出電流使其為恒流輸出；輸出電壓電流檢測(cè)電路6，采用霍爾傳感器檢測(cè)輸出電流大小，采用串聯(lián)電阻分壓的方法檢測(cè)輸出電壓的大小，即Rl與R2串聯(lián)分壓；控制器I選取FPGA+DSP的數(shù)字信號(hào)處理器，利用FPGA的并行能力提高控制速度，包括LED開關(guān)電源控制器和EMI校正器，完成對(duì)輸出電壓和電流的調(diào)節(jié)、EMI信號(hào)的采集、維納濾波重構(gòu)和校正處理；LED負(fù)載7為常見的中大功率LED恒流負(fù)載。電感Lkf用于阻抗匹配，實(shí)現(xiàn)阻抗平衡，串聯(lián)在電路中起到RF濾波器的作用，衰減30MHz以上的頻率信號(hào)，而EMI涉及9kHz到30MHz的頻率信號(hào)則暢通無(wú)阻。
[0021]本發(fā)明一種用于LED開關(guān)電源的數(shù)字有源EMI濾波方法的設(shè)計(jì)流程如圖2所示，具體按照以下步驟實(shí)施:
[0022]步驟1:從電網(wǎng)側(cè)提取EMI信號(hào)。
[0023]由接在電網(wǎng)側(cè)的共模EMI提取電路提取功率轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的共模傳導(dǎo)電磁干擾信號(hào)。根據(jù)我國(guó)EMC國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB17743-2007中所要求共模傳導(dǎo)電磁干擾信號(hào)的下限頻率9kHz，并留有一定的裕量設(shè)定高通濾波器轉(zhuǎn)折頻率為f\=8.8kHz，提取出大于轉(zhuǎn)折頻率信號(hào)的電磁干擾信號(hào)。結(jié)合電阻電容關(guān)系式(I)和現(xiàn)有元件參數(shù)取值確定電容Cs和電阻Rs的值分別為:CS=0.15 μ F，Rs= 120 Ω。即:
[0024]
【權(quán)利要求】
1.一種用于LED開關(guān)電源的數(shù)字有源EMI濾波方法，其特征在于，采用嵌入式數(shù)字有源EMI濾波器，其結(jié)構(gòu)為:包括依次連接的市網(wǎng)電源(2)、數(shù)字有源EMI濾波輔助電路(3)、AC/DC不控整流橋(4)、高頻DC/DC變換器(5)、輸出電壓和電流檢測(cè)電路(6)和LED負(fù)載(7);所述的數(shù)字有源EMI濾波輔助電路(3)、高頻DC/DC變換器(5)、輸出電壓和電流檢測(cè)電路(6 )還分別與控制器(I)相連接； 具體按照以下步驟實(shí)施: 步驟1:從電網(wǎng)側(cè)提取EMI信號(hào)； 步驟2:控制器對(duì)EMI信號(hào)采集； 步驟3:基于維納濾波法精確重構(gòu)EMI信號(hào)； 步驟4:校正控制； 步驟5 =EMI信號(hào)模擬輸出； 步驟6 =EMI信號(hào)注入電源側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于LED開關(guān)電源的數(shù)字有源EMI濾波方法，其特征在于，所述的步驟I具體按照以下步驟實(shí)施: 由接在電網(wǎng)側(cè)的共模EMI提取電路提取功率轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的共模傳導(dǎo)電磁干擾信號(hào)，根據(jù)我國(guó)EMC國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB17743-2007中所要求共模傳導(dǎo)電磁干擾信號(hào)的下限頻率9kHz，并留有一定的裕量設(shè)定高通濾波器轉(zhuǎn)折頻率為f\=8.8kHz，提取出大于轉(zhuǎn)折頻率信號(hào)的電磁干擾信號(hào)，結(jié)合電阻電容關(guān)系式(I)和現(xiàn)有元件參數(shù)取值確定電容Cs和電阻Rs的值分別為:Cs=0.15 μ F，RS=120Q ,即:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于LED開關(guān)電源的數(shù)字有源EMI濾波方法，其特征在于，所述的步驟2具體按照以下步驟實(shí)施: 由高通濾波器提取的EMI干擾信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換進(jìn)行數(shù)字化處理，轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)以供控制器處理，為保證采樣信號(hào)的不失真，ADC的采樣頻率為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB17743-2007的上限頻率30MHz的10倍左右，取采樣率為300MSPS，選用14位的AD轉(zhuǎn)換器； 數(shù)字化處理對(duì)應(yīng)的傳遞函數(shù)為:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于LED開關(guān)電源的數(shù)字有源EMI濾波方法，其特征在于，所述的步驟3具體按照以下步驟實(shí)施: 假設(shè)維納濾波器輸入信號(hào)為V (s),輸出信號(hào)為Pv (s),輸入輸出關(guān)系表不為: Pv(s)=W(s)V(s) (4)估計(jì)誤差Er (s)被定義為實(shí)際EMI信號(hào)P Cs)和重構(gòu)EMI信號(hào)Pv Cs)的差值: Er (s) =P (s)-Pv (s) =P (s)-W (s)V (s) (5) 實(shí)際EMI騷擾與重構(gòu)EMI騷擾的均方根誤差在頻域范圍內(nèi)定義為: E[|Er (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，*表示復(fù)數(shù)共軛相乘； 根據(jù)復(fù)數(shù)導(dǎo)數(shù)規(guī)則給上式復(fù)二次型對(duì)H(j ω)求導(dǎo)數(shù)，使其導(dǎo)數(shù)為零，可得最優(yōu)值Wtl(S)；
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于LED開關(guān)電源的數(shù)字有源EMI濾波方法，其特征在于，所述的步驟4具體按照以下步驟實(shí)施: 經(jīng)維納濾波重構(gòu)的EMI信號(hào)，通過(guò)校正控制器處理得到與注入EMI模擬信號(hào)相對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，控制器采用DSP和FPGA，利用FPGA的并行能力提高共模傳導(dǎo)EMI數(shù)字信號(hào)的處理速度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于LED開關(guān)電源的數(shù)字有源EMI濾波方法，其特征在于，所述的步驟5具體按照以下步驟實(shí)施: 步驟4得到的共模傳導(dǎo)EMI數(shù)字信號(hào)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換得到與其相對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)，為保證輸出的EMI模擬信號(hào)精確度，選取14位的高速DA轉(zhuǎn)換器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于LED開關(guān)電源的數(shù)字有源EMI濾波方法，其特征在于，所述的步驟6具體按照以下步驟實(shí)施: EMI模擬輸出信號(hào)經(jīng)低通濾波器注入LED開關(guān)電源輸入側(cè),輸出的模擬信號(hào)與LED開關(guān)電源產(chǎn)生的共模傳導(dǎo)EMI信號(hào)相互抵消，有效抑制由LED開關(guān)電源流入電網(wǎng)的共模傳導(dǎo)EMI信號(hào)；EMI信號(hào)注入電路為一個(gè)RC的低通濾波器，主要用以濾除由控制器發(fā)出的EMI模擬輸出信號(hào)中30MHz以上的高頻噪聲，電容Cinj也可防止DAC模塊受功率轉(zhuǎn)換器主電路的影響；根據(jù)EMC標(biāo)準(zhǔn)GB17743-2007共模傳導(dǎo)EMI最大頻率30MHz，并留有一定裕量選取低通濾波器的轉(zhuǎn)折頻率為32MHz，然后結(jié)合電阻電容關(guān)系式(9)和現(xiàn)有元件參數(shù)取值確定電容Cinj和電阻 Rinj 的值為:Cinj=lnF，RinJ=5 Ω，即:
【文檔編號(hào)】H02M1/44GK103795238SQ201410036622
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年1月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月26日
【發(fā)明者】姬軍鵬, 胡雪利, 華志廣, 曾光, 張靜剛, 孫向東, 李金剛 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)