传导电磁干扰噪声分离方法研究与新进展

    电力电子装置中,传导性电磁干扰共模噪声和差模噪声的分离对于噪声诊断及电磁干扰EMI滤波器设计具有重要的意义.EMI滤波器是抑制传导干扰最为有效的手段,已经在工业界广泛应用.而由于差模干扰和共模干扰产生的机理不同,EMI滤波器又分为CM滤波器和DM滤波器两个部分.因此,在噪声测量时能提供精确的分离的共模噪声和差模噪声,对于分别设计具有优良滤波性能的CM滤波器和DM滤波器会有事半功倍的作用.

    按国际标准进行的传导性电磁干扰测量系采用线阻抗稳定器LISN( line impedance stabilization ne-twork),其只能提供电力线上的同时包含共模和差模叠加的混合干扰信号,而由于不同模态信号确定不同滤波器性能、拓扑结构与参数选取,因此这种基于LISN的测量对实际干扰抑制及功率线滤波器(power-line filter)设计帮助不大.传导性电磁干扰共模噪声和差模噪声分离技术的目的是提供精确的噪声分离信号.

    本文首先介绍了当前噪声分离方法的研究进展,提出了基于硬件的噪声分离器的设计原则,对当前两种典型的噪声分离器的性能作了仿真和实验研究.

    1 噪声分离方法的进展综述

    独立分量噪声分离技术可分为基于硬件和基于软件两种类型.硬件类型一般以射频变压器(RF trans-former)[1-3]或功率分配器(power splitter) /功率合成器(power combiner)[4]以及基于自耦变压器和共模扼流圈的噪声分离器[5-6]为核心器件来实现分离功能,而软件类型则借助数值计算方法来提取独立分量[8].

    1. 1 硬件噪声分离器

    1.1. 1 基于射频变压器的噪声分离器

    美国Paul首先提出了一种噪声分离器,即采用一对简单的、带中心抽头且变比为1B1的射频变压器作为噪声分离器的核心(如图1所示),但该噪声分离器只能测量单模态信号如CM信号,然而其输出是2VCM或2VDM,而不是严格定义的VCM或VDM.Paul噪声分离器在输入端接了828的电阻,实现了508的输入阻抗,可以和LISN以及测量仪器满足阻抗匹配.但是Paul[1]噪声分离器因引入机械式开关来选择CM/DM的模态输出信号,从而带来噪声分离器的不平衡性并最终影响噪声分离器的高频CM/DM识别性能.

    此后新加坡的See[2]又设计出另一种噪声分离器,既可以同时提供具有CM/DM抑制能力的信号分离电路,同时在电路中也避免了采用机械开关所带来的不利影响. See分离器如图2所示,两个宽带射频变压器相连且副边线圈带中心抽头,两个输出端与EMI干扰接收机输入端相连,分别满足/相线0和/中线0上的混合模态信号的矢量/相加0、/相减0功能,于是共模和差模传导发射信号彼此分离并可以直接在EMI接收机上测量得到.