專利名稱：有源共模emi濾波器的制作方法
相關(guān)申請的交叉參考本申請基于2002年4月30日(IR-2166)提交的第60/376,643號美國臨時申請和2002年5月3日(IR-2222/2224)提交的第60/378,201號美國臨時申請并要求其優(yōu)先權(quán)，上述申請的全部內(nèi)容作為參考合并到本發(fā)明中。
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及將雙極型晶體管或金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)與共模電流感應(yīng)變流器(transformer)結(jié)合使用的有源共模EMI(電磁干擾)濾波器電路。
背景技術(shù)：
已經(jīng)公開了這樣類型的多種電路，其具有在前饋配置中的單位增益放大器，或者具有在反饋配置中的高增益放大器。
有源EMI濾波器在例如于2001年3月23日提交的題為“減小共模電流的有源濾波器(IR-1744)”的第09/816,590號和于2003年1月2日提交的題為“具有前饋消除的有源EMI濾波器(IR-2146)”的第10/336,157號共同未決申請中被公開和描述，上述申請的全部內(nèi)容作為參考合并入本文。
有源EMI濾波器電路可使用上述第09/816,590號申請中公開的前饋設(shè)計，參見圖1A和1B。圖1B所示的前饋設(shè)計從根本上具有比圖1A所示的傳統(tǒng)的反饋設(shè)計更優(yōu)良的性能特性。
圖1A示出了現(xiàn)有技術(shù)的反饋配置。在用于減小共模電流的有源EMI噪聲濾波器的前饋配置中，噪聲傳感器可包含例如具有兩個初級線圈(primaries)的變流器CT(current transformer)，各初級線圈連接到各直流總線的引腳，直流總線得到來自交流電源(main)、經(jīng)整流器電路R整流的直流電流。每一個初級線圈與各直流總線串聯(lián)。每個直流總線連接到被控制用于向負載(例如電機M)提供三相交流電的反用換流器(inverter)I。
變流器CT的次級線圈繞組(secondary winding)連接到放大器A。共模電流是共同以相同方向在兩個直流總線的引腳向反用換流器流動的噪聲電流，該噪聲電流由電機線圈和電機殼和/或反用換流器的散熱器之間的固有電抗部分(通常是電容性部分)產(chǎn)生。沒有經(jīng)過電容器CFILT的過濾，該共模電流將回到電源網(wǎng)絡(luò)地GND并在交流電源上表現(xiàn)為不期望的噪聲電流。有源EMI濾波器電路的目的是為共模電流提供一條經(jīng)由電容器CFILT通過有源開關(guān)電路返回直流總線的路徑，因此包含共模電流作為在直流總線、反用換流器和電機中的環(huán)流并防止其傳導(dǎo)回交流電網(wǎng)。返回至地GND的共模電流也因此被消除。
圖1A中的放大器A的輸出控制兩個互補晶體管Q1和Q2對來自于連接電機殼和地的地線L并通過電容器CFILT的共模電流進行分流。將被最小化的共模電流包含在每個直流總線的引腳中流動、通過反用換流器流向電機M的公共極化電流(commonly polarized current)，并且由于內(nèi)部固有的電容，該共模電流可歸因于在電機線圈和電機殼/反用換流器散熱器之間流動的電流。共模電流然后通過地線回流，并且通常會流向地。這會在交流線上造成不需要的噪聲電流和諧波。為了將這些電流最小化，過去使用無源濾波器來分流共模電流。圖1A表示的是現(xiàn)有技術(shù)的有源反饋濾波器結(jié)構(gòu)，其中共模電流被電容器CFILT分流通過晶體管Q1或Q2流回直流總線，從而消除流回地的共模電流，并從而將在交流線中出現(xiàn)的噪聲電流最小化，上述流經(jīng)Q1或Q2取決于哪個晶體管被導(dǎo)通(它取決于在特定時刻共模電流的流向)。但是，圖1A所示的系統(tǒng)需要放大器A和變流器以具有高增益，以便最小化回流入地的共模電流。理論上，系統(tǒng)的增益需要為無限大以使得回流入地的共模電流等于零，如圖1A所示的等式和圖1Aa所示的等效電路。這可能導(dǎo)致系統(tǒng)的振蕩，并進一步需要具有適度規(guī)模的變流器。此外，低的信號噪聲比與高增益放大器的要求是一致的。
相反，利用如圖1B所示的前饋結(jié)構(gòu)和圖1Bb所示的等效電路，如果系統(tǒng)增益等于1，則從線L回流入地GND的共模電流理論上為零，因此，容易得到放大器增益，使系統(tǒng)具有很好的穩(wěn)定性，并且由于高信號噪聲比而可以使用相對小的變流器。因此，如圖1B所示的前饋設(shè)計具有顯著的優(yōu)勢，因為變流器可以具有明顯較小的規(guī)模，放大器容易實施，系統(tǒng)具有好的穩(wěn)定性且不會振蕩。
圖2A所示的是另一個先前公開的電路的例子，其中使用兩個N溝道MOSFET和具有1匝初級線圈和次級線圈的電流感應(yīng)變流器。該電路比使用雙極型晶體管或P溝道MOSFET的電路具有更大的優(yōu)勢，因為N溝道MOSFET需要的額定電壓比雙極型晶體管或P溝道MOSFET的額定電壓高。MOSFET的較大耐久性(ruggedness)與雙極型晶體管相比也有優(yōu)勢。為了獲得更高的電壓，IGBT可能優(yōu)于MOSFET，因為它具有更高的跨導(dǎo)和峰值電流性能。
但是，MOSFET和IGBT的一個問題在于，為輸送所需輸出電流而需要的柵-源驅(qū)動電壓相對較高。例如，為了將200V IRFD210 HEXFET驅(qū)動至峰值為2.5A的輸出電流，需要約6.5V的峰值柵-源電壓。500V IRF820也需要相同的柵-源電壓以用于峰值為2.5A的輸出電流。
MOSFET的柵-源電壓被感應(yīng)通過電流感應(yīng)變流器的次級線圈S1(用于Q1)和S2(用于Q2)。對于單位電流增益前饋配置而言，其初級線圈與次級線圈的匝數(shù)比按照定義是1.0，因此感應(yīng)通過初級線圈的電壓與感應(yīng)通過次級線圈的電壓是相同的；在上面的例子中，該電壓值為6.5V。
不幸的是，通過初級線圈的電壓越高，初級電流的磁化組分就越多。因為在次級線圈中流動的電流等于總的初級電流減去磁化組分，所以通過初級線圈的電壓越大，次級電流(即有源濾波器的輸出電流)與初級電流之間的誤差就越大。有源濾波器的輸出電流和初級共模電流之間的誤差越大，有源濾波器的性能就越差。
圖2B表示的是iCOMDRIVE和有源濾波器的輸出電流iOUT的波形，這里的有源濾波器具有1匝初級線圈和1匝次級線圈，初級和次級線圈繞在磁性的ZW-42507環(huán)形鐵氧體心上。iOUT和iCOMDRIVE存在明顯的誤差。
如圖2C所示，使由于磁化電流而產(chǎn)生的誤差最小化的方法是在電流感應(yīng)變流器上增加匝數(shù)，保持初級匝數(shù)和次級匝數(shù)的比率為1∶1以保持單位電流增益。在本例中，每個線圈繞組有3匝。因為通過線圈繞組的電壓是由MOSFET的柵-源電壓設(shè)置的，因此不論匝數(shù)多少該電壓是固定的，電流的磁化組分與匝數(shù)的平方成反比地減小(因為磁化電感與匝數(shù)的平方成正比)。
圖2D示出了與3匝初級線圈和3匝次級線圈相對應(yīng)的波形。iOUT和iCOMDRIVE之間的誤差被充分減小。但是其缺點是現(xiàn)在需要多匝手繞的初級線圈。
但是理想的情況是使初級線圈的匝數(shù)最小化。最好的情況是僅需有單匝初級線圈導(dǎo)線穿過環(huán)面(toroid)的中心(即，單匝)。其原因在于，因為初級線圈導(dǎo)線必需額定用于承載全部的正常模式(normal-mode)電流，所以它必須具有相對大的直徑。由于大直徑導(dǎo)線的多匝初級線圈必須用手繞到環(huán)面上，所以這是很昂貴的。
圖3表示的是其中使用了雙極型晶體管的另一種有源共模濾波器的已知配置。與如圖2A和圖2C所示的電路類似，該電路是在iOUT和iCOMDRIVE之間具有單位增益的“前饋”電路。
使共模感應(yīng)變流器上的初級線圈繞組成為通過磁芯中心的單個導(dǎo)線是期望看到的。其原因在于，因為初級線圈繞組要承載用于驅(qū)動的全部的正常模式電流，所以它需要具有相對大的橫截面。CT的次級電流是正好代表共模電流的信號，其具有低的平均值。因此，次級線圈導(dǎo)線可以比初級線圈導(dǎo)向具有小得多的橫截面。
因為電流增益必須是單位增益，所以在電流感應(yīng)變流器上的單匝初級線圈要求次級線圈也剛好1“匝”。不幸的是，單匝電流感應(yīng)變流器需要具有很大橫截面的磁芯，其原因在于，通過次級線圈產(chǎn)生的電壓(因此還有初級線圈電壓)本質(zhì)上是晶體管Q1/Q2的基極-發(fā)射極電壓(因為匝數(shù)比為1.0)。該電壓通常為1V。通過1匝初級線圈產(chǎn)生的電壓生成磁化電流的主要組分，因為1匝的磁化電感相對較低，除非磁芯的橫截面很大。
在初級線圈中的共模電流的磁化組分不會傳送到次級線圈，因此它成為放大器輸出電流iOUT中的“誤差”，這降低了有源濾波器的性能。
為了使用更便宜的只有1匝初級線圈的小的共模電流感應(yīng)變流器，需要找到一種降低通過初級線圈產(chǎn)生的電壓進而降低磁化電流的方法。
一種方法是在晶體管的基極-發(fā)射極電路中產(chǎn)生偏置的偏壓(offsettingbias voltage)，它將消除基極-發(fā)射極門限電壓，正如下面結(jié)合圖4(a)進行描述的那樣。該方法在所需操作溫度范圍上使偏置電壓精確地與晶體管的基極-發(fā)射極電壓匹配。
另一種方法(圖中未示出)是在1匝初級線圈感應(yīng)變流器的次級線圈上使用多匝。反射回初級線圈繞組的電壓現(xiàn)在是Vb-e/N，這里N是次級線圈的匝數(shù)。相對于總共模初級線圈電流的而言，磁化電流的主要組分現(xiàn)在減少為1/N。次級線圈電流的誤差信號比也減少為1/N，盡管次級線圈電流的絕對幅度也減少為1/N，即，雖然被小型化，但次級線圈電流相對更精確地復(fù)制了初級線圈電流。
但是，由于從iCOMDRIVE到iOUT的綜合電流增益必須是單位增益，所以被設(shè)計成具有電流增益為N的某些形式的電流放大器(例如電流反射鏡電路)需要恢復(fù)iOUT和iCOMDRIVE之間的等同性。這類電流反射鏡電路的問題是因為阻抗和/或晶體管特性的匹配的容差而造成的其精度較低。

發(fā)明內(nèi)容
因此，依照本發(fā)明的第一方面，一種用于減小因有源共模濾波器中的晶體管門限電壓造成的誤差的裝置采用了具有單匝初級線圈的共模電流感應(yīng)變流器。更普遍地，該變流器的初級線圈和次級線圈的每一個都有相同的匝數(shù)，優(yōu)選地為1匝；并且設(shè)置有另一個次級線圈或“附加繞組”以升高加載于每個晶體管的控制電極的偏置電壓。在需要在高電壓、高電流系統(tǒng)(其不能使用適當標定的雙極型晶體管)中使用MOSFET或IGBT時，這種裝置特別有用。
依照本發(fā)明的第二方面，一種允許感應(yīng)變流器具有1匝初級線圈和多匝次級線圈的電路裝置包括處在次級線圈的第二電流放大器，該第二電流放大器的精確度不依賴于阻抗或晶體管特性的匹配。反之，足夠的精度是通過對第二變流器設(shè)置適當數(shù)目的匝數(shù)而獲得的。
本發(fā)明的第三方面涉及一種為圖1A和圖1B中描述的有源EMI濾波器電路生成偏壓電源的新方法。浮動電源可利用同一變流器而從有源EMI濾波器將要消除的共模噪聲中獲得。在一個實施方案中，不需要附加的繞組。因為偏壓浮動電源的動力源是共模噪聲，所以電源電壓近似地與噪聲幅度成正比。隨著噪聲的增加，偏壓電源電壓也增加，從而導(dǎo)致更有效的濾波操作。此舉可有效地減小共模噪聲，因此響應(yīng)對所需的低噪聲消除操作而減小偏壓電源電壓。因此整個電路提供了在消除噪聲和噪聲生成的電源之間的閉環(huán)操作。
本發(fā)明其它的特征和優(yōu)點通過下面參照附圖對本發(fā)明的實施方案的描述將更加清楚。


圖1A和圖1Aa分別示出了現(xiàn)有技術(shù)的反饋型有源共模EMI濾波器和其等效電路；圖1B和圖1Ba分別示出了現(xiàn)有技術(shù)的前饋型有源共模EMI濾波器和其等效電路；圖2A和圖2B分別示出了第三個現(xiàn)有技術(shù)的有源共模EMI濾波器和表示其操作的一系列曲線圖；圖2C和圖2D分別示出了第四個現(xiàn)有技術(shù)的有源共模EMI濾波器和表示其操作的一系列曲線圖；圖3示出了第五個現(xiàn)有技術(shù)的有源共模EMI濾波器；圖4(a)示出了依照本發(fā)明第一實施方案的有源共模EMI濾波器，圖4(b)是表示其操作的一系列曲線圖；圖5示出了依照本發(fā)明第二實施方案的有源共模EMI濾波器；圖6示出了依照本發(fā)明第三實施方案的前饋型有源共模EMI濾波器；圖7示出了依照本發(fā)明第三實施方案的反饋型有源共模EMI濾波器；圖8是圖6電路的變型；圖9和圖10分別示出了用于圖6到圖8所示電路的全波橋路和半波橋路整流器；圖11示出了共模噪聲電流的典型波形圖。
本發(fā)明具體實施方案的詳細描述第一實施方案圖4(a)表示的是允許單匝初級線圈的建議解決方案。初級線圈繞組P1和P2(具有“大”直徑的導(dǎo)線)和次級線圈繞組S1A和S2A(具有“小”直徑的導(dǎo)線)的每一個都有1匝，因此符合僅僅單匝初級線圈的需求。也具有“小”直徑的導(dǎo)線的“附加繞組”S1B和S2B被增加用來相對于初級線圈電壓而升高加載于MOSFET的柵極與源極之間的電壓。
因為對于給定的初級線圈電流而言所需的柵-源驅(qū)動電壓是被MOSFET的特性所固定的，所以通過每個初級線圈繞組的電壓現(xiàn)在被減少為 這里N是S1B和S2B上的“附加繞組”相對于初級線圈匝數(shù)的匝數(shù)。因此磁化電流誤差按照相同的比率減少。
圖4(b)是iCOMDRIVE和iOUT的波形圖，其中初級線圈為1匝而且N＝3。與圖1(b)中的波形圖相比，iOUT和iCOMDRIVE之間的誤差被明顯降低。
第二實施方案第二實施方案由圖5所示的例子示出。這里，在1匝初級線圈的感應(yīng)變流器(CT1)上具有10匝次級線圈。相應(yīng)的磁化電流誤差因此是在相同磁芯上只有單匝次級線圈的磁化電流誤差的1/10。因此，在第二個小的變流器CT2的次級線圈SA和100匝初級線圈繞組中流動的電流是初級線圈電流的相對精確的復(fù)制，但是其幅度只有初級線圈電流的十分之一。CT2僅僅攜帶“共?！彪娏?，因此具有小的初級線圈和次級線圈的導(dǎo)線尺寸。
CT2有10匝次級線圈，因此CT2的次級電流是初級電流的10倍，并且從iCOMDRIVE到iOUT的綜合電路的電流增益具有單位增益的期望值。
反射到CT2的初級線圈的電壓是Q1/Q2的基極-發(fā)射極電壓的10倍，也就是大約10V。假設(shè)CT2具有與CT1相同的橫截面(但不一定必需具有同樣大的磁芯直徑，因為CT2上的導(dǎo)線尺寸較小)，CT2的磁化電感將是CT1的10,000倍，這是因為磁化電感與匝數(shù)的平方成正比。因此，雖然CT2的初級電流為大約10V，但CT2的初級電流是iCOMDRIVE的約1/10，所以CT2引入的磁化電流誤差仍是圖3中電路的誤差的1/100。
注意，因為通過CT2的初級線圈的電壓大約為10V，Q3/Q4的總線電壓僅需要大約15V。被Q3/Q4處理的電壓和電流都比較小而且功耗非常小。
還應(yīng)注意，通過對CT2上的初級線圈的匝數(shù)進行小的調(diào)整，iOUT和iCOMDRIVE之間因為Q1至Q4的有限電流增益而出現(xiàn)的小的誤差可以至少粗略地得到補償。例如，如果因為晶體管增益而使iOUT和iCOMDRIVE之間的誤差為1％，則可以通過將CT2上的初級線圈的匝數(shù)從100增加到101而簡單地對該誤差進行補償。
第三實施方案圖6是由噪聲供能的噪聲消除有源EMI濾波器的基本線路圖。該有源濾波方法建立在圖1B所示的前饋噪聲消除方法的基礎(chǔ)上。圖7是基于圖1A所示的反饋噪聲消除方法的由噪聲供能的噪聲消除濾波器的基本線路圖。浮動偏壓電源為有源EMI濾波器整流器在反饋或前饋電路中提供偏置電壓。圖6和圖7所示的實施方案各包括一個具有用于噪聲感應(yīng)的繞組的CT，其與用于浮動電源的繞組是分離的。
在圖6和圖7中，由噪聲供能的有源EMI濾波器被應(yīng)用于交流電機反用換流器系統(tǒng)。在這兩種情況下，交流電線為具有接地端GND的三相輸入(L1，L2，L3)。它也可為單向交流電線。通常，由噪聲供能的有源EMI濾波器可被應(yīng)用于任何包括功率開關(guān)器件和/或形成有功率變換器(例如開關(guān)電源、不間斷電源(UPS)和焊接逆變器系統(tǒng)等等)的系統(tǒng)。因此，任何具有功率開關(guān)器件的電路可利用該由噪聲供能的有源EMI濾波器。
圖8示出了由噪聲供能的有源EMI濾波器的一個實施方案，它不需要專門用于偏壓電源的繞組，而是與噪聲感應(yīng)共用相同的線圈并供應(yīng)給放大器。
圖9和圖10示出了浮動偏壓電源電路的例子。圖9具有全橋整流器并設(shè)有雙極型電源，而圖10表示的則是半橋整流器并設(shè)有單端電源。這些是非限制性的例子。通過根據(jù)應(yīng)用需要而適當?shù)匕才胖T如整流二極管的組件，就可以構(gòu)造出任何其它形式的電源。
典型的共模噪聲電流的波形圖如圖11所示。例如，在2kW的交流電機反用換流器驅(qū)動中，其幅度可以在200納秒到1微秒的持續(xù)時間內(nèi)達到2-3A的峰值。噪聲電流在快速開關(guān)時發(fā)生，它的開關(guān)dv/dt連接寄生電容并接地。因此噪聲電流與電機相位電壓開關(guān)事件和出現(xiàn)在地端的正或負電流同步。
雖然對本發(fā)明的描述是參考其具體實施方案進行的，但對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，但是許多其它的變化和修改都是顯而易見的。本發(fā)明不應(yīng)該局限于本文的特定公開，而應(yīng)僅由所附權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)26.一種用于在電路中減小共模噪聲電流的有源EMI濾波器，所述電路包括連接到交流電網(wǎng)的整流器，所述整流器為直流總線供應(yīng)直流電，所述直流總線向反用換流器級饋電以為負載提供交流電，所述負載具有連接至交流電網(wǎng)的接地連接的地回路線，所述有源濾波器包括晶體管級，包括串聯(lián)的兩個晶體管；電流傳感器，用于感應(yīng)所述電路中的共模噪聲電流，所述電流傳感器包括具有連接到所述電路的分支的初級線圈的變流器，所述共模噪聲發(fā)生在所述電路中；所述電流傳感器具有連接到所述晶體管級的輸出，所述晶體管級響應(yīng)所述共模噪聲電流被所述電流傳感器驅(qū)動；連接所述晶體管級和所述地回路線的電容器；所述電容器從所述晶體管級向所述地回路線提供消除電流，以基本上消除所述地回路線中的共模噪聲電流；所述晶體管級的所述兩個晶體管中的一個按照如下方式連接，以使其一個相應(yīng)的主電極連接到其中出現(xiàn)共模噪聲的所述電路的一個相應(yīng)的引腳，所述晶體管的另一個相應(yīng)的主電極被所述變流器的一個相應(yīng)的次級線圈連接到公共節(jié)點，而所述晶體管的所述控制電極被所述變流器的另一個相應(yīng)的次級線圈連接到所述公共節(jié)點；以及所述兩個晶體管中的另一個按照如下方式連接，以使其一個相應(yīng)的主電極連接到所述公共節(jié)點，所述晶體管的另一個相應(yīng)的主電極被所述變流器的另一個相應(yīng)的次級線圈連接到其中出現(xiàn)共模噪聲的所述電路的另一個引腳，并且其控制電極被另一個相應(yīng)的次級線圈連接到所述電路的所述另一個引腳。
27.如權(quán)利要求26所述的有源濾波器，其特征在于，所述電流傳感器和所述晶體管級以前饋方式連接，其中所述晶體管級和所述電流傳感器具有近似單位增益的幅度增益。
28.如權(quán)利要求26所述的有源濾波器，其特征在于，所述兩個晶體管為MOSFET。
29.如權(quán)利要求28所述的有源濾波器，其特征在于，所述MOSFET為相同類型。
30.如權(quán)利要求26所述的有源濾波器，其特征在于，所述電容器連接所述地回路線到所述晶體管的公共節(jié)點。
31.如權(quán)利要求26所述的有源濾波器，其特征在于， 所述變流器的所述其它次級線圈提供偏壓電路，從而為所述兩個晶體管的控制電極分別提供偏置電壓。
32.如權(quán)利要求26所述的有源濾波器，其特征在于，所述變流器的所述初級線圈和所述次級線圈具有相同匝數(shù)。
33.如權(quán)利要求32所述的有源濾波器，其特征在于，所述變流器的所述初級線圈和所述次級線圈的每一個都是單匝。
34.如權(quán)利要求32所述的有源濾波器，其特征在于，所述其它次級線圈具有比所述初級線圈多的匝數(shù)。
35.一種用于在電路中減小共模噪聲電流的有源EMI濾波器，所述電路包括連接到交流電網(wǎng)的整流器，所述整流器為直流總線供應(yīng)直流電，所述直流總線向反用換流器級饋電以為負載提供交流電，所述負載具有連接至交流電網(wǎng)的接地連接的地回路線，所述有源濾波器包括晶體管級，包括串聯(lián)的兩個晶體管；電流傳感器，用于感應(yīng)在所述電路中流動的共模噪聲電流，所述電流傳感器具有連接到其中出現(xiàn)共模噪聲的所述電路的分支的輸入以及驅(qū)動所述晶體管級的輸出，所述晶體管級的所述兩個晶體管響應(yīng)所述共模噪聲電流被所述電流傳感器的所述輸出驅(qū)動；連接所述晶體管級和所述地回路線的電容器；
所述電容器從所述晶體管級向所述地回路線提供消除電流，以基本上消除所述地回路線中的共模電流；所述電流傳感器包括第一變流器和第二變流器，所述第一變流器具有連接到其中出現(xiàn)共模電流的所述電路的分支的初級線圈，所述第二變流器具有連接到所述第一變流器的次級線圈的初級線圈；所述晶體管級的所述兩個晶體管的每一個都具有兩個主電極和一個控制電極，各個所述晶體管的一個主電極被公共連接到所述第二變流器的次級線圈的一端，各個所述晶體管的控制電極被公共連接到所述第二變流器的所述次級線圈的另一端。
36.如權(quán)利要求35所述的有源濾波器，其特征在于，所述兩個晶體管為雙極型晶體管。
37.如權(quán)利要求36所述的有源濾波器，其特征在于，所述兩個晶體管的發(fā)射極被連接到一起。
38.如權(quán)利要求35所述的有源濾波器，其特征在于，所述兩個晶體管是互補的。
39.如權(quán)利要求38所述的有源濾波器，其特征在于，所述兩個晶體管的發(fā)射極被連接到一起。
40.如權(quán)利要求35所述的有源濾波器，其特征在于，所述電流傳感器和所述晶體管級以前饋方式連接，其中所述晶體管級和所述電流傳感器具有近似單位增益的幅度增益。
41.如權(quán)利要求35所述的有源濾波器，其特征在于，所述電容器將所述地回路線公共連接到所述兩個晶體管的所述控制電極。
42.如權(quán)利要求35所述的有源濾波器，進一步包括第三和第四晶體管，其每一個都具有兩個主電極和一個控制電極，每一個所述第三和第四晶體管的一個主電極被公共連接到所述第一變流器的所述次級線圈的一端，所述第三和第四晶體管的所述控制電極被公共連接到所述第一變流器的所述次級線圈的另一端。
43.如權(quán)利要求42所述的有源濾波器，其特征在于，所述第三和第四晶體管的其它主電極被跨接在直流供電電壓上。
44.如權(quán)利要求35所述的有源濾波器，其特征在于，所述第一變流器具有逐步增加的匝數(shù)比，所述第二變流器具有逐步減小的匝數(shù)比。
45.一種用于在電路中減小共模噪聲電流的有源EMI濾波器，所述電路包括連接到交流電網(wǎng)的整流器，所述整流器為直流總線供應(yīng)直流電，所述直流總線向反用換流器級饋電以為負載提供交流電，所述負載具有連接至交流電網(wǎng)的接地連接的地回路線，所述有源濾波器包括晶體管級，包括串聯(lián)的兩個晶體管；電流傳感器，用于感應(yīng)所述電路中的共模噪聲電流，所述電流傳感器包括變流器，所述變流器具有連接到其中出現(xiàn)共模噪聲的所述電路的分支的初級線圈；所述電流傳感器具有連接到放大器的輸出，所述晶體管級響應(yīng)所述共模噪聲電流被所述放大器驅(qū)動；連接所述晶體管級和所述地回路線的電容器；所述電容器從所述晶體管級向所述地回路線提供消除電流，以基本上消除所述地回路線中的共模噪聲電流；并且進一步包括連接到所述電流傳感器的浮動偏壓電路，用于接收表征所述共模噪聲電流的信號，對所述信號進行整流并向所述放大器提供直流偏置電壓。
46.如權(quán)利要求45所述的有源濾波器，其特征在于，所述電流傳感器和所述晶體管級以反饋方式連接，其中所述晶體管級、所述放大器和所述電流傳感器具有高幅度增益。
47.如權(quán)利要求45所述的有源濾波器，其特征在于，所述電流傳感器和所述晶體管級以前饋方式連接，其中所述晶體管級、所述放大器和所述電流傳感器具有近似單位增益的幅度增益。
48.如權(quán)利要求47所述的有源濾波器，其特征在于，所述浮動偏壓電路和所述放大器都被連接到所述變流器的次級線圈。
49.如權(quán)利要求45所述的有源濾波器，其特征在于，所述浮動偏壓電路和所述放大器都被連接到所述變流器的次級線圈。
50.如權(quán)利要求45所述的有源濾波器，其特征在于，所述浮動偏壓電路和所述放大器被分別連接到所述變流器的第一次級線圈和第二次級線圈。
權(quán)利要求
1.一種用于在電路中減小共模噪聲電流的有源EMI濾波器，所述電路包括連接到交流電網(wǎng)的整流器，所述整流器為直流總線供應(yīng)直流電，所述直流總線向反用換流器級饋電以為負載提供交流電，所述負載具有連接至交流電網(wǎng)的接地連接的地回路線，所述有源濾波器包括晶體管開關(guān)級，包括跨接在所述直流總線上的兩個晶體管；電流傳感器，其連接到所述直流總線，用于感應(yīng)在所述直流總線中流動的共模噪聲電流，所述電流傳感器包括變流器，其具有與所述直流總線的各個引腳串聯(lián)的初級線圈；所述電流傳感器具有連接到所述晶體管開關(guān)級的輸出，所述晶體管開關(guān)級由所述電流傳感器驅(qū)動，以便各個所述晶體管響應(yīng)所述直流總線中的共模電流的方向而導(dǎo)通和截止；連接所述晶體管開關(guān)級和所述地回路線的電容器；所述電容器從所述晶體管開關(guān)級為所述地回路線提供消除電流，以基本上消除所述地回路線中的所述共模電流；所述晶體管開關(guān)級的所述兩個晶體管按照如下方式連接，以使所述兩個晶體管各自的主電極連接到所述直流總線的各個引腳，而每個晶體管另一個對應(yīng)的主電極被所述變流器的相應(yīng)的次級線圈連接到公共節(jié)點，其中每個所述晶體管的控制電極被所述變流器的另一相應(yīng)的次級線圈連接到所述公共節(jié)點。
2.如權(quán)利要求1所述的濾波器，其特征在于，所述電流傳感器和所述開關(guān)級以前饋方式連接，由此所述開關(guān)級在所述整流器和所述電流傳感器之間跨接在所述直流總線上，所述晶體管開關(guān)級和所述電流傳感器具有近似單位增益的幅度增益。
3.如權(quán)利要求1所述的濾波器，其特征在于，所述兩個晶體管為MOSFET。
4.如權(quán)利要求3所述的有源濾波器，其特征在于，所述MOSFET為相同類型。
5.如權(quán)利要求1所述的有源濾波器，其特征在于，所述電容器連接所述地回路線到所述晶體管的公共節(jié)點。
6.如權(quán)利要求1所述的有源濾波器，其特征在于，所述變流器的所述其它次級線圈提供偏壓電路，從而為所述兩個晶體管的控制電極分別提供偏置電壓。
7.如權(quán)利要求1所述的有源濾波器，其特征在于，所述變流器的所述初級線圈和所述次級線圈具有相同的匝數(shù)。
8.如權(quán)利要求7所述的有源濾波器，其特征在于，所述變流器的所述初級線圈和所述次級線圈的每一個都是單匝。
9.如權(quán)利要求7所述的有源濾波器，其特征在于，所述其它次級線圈具有比所述初級線圈多的匝數(shù)。
10.一種用于在電路中減小共模噪聲電流的有源EMI濾波器，所述電路包括連接到交流電網(wǎng)的整流器，所述整流器為直流總線供應(yīng)直流電，所述直流總線向反用換流器級饋電以為負載提供交流電，所述負載具有連接至交流電網(wǎng)的接地連接的地回路線，所述有源濾波器包括晶體管開關(guān)級，包括跨接在所述直流總線上的兩個晶體管；電流傳感器，其連接到所述直流總線，用于感應(yīng)在所述直流總線中流動的共模噪聲電流；所述電流傳感器具有連接到所述直流總線的各引腳的輸入以及用于驅(qū)動所述晶體管開關(guān)級的輸出，所述晶體管開關(guān)級包括兩個被所述電流傳感器的所述輸出驅(qū)動的晶體管，以便所述晶體管響應(yīng)所述直流總線中的共模電流的方向而相應(yīng)地導(dǎo)通和截止；連接所述晶體管開關(guān)級和所述地回路線的電容器；所述電容器從所述晶體管開關(guān)級向所述地回路線提供消除電流，以基本上消除所述地回路線中的共模電流；所述電流傳感器包括第一變流器和第二變流器，所述第一變流器具有與所述直流總線的各引腳串聯(lián)的初級線圈，所述第二變流器具有與所述第一變流器的次級線圈連接的初級線圈；所述晶體管開關(guān)級的所述兩個晶體管的每一個都具有兩個主電極和一個控制電極，每個所述晶體管的一個主電極被公共連接到所述第二變流器的次級線圈的一端，每個所述晶體管的控制電極被公共連接到所述第二變流器的所述次級線圈的另一端。
11.如權(quán)利要求10所述的有源濾波器，其特征在于，所述兩個晶體管為雙極型晶體管。
12.如權(quán)利要求11所述的有源濾波器，其特征在于，所述兩個晶體管的發(fā)射極被連接到一起。
13.如權(quán)利要求10所述的有源濾波器，其特征在于，所述兩個晶體管是互補的。
14.如權(quán)利要求13所述的有源濾波器，其特征在于，所述兩個晶體管的發(fā)射極被連接到一起。
15.如權(quán)利要求10所述的有源濾波器，其特征在于，所述電流傳感器和所述開關(guān)級以前饋方式連接，由此所述開關(guān)級在所述整流器和所述電流傳感器之間跨接在所述直流總線上，所述晶體管開關(guān)級和所述電流傳感器具有近似單位增益的幅度增益。
16.如權(quán)利要求10所述的有源濾波器，其特征在于，所述電容器將所述地回路線公共連接到所述兩個晶體管的所述控制電極。
17.如權(quán)利要求10所述的有源濾波器，進一步包括第三和第四晶體管，其每一個都具有兩個主電極和一個控制電極，每一個所述第三和第四晶體管的一個主電極被公共連接到所述第一變流器的所述次級線圈的一端，所述控制電極被公共連接到所述第一變流器的所述次級線圈的另一端。
18.如權(quán)利要求17所述的有源濾波器，其特征在于，所述第三和第四晶體管的另一個主電極跨接在另一個直流供電電壓上，該直流供電電壓低于所述直流總線電壓。
19.如權(quán)利要求10所述的有源濾波器，其特征在于，所述第一變流器具有逐步增加的匝數(shù)比，所述第二變流器具有逐步減小的匝數(shù)比。
20.一種用于在電路中減小共模噪聲電流的有源EMI濾波器，所述電路包括連接到交流電網(wǎng)的整流器，所述整流器為直流總線供應(yīng)直流電，所述直流總線向反用換流器級饋電以為負載提供交流電，所述負載具有連接至交流電網(wǎng)的接地連接的地回路線，所述有源濾波器包括晶體管開關(guān)級，包括跨接在所述直流總線上的兩個晶體管；電流傳感器，其連接至所述直流總線，用于感應(yīng)所述直流總線中流動的共模噪聲電流，所述電流傳感器包括變流器，所述變流器具有與所述直流總線的各引腳串聯(lián)的初級線圈；所述電流傳感器具有連接到放大器的輸出，所述晶體管開關(guān)級被所述放大器驅(qū)動，以便所述晶體管響應(yīng)所述直流總線中的共模電流的方向而相應(yīng)地導(dǎo)通和截止；連接所述晶體管開關(guān)級和所述地回路線的電容器；所述電容器從所述晶體管開關(guān)級向所述地回路線提供消除電流，以基本上消除所述地回路線中的所述共模電流；并且進一步包括浮動偏壓電路，其連接到所述電流傳感器，用于接收表征所述共模噪聲電流的信號，對所述信號整流并向所述放大器提供直流偏置電壓。
21.如權(quán)利要求20所述的濾波器，其特征在于，所述電流傳感器和所述開關(guān)級以反饋方式連接，由此所述開關(guān)級在所述電流傳感器和所述反用換流器之間被跨接在所述直流總線上，所述晶體管開關(guān)級、所述放大器和所述電流傳感器具有高幅度增益。
22.如權(quán)利要求20所述的濾波器，其特征在于，所述電流傳感器和所述開關(guān)級以前饋方式連接，由此所述開關(guān)級在所述整流器和所述電流傳感器之間被跨接在所述直流總線上，所述晶體管開關(guān)級、所述放大器和所述電流傳感器具有近似單位增益的幅度增益。
23.如權(quán)利要求22所述的濾波器，其特征在于，所述浮動偏壓電路和所述放大器都被連接到所述電路變流器的次級線圈。
24.如權(quán)利要求20所述的濾波器，其特征在于，所述浮動偏壓電路和所述放大器都被連接到所述電路變流器的次級線圈。
25.如權(quán)利要求20所述的濾波器，其特征在于，所述浮動偏壓電路和所述放大器被分別連接到所述變流器的第一和第二次級線圈。
全文摘要
一種具有連接到交流電網(wǎng)的整流器的有源EMI濾波器，該整流器向直流總線提供直流電，而直流總線向反用換流器級饋電以為負載提供交流電。負載具有連接至交流電網(wǎng)的地連接的地回路線(GND)。該有源濾波器具有跨接在直流總線上的晶體管開關(guān)級(Q1，Q2)。電流傳感器(G1，G2)連接到直流總線以用于感應(yīng)在直流總線中流動的共模電流，并且電流傳感器(G1，G2)具有連接到直流總線的各引腳的輸入以及用于驅(qū)動晶體管開關(guān)級(Q1，Q2)的輸出。電容連接晶體管開關(guān)級(Q1，Q2)和地回路線(GND)。該電容從晶體管開關(guān)級(Q1，Q2)向地回路線(GND)提供消除電流，以基本上消除地回路線(GND)中的共模電流。
文檔編號H02M5/458GK1650503SQ03809841
公開日2005年8月3日 申請日期2003年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月30日
發(fā)明者高橋敏男, 布賴恩·佩利 申請人:國際整流器公司