批準號

50407011

項目名稱

電力電子開關變換器全數字化有源共模噪聲抑制技術

項目類別

青年科學基金項目

申請代碼

E0706

項目負責人

張凱

負責人職稱

教授

依托單位

華中科技大學

研究期限

2005-01-01 至 2007-12-31

支持經費

22(萬元)

電力電子開關變換器全數字化有源共模噪聲抑制技術造價信息

市場價 信息價 詢價
材料名稱 規(guī)格/型號 市場價
(除稅)
工程建議價
(除稅)
行情 品牌 單位 稅率 供應商 報價日期
直流變換器 XTL220S110(10A)規(guī)格:XTL220S110(10A); 查看價格 查看價格

華毅達

13% 內蒙古華毅達電力設備有限公司
直流變換器 XTL24S48(20A)規(guī)格:XTL24S48(20A); 查看價格 查看價格

華毅達

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直流變換器 XTL220S48(20A)規(guī)格:XTL220S48(20A); 查看價格 查看價格

華毅達

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直流變換器 XTL220S24(20A)規(guī)格:XTL220S24(20A); 查看價格 查看價格

華毅達

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直流變換器 XTL110S48(20A)規(guī)格:XTL110S48(20A); 查看價格 查看價格

華毅達

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直流變換器 XTL220S48(10A)規(guī)格:XTL220S48(10A); 查看價格 查看價格

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直流變換器 XTL220S24(40A)規(guī)格:XTL220S24(40A); 查看價格 查看價格

華毅達

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直流變換器(DC/DC) XTL24S48(10A)品種:變換器;規(guī)格:DC24V/DC48V/10A;說明:尺寸:寬19英寸,高2U;可并機使用; 查看價格 查看價格

鑫統(tǒng)領

13% 北京鑫統(tǒng)領科技有限公司
材料名稱 規(guī)格/型號 除稅
信息價
含稅
信息價
行情 品牌 單位 稅率 地區(qū)/時間
剩余電流傳感器 FS-72D 查看價格 查看價格

江門市2014年11月信息價
剩余電流傳感器 FS-50D 查看價格 查看價格

江門市2014年11月信息價
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江門市2014年10月信息價
剩余電流傳感器 FS-35D 查看價格 查看價格

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江門市2014年6月信息價
剩余電流傳感器 FS-100D 查看價格 查看價格

江門市2014年5月信息價
剩余電流傳感器 FS-50D 查看價格 查看價格

江門市2014年5月信息價
剩余電流傳感器 FS-35D 查看價格 查看價格

江門市2014年5月信息價
材料名稱 規(guī)格/需求量 報價數 最新報價
(元)
供應商 報價地區(qū) 最新報價時間
變換器 變換器 AC220/AC24V 50W|1個 3 查看價格 深圳市亮格科技有限公司 廣東  佛山市 2018-10-29
數字/模擬變換器 -|1個 3 查看價格 廣州龍洲電子科技有限公司 廣東   2020-04-28
模擬/數字變換器 -|1個 3 查看價格 廣州帝視尼電子有限公司 廣東   2020-04-28
變換器 千兆單模雙纖自適應光纖收發(fā)|1臺 3 查看價格 深圳市易興泰科技有限公司 全國   2018-05-15
變換器 千兆單模雙纖自適應光纖收發(fā)|1臺 3 查看價格 北京藍卡科技股份有限公司廣州辦事處 全國   2018-05-14
變換器 一路數字編碼輸入,一路音視頻輸入,以廠家提供的資料為準.|1臺 3 查看價格 深圳高創(chuàng)科技有限公司    2016-06-28
隔離變換器 3.0KVA|4套 1 查看價格 濟南能華機電設備有限公司 全國   2021-03-16
隔離變換器 2.0KVA|5套 1 查看價格 濟南能華機電設備有限公司 全國   2021-03-16

電磁干擾(EMI)問題是電力電子開關變換器的一個主要缺陷,而共模EMI是傳導與輻射EMI的主要成因。有源共模EMI抑制技術是解決這一問題的有效手段,已引起廣泛的研究興趣。開關變換器共模噪聲的特點要求補償系統(tǒng)具有盡量小的響應滯后,而現有抑制方案均屬模擬控制,控制滯后問題難獲根本解決。本項目擬將高速數字信號處理技術和先進數字控制技術與電力電子開關變換器的共模EMI治理相結合,構建一類全數字化有源共模EMI抑制方案。本項目將圍繞共模EMI檢測與快速評估、預測控制EMI補償算法、基于系統(tǒng)辨識的復雜共模電流形成等關鍵技術展開深入研究,并針對兩類主要應用場合給出該方案的嵌入式和自主式實現形式。本研究如獲重大進展,將有助于掃除限制電力電子開關變換器應用范圍和應用數量進一步擴大的一個主要障礙,從而有力地推動電力電子產業(yè)的進一步發(fā)展。

電力電子開關變換器全數字化有源共模噪聲抑制技術基本信息常見問題

  • 開關電源噪聲抑制有什么方法?

    解決辦法:在確定電路、元件已經完善的前提下,可適當加大輸出濾波電容,可在輸出濾波電解電容上并聯CBB高頻電容,也是有效的方法。另外,增加良好的電磁,是很好的解決方法之一。    &...

  • 電力電子技術在電力系統(tǒng)的應用

    1、電力系統(tǒng)自動化技術概述 電力系統(tǒng)由發(fā)電、輸電、變電、配電及用電等環(huán)節(jié)組成。通常將發(fā)電機、變壓器、開關、及輸電線路等設備稱作電力系統(tǒng)的一次設備,為了保證電力一次設備安全、穩(wěn)定、可靠運行和電力生產以比...

  • 模擬電子開關和繼電器

    模擬電子開關和繼電器各有所長。模擬電子開關也叫固態(tài)繼電器,沒有觸點、壽命長、不受使用環(huán)境限制。但控制電流不能太大。繼電器有觸點、壽命相對短一些、特殊環(huán)境需加防爆裝置。電流大。

電力電子開關變換器全數字化有源共模噪聲抑制技術基本信息文獻

電力電子開關抑制關節(jié)式電分相過電壓的研究 電力電子開關抑制關節(jié)式電分相過電壓的研究

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評分: 4.6

機車在通過關節(jié)式電分相時,往往會發(fā)生過電壓,導致牽引變電所跳閘,直接威脅到接觸網和牽引變電所的安全運行。本文分析了過電壓產生的機理,并對機車通過關節(jié)式電分相的過程進行了仿真分析,仿真與試驗結果基本吻合。并在此基礎上提出了一種過電壓的保護方案:用電子開關實現自動過分相,仿真結果表明采用電子開關可以有效抑制過電壓,證明理論分析可靠。

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電力電子電源技術及應用5.2開關變換器的控制 電力電子電源技術及應用5.2開關變換器的控制

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評分: 4.7

電力電子電源技術及應用5.2開關變換器的控制

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CAN (Controller Area Network,控制器局域網絡) 通訊協(xié)議可以使用平衡的差分信號以高達1Mbps數字傳輸。在理想情況下,使用差分信號可以防止任何噪聲耦合,每半個差分對 (稱為CANH和CANL)和它們各自的噪聲的對稱變化相互抵消。

但是,沒有CAN收發(fā)器是完美的,這是由于微小的非對稱CANH和CANL信號的存在可能導致差分信號的不完全平衡。發(fā)生這種情況時,共模 (CANH / CANL的平均值)的CAN信號將不再是恒定的直流值。相反,它的數值會與噪聲相關。

在CAN協(xié)議電路中為什么需要共模扼流圈 (Common Mode Choke)?最主要因素是收發(fā)器內CANH/CANL 兩者的“穩(wěn)定狀態(tài)共模電壓電平 (Steady-State Common-Mode Voltage Level)”及時間值的輸出差異。這是發(fā)射器內半導體級的問題,難以避免,在高頻環(huán)境下影響更明顯。為了減少輸出噪聲的后續(xù)影響,有必要考慮外部濾波器元件。

使用共模扼流圈的利與弊

共模扼流圈是CAN通訊協(xié)議中最常用的濾波器組件。

圖1,CAN收發(fā)器的CANH/ CANL與扼流圈連接圖

共模扼流圈簡單易用,能有效解決CAN收發(fā)器輸出噪聲問題。該元件由兩個線圈組成,兩個差分信號通過線圈產生磁通量(magnetic fluxes),使兩個差分信號相互抵消。因此不會有凈通量積累在核心,就好像在同步輸出之前短路CAN信號一樣。這方法也增加了共模抑制比(Common Mode Rejection Ratio,CMRR) 。

共模抑制比是模擬電路差分系統(tǒng)中,一個用于衡量其抑制兩端輸入信號共模部分的一個參數,以dB為單位數值。以方程表達:

CMRR =差分增益/共模增益

CMRR數值愈高,表示系統(tǒng)的信號放大率提高時共模的影響會愈趨減少。下圖是一典型量度差分放大系統(tǒng)的CMRR。當中就算電阻器對之間有0.1%的失配 (mismatch) ,將導致CMRR的dB會急遽下跌。由于扼流圈兩端阻抗等同,故系統(tǒng)中的CMRR相比較其他濾波方法還是具有優(yōu)勢。

圖2,典型共模抑制比(CMRR)測試電路

另外,扼流圈的電感效應與CAN收發(fā)器的輸出阻抗配合——當總線處于隱性狀態(tài)(recessive state) 時,為信號提供高阻抗;當總線處于主導狀態(tài)(dominant state) 時,為差分信號提供低阻抗優(yōu)化。

然而,增加一個共模扼流圈也有一些缺點。一般來說,共模扼流圈可能會產生信號完整性問題,例如信號損耗或串優(yōu) (crosstalk),及其中最嚴重的意外后果是因電感式反激產生極高的瞬態(tài)電壓,使CAN總線連接到直流電壓,導致高瞬態(tài)電壓(High Transient Voltage) 。不幸的是,其瞬態(tài)響應是受到終端、總線負載、直流短路、電壓電平、布線和其他影響,所以很難完全消除、防范或預測。

抑制瞬態(tài)高壓

由于瞬態(tài)電壓是產生于共模扼流圈和收發(fā)器之間,如圖3的線路中,在兩者之間加上TVS齊納二極管作為“瞬態(tài)保護器”。這樣,除了有效壓制收發(fā)器與扼流圈之間的高瞬變電壓,也能實現保護收發(fā)器免受高脈沖破壞。

圖3,CANH/CANL、扼流圈與瞬態(tài)保護器連接圖

使用此電路,瞬態(tài)電壓可以在控制下被充分壓制。在選擇正確的保護裝置時,請留意齊納二極管響應速度必須足夠快以鉗制瞬態(tài)電壓。此外,齊納二極管的電容值也必須考慮。如果電容值太高,瞬態(tài)電壓會與扼流圈的電感一起工作并在總線上產生振鈴信號(ringing signal)。雖然這種振鈴不會損壞CAN信號,但它好像電磁一樣,會形成更高的發(fā)射頻率。

新趨勢:無扼流的CAN設計

“分離終端(split termination)”是現在較普遍的解決方案,大多數生產商都能提供應用線路的方案。分離終端電路是由兩個相等值的分流電阻和一個旁路電容組成,電容連接在電阻和GND之間,形成兩個低通濾波器,將高頻嘈聲引向地面。請注意,兩個電阻必須接近相同的值。但由于缺少了改善共模抑制比及阻抗優(yōu)化,也沒有瞬態(tài)保護,所以仍有工程師會繼續(xù)使用扼流圈,并將兩者合并使用,以TI公司收發(fā)器為例,其建議的線路圖如下所示:

圖4,CANH/CANL、扼流圈、瞬態(tài)保護器與分離終端連接圖

2.也有芯片制造商希望從半導體設計和制造開始,嚴格控制芯片本身,以確保CAN總線波形的平衡。例如,TI的TCAN1042系列希望幫助工程師減少對扼流圈的依賴。

圖5,TI TCAN1042功能框圖

總結

使用共模扼流圈作為CAN系統(tǒng)收發(fā)器的濾波元件,可能在CANH/CANL差分信號造成高瞬態(tài)電壓,損壞系統(tǒng),這是由于受電感值、CAN系統(tǒng)架構、終端及元件位置等不同因素影響造成的,所以很難完全消除,防范或預測。以下建議有助避免共模扼流圈對系統(tǒng)產生不良影響:

盡量只使用“分離終端”作為濾波器;

如果必須使用共模扼流圈,建議在CANH/CANL引腳與共模扼流圈之間增加一個“瞬態(tài)保護器”以抑制瞬態(tài)電壓。

抑止共模噪聲是DS(差分信號)的共同特性,如RS485,RS422電平,采用差分平衡傳輸,由于其電平幅度大,更不容易受干擾,適合工業(yè)現場不太惡劣環(huán)境下通訊。

一個噪聲問題的產生必須具備三個要素:首先,必須要有噪聲源;其次,必須有對噪聲敏感的接受器;第三,必須有一個將噪聲從源頭傳送到接收器的藕合路徑。

通常,有三種方法可以切斷噪聲的禍合路徑:

1)在噪聲源頭對噪聲進行抑制;

2)降低敏感電路對噪聲的敏感程度;

3)減小通過禍合路徑傳輸的噪聲大小。

在某些情況下,噪聲抑制技術必須使用切斷噪聲路徑方法中的兩個或所有三個方面。

系統(tǒng)噪聲線纜噪聲抑制

采用屏蔽線能從噪聲禍合路徑有效抑制噪聲進入系統(tǒng)。而接口電路是解決線纜輻射問題的重要手段,減小線纜上共模高頻電流我們需要合理設計線纜端口處的接口電路,通過在線纜接口處使用低通濾波器或抑制電路,濾除線纜上的高頻共模電流。連接器的主要作用是給線纜和接口電路提供一個良好的互連,并保證良好的接地,連接器要考慮阻抗匹配、ESD等因素。

在低頻時,屏蔽線纜拾取噪聲電壓與裸線相同,當頻率大于屏蔽層截止頻率時,屏蔽線拾取電壓不再加。

為了保證低噪的系統(tǒng)輸入,我們使用板內低噪參考源ref ( RMS噪聲22微伏),使用50 Hz電扇模擬噪聲源,對比使用sff屏蔽線纜和裸線時系統(tǒng)的噪聲情況。

噪聲會通過線纜進入系統(tǒng),影響系統(tǒng)噪聲性能。屏蔽線從禍合路徑處抑制噪聲進入系統(tǒng),能很好起到降噪效果,在不加噪聲的情況下提高5 dB,在有噪聲的情況下提高45 dB 。

系統(tǒng)噪聲ADC噪聲抑制

如果放大器噪聲過大,ADC將會原封不動地將放大器電路的噪聲轉換為數字輸出。另一方面,ADC的噪聲很有可能比放大器電路的噪聲還要大。以下就從前級電路噪聲和ADC性能分析比,用信噪比(SNR)衡量前級電路噪聲與ADC是匹配。

采用14 bit ADC,前級電路噪聲和ADC本身對系統(tǒng)影響都比較大;采用16 bit和18 bit ADC前級電路噪聲對系統(tǒng)影響較大?,F代高性能ADC利用差分輸入來抑制共模噪聲及干擾,且將動態(tài)范圍提高1倍,并通過平衡信號提高總體性能。

基于以上分析,不考慮探測器噪聲情況下,前級電路噪聲越低越好。2100433B

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