本技術(shù)涉及以共模噪聲為主的電力電子變換器的emi抑制，尤其涉及一種基于開關(guān)頻譜解析重構(gòu)電流型數(shù)字有源emi濾波方法及電路。

背景技術(shù)：

1、目前，電力電子技術(shù)高速發(fā)展，電力電子變換器在新能源、電動汽車、工業(yè)控制等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。隨著寬禁帶半導(dǎo)體器件（如sic、gan）的普及，推動變換器向高開關(guān)頻率、高功率密度的方向發(fā)展。然而，高開關(guān)頻率容易導(dǎo)致更高的電壓變化率（dv/dt）與電流變化率（di/dt），以及更強(qiáng)的元件間電磁耦合，進(jìn)一步加劇電力電子變換器的電磁干擾問題（emi）。

2、面對電力電子變換器的電磁干擾，通常采用emi濾波器來進(jìn)行抑制。傳統(tǒng)的emi濾波器分為無源和有源兩種，其中，無源emi濾波器是由電感、電容等無源器件組成，能夠?qū)﹄姶鸥蓴_進(jìn)行抑制，但其體積較大，難以適應(yīng)高功率密度的需求，而有源emi濾波器則是通過對電力電子變換器產(chǎn)生的電磁干擾電壓或電流進(jìn)行檢測，經(jīng)過運算放大器反相放大，再經(jīng)注入電路注入系統(tǒng)，從而有效減小體積，但對有源器件的帶寬要求較高，在成本較高的同時，還需要額外的隔離電源供電。

3、現(xiàn)有技術(shù)中，隨著數(shù)字控制技術(shù)的興起，通過將數(shù)字控制與有源emi濾波器相結(jié)合，得到了數(shù)字式有源emi濾波技術(shù)，如圖12所示，其核心原理與傳統(tǒng)有源emi濾波技術(shù)相同，只是將其中的有源器件以數(shù)字控制器進(jìn)行替代，在檢測回路中增加模數(shù)轉(zhuǎn)換器（adc），在注入回路中增加數(shù)模轉(zhuǎn)換器（dac），從而實現(xiàn)降低成本、減小體積。

4、但是，上述數(shù)字式有源emi濾波技術(shù)中，在檢測回路中的adc和注入回路中的dac依然需要較高的成本，并且，為了提高emi抑制效果需要在電路的檢測點和注入點之間加入解耦電感，從而進(jìn)一步增大體積，同時，現(xiàn)有數(shù)字式有源emi濾波技術(shù)通常針對正母線和負(fù)母線進(jìn)行干擾抑制，從而導(dǎo)致emi抑制能力無法完全運用，以及，共模干擾與差模干擾之間互相轉(zhuǎn)換。

5、需要說明的是，在上述背景技術(shù)部分公開的信息僅用于加強(qiáng)對本公開的背景的理解，因此可以包括不構(gòu)成對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述問題，本技術(shù)提供了一種基于開關(guān)頻譜解析重構(gòu)電流型數(shù)字有源emi濾波方法及電路，適合以共模噪聲為主的場景，能夠在減小體積的同時，實現(xiàn)共模和差模的復(fù)合式抑制并通過迭代更新不斷優(yōu)化emi抑制效果。

2、為實現(xiàn)本技術(shù)的目的，本技術(shù)提供如下的技術(shù)方案：

3、第一方面，本技術(shù)提供一種基于開關(guān)頻譜解析重構(gòu)電流型數(shù)字有源emi濾波方法，包括：

4、獲取被測降壓電路（buck電路）在開關(guān)頻點處的初始共模噪聲數(shù)據(jù)與初始差模噪聲數(shù)據(jù)；所述初始共模噪聲數(shù)據(jù)包括初始共模噪聲頻譜幅值數(shù)據(jù)與相位數(shù)據(jù)，所述初始差模噪聲數(shù)據(jù)包括初始差模噪聲頻譜幅值數(shù)據(jù)與相位數(shù)據(jù)；

5、構(gòu)建包含噪聲源、補(bǔ)償電壓源、補(bǔ)償電容、寄生電容與線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)（lisn）阻抗的共模等效電路與差模等效電路，根據(jù)所述初始共模噪聲數(shù)據(jù)與所述初始差模噪聲數(shù)據(jù)，計算每個頻點的初始補(bǔ)償電壓共模數(shù)據(jù)與初始補(bǔ)償電壓差模數(shù)據(jù)，得到初始補(bǔ)償電壓數(shù)據(jù)；所述初始補(bǔ)償電壓數(shù)據(jù)包括：所述初始補(bǔ)償電壓共模數(shù)據(jù)與所述初始補(bǔ)償電壓差模數(shù)據(jù)，所述初始補(bǔ)償電壓共模數(shù)據(jù)包括：初始補(bǔ)償電壓共模頻譜幅值數(shù)據(jù)與相位數(shù)據(jù)，所述初始補(bǔ)償電壓差模數(shù)據(jù)包括：初始補(bǔ)償電壓差模頻譜幅值數(shù)據(jù)與相位數(shù)據(jù)；

6、將所述初始補(bǔ)償電壓數(shù)據(jù)通過dac，與脈沖寬度調(diào)制（pwm）同步輸出，進(jìn)行初始噪聲補(bǔ)償；其中，所述初始補(bǔ)償電壓共模數(shù)據(jù)輸出至共模補(bǔ)償電容，生成初始共模補(bǔ)償電流輸入地線，補(bǔ)償共模噪聲，所述初始補(bǔ)償電壓差模數(shù)據(jù)輸出至差模補(bǔ)償電容，生成初始差模補(bǔ)償電流輸入正母線，補(bǔ)償差模噪聲；

7、所述初始噪聲補(bǔ)償結(jié)束后，測量lisn上的噪聲電壓，作為噪聲源電壓，計算得到二次補(bǔ)償電壓數(shù)據(jù)，并疊加在所述初始補(bǔ)償電壓數(shù)據(jù)上，對補(bǔ)償電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行迭代。

8、在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述獲取buck電路在開關(guān)頻點處的初始共模噪聲數(shù)據(jù)與初始差模噪聲數(shù)據(jù)的步驟，包括：

9、通過噪聲分離器與示波器測量lisn上的共模噪聲電壓時域波形數(shù)據(jù)與差模噪聲電壓時域波形數(shù)據(jù)；

10、根據(jù)所述共模噪聲電壓時域波形數(shù)據(jù)與所述差模噪聲電壓時域波形數(shù)據(jù)，通過快速傅里葉變換（fft）得到開關(guān)頻點處的所述初始共模噪聲數(shù)據(jù)與所述初始差模噪聲數(shù)據(jù)。

11、在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述通過噪聲分離器與示波器測量lisn上的共模噪聲電壓時域波形數(shù)據(jù)與差模噪聲電壓時域波形數(shù)據(jù)的步驟，包括：

12、通過噪聲分離器將lisn上的共模噪聲與差模噪聲分離；

13、根據(jù)分離后的所述共模噪聲與所述差模噪聲，通過示波器測量得到所述共模噪聲電壓時域波形數(shù)據(jù)與所述差模噪聲電壓時域波形數(shù)據(jù)。

14、在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述構(gòu)建包含噪聲源、補(bǔ)償電壓源、補(bǔ)償電容、寄生電容與lisn阻抗的共模等效電路與差模等效電路，根據(jù)所述初始共模噪聲數(shù)據(jù)與所述初始差模噪聲數(shù)據(jù)，計算每個頻點的初始補(bǔ)償電壓共模數(shù)據(jù)與初始補(bǔ)償電壓差模數(shù)據(jù)，得到初始補(bǔ)償電壓數(shù)據(jù)的步驟，包括：

15、構(gòu)建包含噪聲源、補(bǔ)償電壓源、補(bǔ)償電容、寄生電容與lisn阻抗的所述共模等效電路與所述差模等效電路；

16、忽略皮法數(shù)量級的寄生電容，根據(jù)疊加抵消原則得到等效模型補(bǔ)償電壓共模數(shù)據(jù)與等效模型噪聲源電壓共模數(shù)據(jù)的關(guān)系，構(gòu)建第一公式；

17、根據(jù)疊加抵消原則得到等效模型補(bǔ)償電壓差模數(shù)據(jù)與等效模型噪聲源電壓差模數(shù)據(jù)的關(guān)系，構(gòu)建第二公式；

18、根據(jù)所述第一公式計算各個開關(guān)頻點處所需的共模補(bǔ)償電壓幅值和相位，根據(jù)所述第二公式計算各個開關(guān)頻點處所需的差模補(bǔ)償電壓幅值和相位；

19、將各開關(guān)頻點的所述共模補(bǔ)償電壓幅值和相位正弦波疊加得到所述初始補(bǔ)償電壓共模數(shù)據(jù)，并將各開關(guān)頻點的所述差模補(bǔ)償電壓幅值和相位正弦波疊加得到所述初始補(bǔ)償電壓差模數(shù)據(jù)。

20、在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述第一公式為：

21、；

22、其中，為共模補(bǔ)償電壓幅值，為共模補(bǔ)償電壓相位，為lisn等效電阻，為lisn等效阻抗，為共模補(bǔ)償電容的阻抗，為共模噪聲源電壓幅值，為共模噪聲源電壓相位；

23、所述第二公式為：

24、；

25、其中，為差模補(bǔ)償電壓幅值，為差模補(bǔ)償電壓相位，為差模等效電路中輸入電容的阻抗，為共模補(bǔ)償電容的阻抗，為差模噪聲源電壓幅值，為差模噪聲源電壓相位。

26、在一種可能的實現(xiàn)方式中，各開關(guān)頻點的所述共模補(bǔ)償電壓幅值和相位通過第三公式進(jìn)行正弦波疊加，所述第三公式為：

27、；

28、其中，為初始補(bǔ)償電壓共模數(shù)據(jù)，為開關(guān)頻率，為時間；

29、各開關(guān)頻點的所述差模補(bǔ)償電壓幅值和相位通過第四公式進(jìn)行正弦波疊加，所述第四公式為：

30、；

31、其中，為初始補(bǔ)償電壓差模數(shù)據(jù)。

32、在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述將所述初始補(bǔ)償電壓數(shù)據(jù)通過dac，與pwm同步輸出，進(jìn)行初始噪聲補(bǔ)償?shù)牟襟E，包括：

33、通過共模等效電路與差模等效電路，將補(bǔ)償電壓參考點設(shè)為負(fù)母線；

34、將所述初始補(bǔ)償電壓共模數(shù)據(jù)輸出至共模補(bǔ)償電容，生成初始共模補(bǔ)償電流輸入地線，補(bǔ)償共模噪聲；

35、所述初始補(bǔ)償電壓差模數(shù)據(jù)輸出至差模補(bǔ)償電容，生成初始差模補(bǔ)償電流輸入正母線，補(bǔ)償差模噪聲。

36、在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述初始補(bǔ)償電壓共模數(shù)據(jù)輸出的起始時刻與所述初始共模噪聲數(shù)據(jù)的起始時刻對齊，所述初始補(bǔ)償電壓差模數(shù)據(jù)輸出的起始時刻與所述初始差模噪聲數(shù)據(jù)的起始時刻對齊，即測量的共模和差模噪聲數(shù)據(jù)起始點與pwm對應(yīng)的時刻即為補(bǔ)償電壓與pwm的同步輸出點。

37、在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述初始噪聲補(bǔ)償結(jié)束后，測量lisn上的噪聲電壓，作為噪聲源電壓，計算得到二次補(bǔ)償電壓數(shù)據(jù)，并疊加在所述初始補(bǔ)償電壓數(shù)據(jù)上，對補(bǔ)償電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行迭代的步驟，包括：

38、在所述初始噪聲補(bǔ)償結(jié)束后，測量lisn上的噪聲電壓，作為噪聲源電壓；

39、通過噪聲源電壓獲取二次共模噪聲數(shù)據(jù)與二次差模噪聲數(shù)據(jù)；

40、根據(jù)所述二次共模噪聲數(shù)據(jù)與所述二次差模噪聲數(shù)據(jù)，計算每個頻點的二次補(bǔ)償電壓共模數(shù)據(jù)與二次補(bǔ)償電壓差模數(shù)據(jù)，得到二次補(bǔ)償電壓數(shù)據(jù)；

41、將所述二次補(bǔ)償電壓數(shù)據(jù)與所述初始補(bǔ)償電壓數(shù)據(jù)疊加后，通過dac，與pwm同步輸出，進(jìn)行二次噪聲補(bǔ)償。

42、第二方面，本技術(shù)還提供一種基于開關(guān)頻譜解析重構(gòu)電流型數(shù)字有源emi濾波電路，用于執(zhí)行上述的基于開關(guān)頻譜解析重構(gòu)電流型數(shù)字有源emi濾波方法，所述電路包括注入電路與數(shù)字控制電路；

43、所述數(shù)字控制電路通過注入電路與被測設(shè)備（eut）連接，包括連接兩個dac的數(shù)字控制器；所述數(shù)字控制器，用于驅(qū)動開關(guān)管，以及，用于獲取被測降壓電路在開關(guān)頻點處的共模噪聲數(shù)據(jù)與差模噪聲數(shù)據(jù)，以及，用于根據(jù)所述共模噪聲數(shù)據(jù)與所述差模噪聲數(shù)據(jù)，計算每個頻點的補(bǔ)償電壓共模數(shù)據(jù)與補(bǔ)償電壓差模數(shù)據(jù)，得到補(bǔ)償電壓數(shù)據(jù)，以及，用于進(jìn)行補(bǔ)償電壓疊加，以及，用于控制pwm與所述dac輸出同步；所述dac，用于對所述補(bǔ)償電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬輸出；

44、所述注入電路，包括共模補(bǔ)償電容與差模補(bǔ)償電容，所述共模補(bǔ)償電容，用于通過所述補(bǔ)償電壓共模數(shù)據(jù)生成共模補(bǔ)償電流輸入地線，補(bǔ)償共模噪聲；所述差模補(bǔ)償電容，用于通過所述補(bǔ)償電壓差模數(shù)據(jù)生成差模補(bǔ)償電流輸入正母線，補(bǔ)償差模噪聲。

45、本技術(shù)提供的技術(shù)方案可以包括以下有益效果：

46、通過本技術(shù)提供的一種基于開關(guān)頻譜解析重構(gòu)電流型數(shù)字有源emi濾波方法及電路，適合以共模噪聲為主的場景，無需檢測電路，能夠在降低成本的同時減小體積；同時，完全運用emi的抑制能力，實現(xiàn)共模與差模干擾的復(fù)合式抑制，避免共模干擾與差模干擾之間的互相轉(zhuǎn)換，并通過不斷迭代優(yōu)化emi抑制效果。單次迭代后，共模噪聲中低頻段下降10-30db，差模噪聲下降10-40db，兩次迭代后實現(xiàn)共模噪聲頻譜中低頻段下降20-30db，差模噪聲頻譜下降20-40db。

47、應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本公開。