[发明专利]使用单连接点和负阻抗转换器降低电磁干扰的有源滤波器

说明书

有源滤波器可以减少流经电源线的电流产生的电磁干扰。有源滤波器通过一个连接电容器以单节点连接到电源线。当电源线电流发生变化时，感应电流流过连接电容器。该感应电流被施加到运算放大器的非反相输入，通过滤波电容器驱动功率放大器电路。功率放大器电路增加了运算放大器的电流驱动，为一个转移电容器充电，该转移电容器将功率放大器的输出电流转换为转移电压。转移电容器连接到连接电容器，从而转移电压作为注入电压通过连接电容器注入回电源线，以补偿感应电流。运算放大器增益可通过连接到运算放大器反相输入的可变电阻器来调节。

【技术领域】

本发明涉及有源滤波器电路，特别涉及用于减少电磁干扰(EMI)的单点感应和注入的有源滤波器。

【背景技术】

滤波器用于各种电路。例如，开关模式电源(SMPS)的功率晶体管可以迅速打开和关闭，例如以几百kHz的速度打开和关闭。这些SMPS可以为家用电器、计算机、医疗设备、电信系统、汽车系统和许多其他应用提供能量。

然而，SMPS的晶体管的快速开关会在其他设备中产生电磁干扰(EMI)。已经制定了一些标准来限制这种EMI，例如许多SMPS必须通过的EN55022标准。

传统上，将无源EMI滤波器加到电源和其他产生EMI的设备上。由于这些无源EMI滤波器依赖电感和电容，因此往往又大又笨重。尽管无源EMI滤波器在减少电磁干扰方面既简单又有效，但它们可能体积庞大、笨重，而且有功率损耗。

有源EMI滤波器可以使用一个具有较复杂电路的运算放大器来减小EMI滤波器的尺寸和体积。图1显示了现有技术的一个有源EMI滤波器，它有独立的感应和注入点。正输入POS_IN经过滤波后产生具有降低EMI的正输出POS_OUT。当负载电流发生变化时，位于POS_OUT和地GND_OUT之间的电容器108有助于保持POS_OUT上的电源电压恒定。

来自POS_IN的功率电流由感应电感器102感应。电流变化，如流经感测电感器102初级绕组的功率电流的增加，会在感应电感器102的次级绕组中引起相同方向的电流。感应电感器102使运算放大器110的反相输入端的电压增加，从而在电容器104的底部端子处产生相反的电压。电容器104上的电荷使电容器104的顶部端子处产生正电压。由于电流通过电容器104灌入到(sink into)运算放大器的输出，所以注入电感器106上的电压将通过注入电感器106的次级绕组注入补偿电压，从而消除了主电路中的噪声电压。因此，噪声电压被有源滤波器降低了。

有源滤波器有独立的感应点和注入点。感应电感器102感应电源中的电流变化，而注入电感器106向电源线注入反向电流，以补偿感应到的电压。虽然有源滤波器比无源滤波器小，但具有独立的感应点和注入点仍需要两个笨重的电感器。一些有源滤波器用一个电容器代替感应电感器102、注入电感器106中的一个，但是剩下的电感器仍然体积庞大，因此不可取。庞大的电感器不仅占用大量空间、重量大，而且由于电感器的寄生、非理想耦合和自谐振等原因，也有带宽限制。

期望有一种没有电感器的有源EMI滤波器。期望有一种与电源线有单点连接的有源EMI滤波器。期望有一种有源EMI滤波器，其有一个通过电容器的单点连接。希望该单点连接电容器既能感应电流变化，又能将补偿注入电源线。希望有一个使用负电容概念的有源滤波器能感应和驱动反馈单点电容器。还希望具有可变元件的有源滤波器，对温度和频带进行增益补偿。

【附图说明】

图1显示一种现有技术的有源EMI滤波器，其有分离的传感器和注入点。

图2突出显示一种单连接点的有源滤波器。

图3显示有源滤波器的高级框图。

图4是具有负电容的单点有源滤波器的示意图。

图5A-5B是有源滤波器的运行曲线图。

图6显示使用有源滤波器减小插入损耗的曲线图。