低灵敏度的无源EMI滤波器的设计.pdf

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1、第11期宋智等.低灵敏度的无源EMI滤波器的设计低灵敏度的无源EMI滤波器的设计宋智k2张涛h3张华3朱义胜1(1.大连海事大学信息科学技术学院,辽宁大连116026;2.大连交通大学电气信息学院,辽宁大连116028;3.辽宁师范大学物理与电子技术学院,辽宁大连116029)摘要在深入分析无源EMI滤渡器工作原理的基础上,提出了一种低灵敏度的EMI滤波器的设计方法,通过控制网络输入端口反射系数的模值,采用遗传算法设计了一个五阶低通滤波器,并与Chebyshev原型滤波器进行比较。仿真实验表明所设计的滤波器具有随负载变化灵敏度小的优点,证明了该方法的有效性。关键词无源EMI

2、滤波器遗传算法匹配网络灵敏度中图分类号TPl83文献标识码A文章编号1000-3932(2011)ll·1317-03高频开关电源具有体积小、重量轻、功率密度大及效率高等优点,被广泛地应用于生产和生活的各个领域¨。1。但开关电源中功率开关的高速开关动作产生的dv/dt和di/dt,形成了严重的电磁干扰EMI(electromagneticinterference)oEMI不仅严重干扰其它临近电子设备的正常工作,而且还威胁着人类的健康与安全。因此,降低电子产品的电磁干扰,提高电子产品的电磁兼容性EMC(electromagneticcompatibility)已成为当今电子行

3、业所关注的问题。设计和选用EMI滤波器的一个主要阅题是选择合适的电路结构,使其在传导干扰频率范围0.15—30MHz(CISPRl7标准)p1内能提供较高的插入损耗,使EMI信号得到最大的衰减。文献[4~8]提出了用插入损耗和经验来设计、计算滤波器参数的方法。但是插入损耗是在噪声源阻抗和负载阻抗都为50,0的情况下定义的,实际应用中,负载阻抗的变化对插入损耗有很大影响。如果依靠经验,对初学者也比较难,而且得到的滤波器不是最优化的。笔者提出了一种新的设计EMI滤波器的方法,通过控制滤波器网络输入端口反射系数的模值,采用遗传算法对无源EMI滤波器进行了设计,优化得到一个低灵敏度

4、的滤波器。1低灵敏度的无源EMI滤波器原理为了使电源满足指标要求,抑制电磁噪声,在电源设备中插入EMI滤波器。从抗电磁干扰角度,开关电源EMI滤波器实际是一个只允许从零频(直流)至截止频率(工频)通过的低通滤波器,对电磁干扰的阻带,要求尽可能高的衰减。为了分析无源EMI滤波器参数与插入损耗的关系,将滤波器表示为二端口网络,如图1所示。U。和R。分别表示信号源电压和内阻,R。表示输出端口的负载阻抗p1。R+UE+无源EMII)滤波器图1接入滤波器后的电路输入端口反射系数为:S“加等糍㈩tt(s)2磊手赢‘1)式中zi。(s)——二端口网络的输入阻抗。在频段[0,力。]上,输入

5、端口反射系数的上确界为:¨slIII。=sup{lSIl(jte,RL)l:叫∈n,}≤矿p(2)在频段(D。,力。]上,输入端El反射系数的下确界为:IISllII一.=inflIsIl(jm,RL)l:甜∈1f2。}≥盯.(3)式中力。,n。——通带的截止频率和阻带的起始频率。由式(2)、(3)可知,S,,既是频率∞的函数,收稿日期:2011-09-28(修改稿)基金项目:国家自然科学基金资助项目(50877004)化工自动化及仪表第38卷同时也是负载尺。.的函数。设计低灵敏度的EMI滤波器就是同时实现最小化lI

6、s。,II。和最大化IIS。。Il一。,进而求出二端口网

7、络中的元件值。滤波器的插入损耗(InsertionLoss-IL)为:/L=lOlog(Pl/P2)(4)式中P,,P:——滤波器接入前、后从信号源传送到负载的功率。网络的传输方程表示:』u·2A—tU2一At。厶(5)【,l=A2IU2一A22LUl:U。一,lR。(6)U2=12RL(7)由式(4)~(7)可得:肚z‰gf缝生鲁≯堂I(8)2遗传算法遗传算法(GeneticAlgorithm,GA)是由Hol·land于1975年提出的,它是一种借鉴生物界自然选择和自然遗传机制的随机搜索算法¨引。遗传算法不依赖于梯度信息,而是通过模拟自然选择和遗传中发生的复制、交叉及变

8、异等现象,从任一初始种群出发,通过随机选择、交叉和变异操作,产生一群更适应环境的个体,使群体进化到搜索空间中越来越好的区域,这样一代代不断地繁衍进化,最后收敛到一群最适应环境的个体,求得问题的最优解。遗传算法的流程如图2所示。1种群初始化,设置进化代数MaxGen,Gen--l1个体适廊度的检测评估卜囱,<二∑N图2遗传算法流程3EMI滤波器设计实例假定滤波网络的信号源内阻R。=50Q,滤波器的截止频率为190MHz。设计过程中采用了多种网络结构进行优化比较,最终选取容易实现的、网络元件少的五阶LC低通网络形式,优

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