一种功率开关放大器共模噪声抑制方法与流程

本发明涉及一种功率开关放大器的控制方法，具体涉及一种功率开关放大器共模噪声抑制方法，用于抑制在脉宽调制策略中产生的共模噪声。

背景技术：

功率开关放大器通常由功率半导体器件，如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、MOSFET或其他类型的半导体器件。通常情况下，为了控制功率开关放大器的功率流动，采用脉宽调制(PWM)策略进行控制，而PWM策略将产生电压的快速变化进而引起差模(DM)噪声和共模(CM)噪声，而这些噪声的产生将对其他敏感性元件的正常工作造成干扰，甚至影响整个系统的正常使用。

因此，有必要通过调整一定的控制策略抑制共模噪声。

技术实现要素：

本发明的目的：设计一种用于抑制功率开关放大器的共模噪声的方法。

本发明的功率开关放大器共模噪声抑制方法，用于对多个功率开关放大器级联单元进行控制，每个功率开关放大器级联单元由两个全桥逆变器构成的四桥臂逆变器组成，其中四桥臂逆变器的输入正端和大地之间存在杂散电容C1u，输入负端与大地之间存在杂散电容C1n，其中一个全桥逆变器的输出端之间连接有平衡电抗器L1，另一个全桥逆变器的输出端之间连接有平衡电抗器L2；在相邻的全桥逆变器之间所述平衡电抗器L1和平衡电抗器L2连接，端部全桥逆变器的平衡电抗器L1和平衡电抗器L2分别通过滤波器(2)与负载线圈(3)连接；

该共模噪声抑制方法通过调整PWM控制策略的调制顺序实现功率开关放大器的软开关控制，其中在同一时刻对每一个功率开关放大器级联单元输入的开关管控制信号相同，并且每一个功率开关放大器级联单元中同时有两个上开关管接通，两个下开关管接通。

所述平衡电抗器L1采用电感。

有益效果：本发明通过功率开关放大器控制策略的改变抑制了共模噪声，无需增加额外的滤波器将减小系统的体积和重量，并减小甚至消除了共模噪声，使得系统的稳定性更高。

附图说明

图1是2个单元级联的功率开关放大器结构框图；

图2是n个单元级联的功率开关放大器结构框图；

图3是级联功率开关放大器的共模环路阻抗等效电路；

图4是开关序列1共模电压幅值；

图5是开关序列2共模电压幅值；

图6是开关序列3共模电压幅值；

图7是开关序列4共模电压幅值。

其中，1-功率开关放大器级联单元、2-滤波器、3-负载线圈、4-共模噪声等效电压源、5-滤波器等效阻抗、6-线缆等效阻抗、7-杂散电容等效阻抗

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本发明的共模噪声抑制策略可以在功率开关放大器级联结构中实现，每个级联单元由两个全桥逆变器构成的四桥臂逆变器组成。两个全桥逆变器通过两个平衡电抗器连接，平衡电抗器的中点用来连接不同级联单元和负载。选择特定的开关序列可以实现两个目的，首先选择的特定序列需要保证每个级联单元中全桥逆变器的两个桥臂之间的相移，能够产生足够的环流以保证零电压开关(ZVS)的实现；其次，选择的特定序列可以将功率开关放大器引起的共模电压幅值控制的最小。在某些情况下，特定的调制方式可以将引起共模电流的共模电压完全消除。

功率开关放大器级联结构的电路框图如图1所示，该拓扑结构包含2个级联单元1，每个单元均由独立电源供电。半导体器件和电源输入对地均存在杂散电容，两个级联单元通过线缆与负载线圈3相连。

正如前文提到，共模噪声对于系统中的敏感器件将产生严重的问题。负载线圈两端的等效平均电压定义为共模电压，共模电压充当噪声源，噪声源和等效环路阻抗产生的共模电流如图1中两个单元级联的功率开关放大器结构框图中用i_cm表示。为了减小共模噪声，在功率放大器的输出端通常需要滤波器。图3中共模电压的幅值可用式(1)表示：

$V_{cm}=\frac{1}{2}(V_A+V_B)---\left(1\right)$

由于两个四桥臂的全桥逆变器通过平衡电抗器连接，定义平衡点航企的中点为电位O，式(1)需要满足式(2)：

$\frac{1}{2}(V_{B1}+V_{B{1}^{\′}})=\frac{1}{2}(V_{A2}+V_{A{2}^{\′}})---\left(2\right)$

由于两个电源输入不共地，杂散电容上电压可以如下表示：

V_c1u＝V_c1n+V_dc (3)

V_c2u＝V_c2n+V_dc (4)

V_c1u+V_c1n+V_c2u+V_c2n＝cons tan t (5)

基于以上各式，两个四桥臂的全桥逆变器的杂散电容(C_1u,C_2u,C_1n,C_2n)的充电过程是一个瞬态平衡过程，即所有的电容电压在不同开关组合中和是一个常数。如果假设杂散电容C_1n和C_2n在开关矢量(0,0,0,0,0,0)作用时初始电压为V_o，C_1u和C_2u的初始电压为V_o+V_dc。那么，根据式(1)～(5)可以推导出不同状态下的共模电压。

下文给出不同开关序列作用下对于共模电压的影响的实施案例，采用开关序列1的脉宽调制策略，其中1表示单桥臂上管开通，下管关断，0表示单桥臂上管关断，下管开通。根据式(1)～(5)可以推导出不同状态下的共模电压，如图4所示，共模噪声的幅值为±0.5V_dc。

表1开关序列1

采用开关序列2的脉宽调制策略，根据式(1)～(5)可以推导出不同状态下的共模电压，如图5所示，共模噪声的幅值为±0.25V_dc，共模噪声幅值减小，得到一定抑制。

表2开关序列2

采用开关序列3的脉宽调制策略，根据式(1)～(5)可以推导出不同状态下的共模电压，如图6所示，共模噪声的幅值为±0.25V_dc，相比于开关序列1的控制方法，共模噪声幅值减小，得到一定抑制。

表3开关序列3

采用开关序列4的脉宽调制策略，根据式(1)～(5)可以推导出不同状态下的共模电压，如图7所示，可以看出，通过开关序列4的控制方法，可以使得共模噪声的幅值为0，将共模噪声完全抑制。

表4开关序列4