电源电磁兼容领域成果及无源EMI滤波器的进一步发展

研究背景

更小、更轻的电源产品一直都是电力电子工程师努力和追求的目标。近年来随着宽禁带半导体技术的日趋成熟，功率器件的开关频率节节攀升，电源模块也在不断刷新功率密度的记录。然而，其中的无源EMI滤波器体积和重量却始终未见明显减少。一方面，装置的主功率单元随着高频化技术在不断减小；另一方面，无源EMI滤波器在装置的占比越来越大，甚至占据三分之一的电源模块空间。同时，由于滤波电感、滤波电容元件数量众多，每个元件的外观尺寸及形状各异，导致装配和布局时，有限的设备空间难以充分利用。此外，在大电流工作场景下，滤波电感受绕组母排形状、电缆硬度的约束，匝数有限，导致滤波效果不佳。这些弊端都制约了无源EMI滤波器的进一步发展。

成果简介

创新型有源EMI滤波技术采用主动式补偿电路，实时检测目标产品的电磁干扰，通过准确的重构电磁干扰信号，并反向注入回干扰耦合回路，利用稳定的闭环控制，实现了电磁干扰的实时精准主动式抑制。该技术可适用于各种电力电子设备的AC侧或DC侧电磁干扰抑制，噪声补偿效果显著，电路工作稳定可靠。且有源EMI滤波器体积小、重量轻，集成度高，可大幅度减小无源EMI滤波电感的尺寸，或完全替代笨重的无源EMI滤波器，是高频、高密、高效电力电子设备必不可少的组成部分，具有广阔的发展前景。

亮点提炼

创新型有源EMI滤波器可以根据实际设备的工作场景，选用全集成-无感型结构或者半集成-有感型结构。

无感型结构的有源EMI滤波器采用阻容网络实现干扰信号的检测和注入，整个滤波器不再需要电感元件、高频变压器、电流互感器等。全集成-无感型有源EMI滤波器不仅体积更加紧凑，还可根据实际需要，灵活的设计主电路结构及控制环参数，实现共摸干扰和差模干扰的同时补偿与抑制。因此，全集成-无感型有源EMI滤波器更适用于对尺寸重量和空间要求极端严苛的场景。

半集成-有感型有源EMI滤波器通过改良设计小型化多功能电感，使其兼顾采样、滤波和阻抗匹配的功能，并与有源EMI滤波的功能融合为一体，实现电磁干扰的有效抑制。由于其本身自带小型磁芯，因此更适用于共摸干扰的抑制。同时，针对难以制作多匝绕组电感的大电流场景，半集成-有感型有源EMI滤波器恰好可利用自带小电感满足应用要求。

全集成-无感型有源EMI滤波器的补偿效果及其与无源EMI滤波器尺寸比较

半集成-有感型有源EMI滤波器的补偿效果及其与无源EMI滤波器尺寸比较

前景与应用

创新型有源EMI滤波器具有体积小、重量轻、滤波效果显著、工作稳定可靠等优点。且有源EMI滤波电路相对独立，与目标设备的主功率回路、控制策略及控制回路等不存在紧密的耦合关系，滤波器安装简便易行。缺点是成本略高于传统的无源EMI滤波器。因此，适用于对体积、重量、功率密度要求更严苛的各类高密度电力电子装置，如通信电源、机载航空电源、新能源汽车电驱系统及各种车载智能电动部件等，具有非常广阔的应用前景。

完成人与研究团队介绍

陈文洁

陈文洁，西安交通大学电气学院教授、博导。曾在美国田纳西大学电力电子研究中心做访问学者1年。长期从事的电力电子技术领域的电磁兼容性问题研究。研究内容包括宽禁带器件及电路的电磁兼容性问题，无线功率传输系统的电磁兼容性问题，光伏新能源发电系统的电磁兼容性问题，电磁干扰主动式抑制技术、磁性元件的优化设计等等。负责国家自然科学基金项目3项、陕西省自然科学基金项目1项，校企合作项目多项。第一及共同作者发表SCI收录高水平论文40余篇。获授权国家发明专利10余项。担任中国电源学会电磁兼容专委会副主任委员、磁技术专委会委员、女科学家工作者委员会常务委员等学术职务。

西安交通大学工业自动化教研室的电力电子与电力传动学科，主要研究方向为电能质量基础理论及电能质量控制技术；宽禁带功率半导体器件、封装集成及其应用技术；新型开关拓扑理论及高精度电源控制技术；微电网新能源并网接口技术及其系统稳定性分析；电力电子器件与装备可靠性分析及寿命评估；直流配电网装备及优质供电技术；无线电能传输技术等。现有教授11人，副教授14人，其中博导13人，助理教授5人，高级工程师1人，工程师3人。刘进军教授、杨旭教授、王来利教授入选国家级人才项目，还有一大批青年入选“新世纪人才”等项目。每年可招收电气工程方向博士研究生20~30名、电力电子与电力传动方向硕士研究生80余名、留学生10余名。

　　组织机构

　　中国电源学会电磁兼容专业委员会（Electromagnetic Compatibility Committee of China Power Supply Society，缩写为EMC Committee of CPSS），秘书处设在敏业信息科技（上海）有限公司和江西艾科控股有限公司。中国电源学会电磁兼容专业委员会具体工作范围如下： （1）开展国内外电源电磁兼容领域的学术交流；（2）依照有关规定，编辑出版电磁兼容领域的科技书刊、电子出版物；（3）举办电磁兼容领域的技术和产品展览会；（4）电磁兼容领域科普工作；（5）接受委托对本专业的发展政策和重大决策提出建议和科技咨询，经批准承担科技项目评估、科技成果鉴定、技术职务资格评审，承担科技文献和标准的编审、提供技术咨询和技术服务；（6）继续教育和培训工作；（7）人才培养和举荐；（8）反映行业的意见和要求、维护行业合法权益。

　　主任委员：李虹

　　名誉主任：张波

　　副主任委员：孟进、裴雪军、陈恒林、和军平、陈文洁、江彦伟

　　秘书长：黄敏超

　　副秘书长： 毛圣华、刘艺涛、 管乐诗、吴昕

　　编辑：黄飞