大功率交流濾波器設計方案

1、70A交流輸入濾波器設計原則、網絡結構、參數選擇 和工藝特點 1設計原則滿足最大阻抗失配因為濾波器設計的原則是最大程度地滿足阻抗失配原則。對于EMI信號，電感是高阻的，電容是低阻的，所以，電源EMI濾波器與源或負載的端接應遵循下列原則： 如果源內阻或負載是阻性或感性的，與之端接的濾波器接口就應該是容性的。 如果源內阻或負載是容性的，與之端接的濾波器接口就應該是感性的。具體到我所電源的實際電路來說源內阻一般為交流電網，對于交流電網來說，火線與中線之間是低阻抗的。所以與之端接的濾波器接口就應該是感性的。而負載為高阻抗的。所以與之端接的濾波器接口就應該是容性的。我所自制的濾波器均是遵循這個原則設計的

2、。2網絡結構 EMI信號包括共模干擾信號CM和差模干擾信號DM，CM和DM的頻率分布大概以1MHz為分界線。1MHz 以下的干擾頻率以差模干擾為主，1MHz 以上的干擾頻率以共模干擾為主。以往我所電源的傳導測試主要的超標點一個是20KHz附近（可控硅電路的干擾），另一個是130KHz附近（PFC電路的開關頻率）。主要是以差模干擾為主。所以3KW模塊化電源（戰(zhàn)術互連網）控制箱70A市電輸入濾波器的設計重點在濾除差模干擾。網絡結構采用3級濾波電路（兩級差模帶一級共模），這樣可以減少源阻抗及負載阻抗對濾波電路的影響。具體原理圖如下：3電源EMI濾波器的參數確定1）Cx電容的取值 在允許的情況下，容量

3、要求越大越好，其值很難確切地估算出來，但Cx電容太大將影響電源的效率。所以一般情況下，要求取值在0.221uF之間（對每個電容）。本濾波器的Cx電容采用3個AC275V的安規(guī)電容，容量為每個1uF。2）Cy電容的取值 在允許的情況下，容量要求越大越好，但是也不能太大，太大則漏電流較大，一般情況下，要求取值在22004700 pF之間（對每個電容）。本濾波器的Cy電容采用2個AC275V的安規(guī)瓷片電容，容量為每個2200 pF，和2個航天二院生產的交流饋通濾波器JKLL04，容量為每個3300 pF 。Cx電容和Cy電容，一般都是通過較小的電容并聯來滿足容量的要求，這樣濾波器的高頻特性較好。 3

4、) 電感的取值 差模電感磁芯材料的選取原則從以下幾個方面考慮：第一，性價比高；第二，磁芯材料的頻率范圍要寬，要保證最高頻率在1GHz，即在很寬的頻率范圍內有比較穩(wěn)定的磁導率；第三，磁導率高，電感量大。但是在實際使用中很難滿足這些要求，因為磁導率越高磁芯材料越容易飽和。即當濾波電感工作在大電流條件下時，由于直流磁化的影響，電感趨向于飽和，電感量會隨著工作電流增加而迅速減小。所以要求磁芯材料在工作電流變化時引起電感值的變化越小越好。就是說要求磁芯的直流磁化影響較小，即具有某種恒磁導特性。所以，磁導率往往是分段考慮的。即在條件允許的情況下一個濾波器中既有磁導率高的磁芯材料又有磁導率低的磁芯材料。磁導

5、率高的磁芯材料滿足電感值的要求，磁導率低的磁芯材料滿足大電流工作的要求。磁導率高的磁芯材料一般選用鐵硅鋁材料。這是因為鐵硅鋁材料的磁導率在10KHz-10MHz的頻率范圍內能夠保持恒定。磁導率低的磁芯材料一般選用開氣隙的鐵基非晶材料。這是由于開了氣隙的磁芯材料不宜磁飽和。電感量的估算考慮阻抗和頻率及經驗。共模電感一般取值 1.55 mH，差模電感一般取值為 50100uH。因本濾波器是市電輸入濾波器，設計時主要考慮用它濾除可控硅電路產生的20KHz附近的干擾，所以共模電感取值 2mH。差模電感取值為 70uH。為保證濾波器能在滿載工作情況下順利通過傳導測試，則差模電感在滿載工作情況下應不小于5

6、0uH，即要求恒磁導特性為75。綜合以上考慮和性價比關系本濾波器的差模電感的材料選擇為磁導率是125的鐵硅鋁粉心的A125-467磁環(huán)。下表為磁導率125的鐵粉心不同直流磁化力時的磁導率的百分數012345678900100.099.999.498.898.297.596.795.794.71093.792.691.490.389.187.986.685.484.182.82081.680.379.077.876.675.474.273.071.870.73069.668.567.466.465.464.463.462.461.560.64059.758.858.057.256.455.654

7、.854.153.352.65052.051.350.650.049.448.848.247.647.046.5H注：縱、橫數字相加代表直流磁化力H，其交點對應磁導率的百分數 先查表：可知75o時，H為25Oe。由磁芯的Le（有效磁路長度）值，計算出安匝數NI，即：根據環(huán)路定律：HLe=NI。所選的A125-467，該磁芯的Le值為10.7NI=2510.7=267.5,取268再由安匝數，求匝數NN=NI/I=268/701.414=2.7,取3計算電感量：該磁芯的AL值為281nH/N2L=N2AL=32281=2.5H考慮到正常工作下的工作電流僅為設計電流的一半，所以匝數N取值為6，L=

8、N2AL=62281=10H。為了既滿足工作電流的要求又滿足電磁兼容測試的要求，鐵硅鋁磁芯的差模電感設計為4組電感串聯使用。總感量為60H。4）工藝特點由于濾波器的工作電流設計為70A。所以選用3根2的漆包線并聯繞制電感，3根2的漆包線有效載流面積為9.42mm2，長期工作電流為66A左右。由于受濾波器尺寸的限制，鐵硅鋁磁芯的差模電感設計為2個磁芯合并在一起（增加磁路面積，提高恒磁導特性）并繞后在串聯1個單個磁芯，零火線交錯碼放的方法來解決濾波器的寬度不夠和電路感量需均衡的問題。2個磁芯合并在一起并繞6匝的電感量為20H，1個磁芯繞6匝的電感量為10H，加在一起是30H，設計電感量是60H，所

9、以需要2組。共使用12個A125-467磁環(huán)。再加上4個鐵基非晶材料FG50-4013磁環(huán)組成的10H差模電感和1個鐵基超微晶材料的WUL-3718磁環(huán)組成的2mH共模電感及2個交流饋通濾波器JKLL04，濾波器的長度需400mm才能達到設計要求。下圖為濾波器內部結構圖：. C8 C9L9L11C3C5 L1C4L1L2L3L4L10航插R1L5L6C1C6C7L7L8同理，50A交流濾波器設計時主要考慮用它濾除PFC電路產生的130KHz附近的干擾，由于PFC電路產生的干擾比較大（幅值在120db以上），所以網絡結構采用3級濾波電路（兩級共模帶一級差模），共模電感取值 3mH。差模電感仍選用A125-467，電流設計值為50A，參數計算是取值為30A，選用2根2的漆包線并聯繞制電感，2根2的漆包線有效載流面積為6.28mm2，長期工作電流為44A左右。匝數采用8匝，感量為 18uH。由于受濾波器尺寸的限制，鐵硅鋁磁芯的差模電感設計為2個磁芯串聯使用。1個磁芯繞8匝的電感量為