用于三相負(fù)載的電磁線路濾波器

Word用于三相負(fù)載的電磁線路濾波器符合法規(guī)要求的線路（濾波器）

電磁合規(guī)性（或（EMC））是指為確保（電子）設(shè)備不會(huì)相互產(chǎn)生不利影響而制定的規(guī)則和法規(guī)。這種相互作用可能是由于不必要的電磁波輻射或通過公共（電源）線上的噪聲。后者-稱為傳導(dǎo)發(fā)射-對(duì)于所有由交流電源供電的電器都起著重要作用。

為了確保交流供電的設(shè)備和平共處，EMC要求兩種噪聲不會(huì)反饋到電源線中：差分和共模。差分噪聲在電源相位本身之間表示，而共模噪聲在所有電源相位上相對(duì)于接地相同。每種類型的噪聲都可以通過特定的低通濾波器設(shè)計(jì)來抑制。通過正確設(shè)計(jì)這些濾波器并級(jí)聯(lián)它們，可以將傳導(dǎo)噪聲抑制到不會(huì)干擾任何上游設(shè)備的水平。

下圖顯示了單相EMC濾波器設(shè)計(jì)示例，其中左側(cè)LCx濾波器消除差分噪聲，右側(cè)LCy濾波器處理共模噪聲。

圖1-用于單相EMC的兩級(jí)線路濾波器

根據(jù)負(fù)載設(shè)備的特性（例如，帶有高速SiCFET的（開關(guān)電源）或簡單的交流（電機(jī)）），正確選擇濾波器組件對(duì)于滿足EMC要求至關(guān)重要。

三階段的挑戰(zhàn)

大功率（工業(yè)）設(shè)備通常需要比單相交流電源所能提供的更多的功率。因此，它通常由三相交流電源供電。示例包括大型（工業(yè)機(jī)器人）、（電機(jī)驅(qū)動(dòng)器）和大型醫(yī)療設(shè)備，如MRI掃描儀。就像他們的單相設(shè)備一樣，三相設(shè)備需要濾波以符合（電磁兼容）性，但需要應(yīng)對(duì)額外的通道。這種額外的通道以及與此類設(shè)備相關(guān)的更高（電流）負(fù)載使三相濾波器設(shè)計(jì)成倍復(fù)雜。下圖顯示了代表性的原理圖。

圖2-三相線路濾波器原理圖

共模噪聲仍使用Cy（電容）進(jìn)行濾波，而差分噪聲則由專用Cx電容和公共磁芯上的復(fù)數(shù)三繞組電感在每個(gè)相位組合上濾除。即使只有一個(gè)額外的相，元件數(shù)量也是單相解決方案的三倍。在優(yōu)化空間和成本的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量濾波是一項(xiàng)非常艱巨的挑戰(zhàn)。

線路濾波器要求

根據(jù)負(fù)載設(shè)備的（電氣）特性，必須根據(jù)某些性能規(guī)格指定線路濾波器才能正確實(shí)現(xiàn)EMC。輸入電壓和平均/峰值負(fù)載電流是開始定義濾波器結(jié)構(gòu)的兩個(gè)基本特性。次要要求通常包括峰值耐受電壓、絕緣電阻和漏電流。最后，必須考慮環(huán)境和物理約束，包括工作溫度范圍、物理形狀和重量。KEMET的線路濾波器規(guī)格示例GTX三相濾波器如下表所示。

表1-線路濾波器規(guī)格表

濾波器供應(yīng)商通常會(huì)提供將三個(gè)單獨(dú)的線路濾波器集成到單個(gè)外殼中的單元，作為三相濾波器，以提供節(jié)省空間的解決方案。這些設(shè)計(jì)可以完全定制，也可以是現(xiàn)成的配置。例如，許多供應(yīng)商為特定濾波器提供多種選擇，包括選擇單個(gè)（電容器）值。

空間優(yōu)化線路濾波器

物理尺寸是線路濾波器選擇的最重要考慮因素之一。它直接影響最終產(chǎn)品的外形尺寸，在某些應(yīng)用中，可能會(huì)對(duì)性能產(chǎn)生不利影響。決定濾波器尺寸的主要元件之一是共模和差分扼流圈的電感磁芯?？梢允褂枚喾N芯材，但（最新）的技術(shù)進(jìn)步利用了納米晶體非晶金屬。這些核心是通過快速冷卻熔融金屬，然后對(duì)其進(jìn)行熱處理以產(chǎn)生非常小的晶體顆粒而產(chǎn)生的。結(jié)果是磁芯具有更高的飽和磁通密度和磁導(dǎo)率以及出色的溫度特性。因此，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，內(nèi)核的尺寸和重量可以減小，以獲得相同的整體性能。下圖顯示了一個(gè)示例，其中顯示了納米晶體扼流圈與兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)扼流圈相比的頻率衰減。

圖3-標(biāo)準(zhǔn)（黑色）與納米晶體（綠色）共模扼流圈

納米晶（電感器）技術(shù)使KEMET能夠生產(chǎn)GTX三相系列24個(gè)現(xiàn)成的三相濾波器，為電源設(shè)計(jì)人員提供廣泛的節(jié)省空間選項(xiàng)。GTX三相系列提供額定電流或30、40、50和60A。每個(gè)額定電流進(jìn)一步分為6個(gè)Y電容器組合。與相同性能的傳統(tǒng)濾波器相比，GTX三相系列體積縮小68%，重量減輕28%。每種電容器選項(xiàng)的衰減特性如下圖所示。

圖4–6種不同電容器選項(xiàng)的GTX三相衰減特性

結(jié)論

交流線路濾波器是衰減共模和差模噪聲的要求。雖然原則上很簡單，但它們不容易設(shè)計(jì)，通常需要專家的投入。此外，在三相電源應(yīng)用中，設(shè)計(jì)復(fù)雜性急劇增加。通常，適當(dāng)?shù)倪^濾性能會(huì)導(dǎo)致較大的物理卷。

納米晶芯技術(shù)減輕扼流圈組件的尺寸限制KEMET的GTX三相系列結(jié)合了三相集成和納米晶