大功率交流濾波器設(shè)計(jì)方案

1、70A交流輸入濾波器設(shè)計(jì)原則、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、參數(shù)選擇 和工藝特點(diǎn) 1設(shè)計(jì)原則滿足最大阻抗失配因?yàn)闉V波器設(shè)計(jì)的原則是最大程度地滿足阻抗失配原則。對(duì)于EMI信號(hào)，電感是高阻的，電容是低阻的，所以，電源EMI濾波器與源或負(fù)載的端接應(yīng)遵循下列原則： 如果源內(nèi)阻或負(fù)載是阻性或感性的，與之端接的濾波器接口就應(yīng)該是容性的。 如果源內(nèi)阻或負(fù)載是容性的，與之端接的濾波器接口就應(yīng)該是感性的。具體到我所電源的實(shí)際電路來(lái)說(shuō)源內(nèi)阻一般為交流電網(wǎng)，對(duì)于交流電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，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(yīng)該是感性的。而負(fù)載為高阻抗的。所以與之端接的濾波器接口就應(yīng)該是容性的。我所自制的濾波器均是遵循這個(gè)原則設(shè)計(jì)的

2、。2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) EMI信號(hào)包括共模干擾信號(hào)CM和差模干擾信號(hào)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(dǎo)測(cè)試主要的超標(biāo)點(diǎn)一個(gè)是20KHz附近（可控硅電路的干擾），另一個(gè)是130KHz附近（PFC電路的開(kāi)關(guān)頻率）。主要是以差模干擾為主。所以3KW模塊化電源（戰(zhàn)術(shù)互連網(wǎng)）控制箱70A市電輸入濾波器的設(shè)計(jì)重點(diǎn)在濾除差模干擾。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用3級(jí)濾波電路（兩級(jí)差模帶一級(jí)共模），這樣可以減少源阻抗及負(fù)載阻抗對(duì)濾波電路的影響。具體原理圖如下：3電源EMI濾波器的參數(shù)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(lái)，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(duì)每個(gè)電容）。本濾波器的Cx電容采用3個(gè)AC275V的安規(guī)電容，容量為每個(gè)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(duì)每個(gè)電容）。本濾波器的Cy電容采用2個(gè)AC275V的安規(guī)瓷片電容，容量為每個(gè)2200 pF，和2個(gè)航天二院生產(chǎn)的交流饋通濾波器JKLL04，容量為每個(gè)3300 pF 。Cx電容和Cy電容，一般都是通過(guò)較小的電容并聯(lián)來(lái)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(gè)方面考慮：第一，性價(jià)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(nèi)有比較穩(wěn)定的磁導(dǎo)率；第三，磁導(dǎo)率高，電感量大。但是在實(shí)際使用中很難滿足這些要求，因?yàn)榇艑?dǎo)率越高磁芯材料越容易飽和。即當(dāng)濾波電感工作在大電流條件下時(shí)，由于直流磁化的影響，電感趨向于飽和，電感量會(huì)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(shí)引起電感值的變化越小越好。就是說(shuō)要求磁芯的直流磁化影響較小，即具有某種恒磁導(dǎo)特性。所以，磁導(dǎo)率往往是分段考慮的。即在條件允許的情況下一個(gè)濾波器中既有磁導(dǎo)率高的磁芯材料又有磁導(dǎo)率低的磁芯材料。磁導(dǎo)

5、率高的磁芯材料滿足電感值的要求，磁導(dǎo)率低的磁芯材料滿足大電流工作的要求。磁導(dǎo)率高的磁芯材料一般選用鐵硅鋁材料。這是因?yàn)殍F硅鋁材料的磁導(dǎo)率在10KHz-10MHz的頻率范圍內(nèi)能夠保持恒定。磁導(dǎo)率低的磁芯材料一般選用開(kāi)氣隙的鐵基非晶材料。這是由于開(kāi)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(jīng)驗(yàn)。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(shè)計(jì)時(shí)主要考慮用它濾除可控硅電路產(chǎn)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(guò)傳導(dǎo)測(cè)試，則差模電感在滿載工作情況下應(yīng)不小于5

6、0uH，即要求恒磁導(dǎo)特性為75。綜合以上考慮和性價(jià)比關(guān)系本濾波器的差模電感的材料選擇為磁導(dǎo)率是125的鐵硅鋁粉心的A125-467磁環(huán)。下表為磁導(dǎo)率125的鐵粉心不同直流磁化力時(shí)的磁導(dǎo)率的百分?jǐn)?shù)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(shù)字相加代表直流磁化力H，其交點(diǎn)對(duì)應(yīng)磁導(dǎo)率的百分?jǐn)?shù) 先查表：可知75o時(shí)，H為25Oe。由磁芯的Le（有效磁路長(zhǎng)度）值，計(jì)算出安匝數(shù)NI，即：根據(jù)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(shù)，求匝數(shù)NN=NI/I=268/701.414=2.7,取3計(jì)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(shè)計(jì)電流的一半，所以匝數(shù)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(cè)試的要求，鐵硅鋁磁芯的差模電感設(shè)計(jì)為4組電感串聯(lián)使用?？偢辛繛?0H。4）工藝特點(diǎn)由于濾波器的工作電流設(shè)計(jì)為70A。所以選用3根2的漆包線并聯(lián)繞制電感，3根2的漆包線有效載流面積為9.42mm2，長(zhǎng)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(shè)計(jì)為2個(gè)磁芯合并在一起（增加磁路面積，提高恒磁導(dǎo)特性）并繞后在串聯(lián)1個(gè)單個(gè)磁芯，零火線交錯(cuò)碼放的方法來(lái)解決濾波器的寬度不夠和電路感量需均衡的問(wèn)題。2個(gè)磁芯合并在一起并繞6匝的電感量為20H，1個(gè)磁芯繞6匝的電感量為10H，加在一起是30H，設(shè)計(jì)電感量是60H，所

9、以需要2組。共使用12個(gè)A125-467磁環(huán)。再加上4個(gè)鐵基非晶材料FG50-4013磁環(huán)組成的10H差模電感和1個(gè)鐵基超微晶材料的WUL-3718磁環(huán)組成的2mH共模電感及2個(gè)交流饋通濾波器JKLL04，濾波器的長(zhǎng)度需400mm才能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。下圖為濾波器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖：. C8 C9L9L11C3C5 L1C4L1L2L3L4L10航插R1L5L6C1C6C7L7L8同理，50A交流濾波器設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮用它濾除PFC電路產(chǎn)生的130KHz附近的干擾，由于PFC電路產(chǎn)生的干擾比較大（幅值在120db以上），所以網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用3級(jí)濾波電路（兩級(jí)共模帶一級(jí)差模），共模電感取值 3mH。差模電感仍選用A125-467，電流設(shè)計(jì)值為50A，參數(shù)計(jì)算是取值為30A，選用2根2的漆包線并聯(lián)繞制電感，2根2的漆包線有效載流面積為6.28mm2，長(zhǎng)期工作電流為44A左右。匝數(shù)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(shè)計(jì)為2個(gè)磁芯串聯(lián)使用。1個(gè)磁芯繞8匝的電感量為