大功率交流濾波器設(shè)計方案

1、70A交流輸入濾波器設(shè)計原則、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、參數(shù)選擇 和工藝特點 1設(shè)計原則滿足最大阻抗失配因為濾波器設(shè)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(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際電路來說源內(nèi)阻一般為交流電網(wǎng)，對于交流電網(wǎng)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(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原則設(shè)計的

2、。2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 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(dǎo)測試主要的超標(biāo)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(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)計重點在濾除差模干擾。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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(fù)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(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，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(chǎn)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(lián)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(nèi)有比較穩(wěn)定的磁導(dǎo)率；第三，磁導(dǎo)率高，電感量大。但是在實際使用中很難滿足這些要求，因為磁導(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，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(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。這是因為鐵硅鋁材料的磁導(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(jīng)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(shè)計時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傳導(dǎo)測試，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，其交點對應(yīng)磁導(dǎo)率的百分?jǐn)?shù) 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(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試的要求，鐵硅鋁磁芯的差模電感設(shè)計為4組電感串聯(lián)使用。總感量為60H。4）工藝特點由于濾波器的工作電流設(shè)計為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)計為2個磁芯合并在一起（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(shè)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(dá)到設(shè)計要求。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)計時主要考慮用它濾除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(shè)計值為50A，參數(shù)計算是取值為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)計為2個磁芯串聯(lián)使用。1個磁芯繞8匝的電感量為