【精选】大功率交流滤波器设计方案.doc

170A 交流输入滤波器设计原则、网络结构、参数选择 和工艺特点 1 设计原则——满足最大阻抗失配因为滤波器设计的原则是最大程度地满足阻抗失配原则对于EMI 信号，电感是高阻的，电容是低阻的，所以，电源 EMI 滤波器与源或负载的端接应遵循下列原则： 如果源内阻或负载是阻性或感性的，与之端接的滤波器接口就应该是容性的 如果源内阻或负载是容性的，与之端接的滤波器接口就应该是感性的具体到我所电源的实际电路来说源内阻一般为交流电网，对于交流电网来说，火线与中线之间是低阻抗的所以与之端接的滤波器接口就应该是感性的而负载为高阻抗的所以与之端接的滤波器接口就应该是容性的我所自制的滤波器均是遵循这个原则设计的2 网络结构EMI 信号包括共模干扰信号 CM 和差模干扰信号 DM，CM 和DM 的频率分布大概以 1MHz 为分界线1MHz 以下的干扰频率以差模干扰为主，1MHz 以上的干扰频率以共模干扰为主以往我所电源的传导测试主要的超标点一个是 20KHz 附近（可控硅电路的干扰） ，另一个是 130KHz 附近（PFC 电路的开关频率） 主要是以差模干扰为主所以 3KW 模块化电源（战术互连网）控制箱 70A 市电输入滤波器的设计重点在滤除差模干扰。

网络结构采用 3 级滤波电路（两级差模带一级共模） ，这样可以减少源阻抗及负载阻抗对滤波电路的影响具体原理图如下：22mHL5-22mHL5-12.2nFC42.2nFC31uFC52M/0.5WR160uHL260uHL1入入 L入入 N入入 L入入 N入入入JY222M1uFC11uFC23300pFC73300pFC610uHL410uHL33电源EMI滤波器的参数确定1）Cx电容的取值 在允许的情况下，容量要求越大越好，其值很难确切地估算出来，但Cx电容太大将影响电源的效率所以一般情况下，要求取值在0.22－1uF之间（对每个电容）本滤波器的Cx电容采用3个AC275V的安规电容，容量为每个1uF2）Cy 电容的取值 在允许的情况下，容量要求越大越好，但是也不能太大，太大则漏电流较大，一般情况下，要求取值在 2200－4700 pF 之间（对每个电容）本滤波器的 Cy 电容采用 2 个 AC275V 的安规瓷片电容，容量为每个 2200 pF，和 2 个航天二院生产的交流馈通滤波器 JKLL04，容量为每个 3300 pF Cx 电容和 Cy 电容，一般都是通过较小的电容并联来满足容量的要求，这样滤波器的高频特性较好。

3) 电感的取值 3差模电感磁芯材料的选取原则——从以下几个方面考虑：第一，性价比高；第二，磁芯材料的频率范围要宽，要保证最高频率在1GHz，即在很宽的频率范围内有比较稳定的磁导率；第三，磁导率高，电感量大但是在实际使用中很难满足这些要求，因为磁导率越高磁芯材料越容易饱和即当滤波电感工作在大电流条件下时，由于直流磁化的影响，电感趋向于饱和，电感量会随着工作电流增加而迅速减小所以要求磁芯材料在工作电流变化时引起电感值的变化越小越好就是说要求磁芯的直流磁化影响较小，即具有某种恒磁导特性所以，磁导率往往是分段考虑的即在条件允许的情况下一个滤波器中既有磁导率高的磁芯材料又有磁导率低的磁芯材料磁导率高的磁芯材料满足电感值的要求，磁导率低的磁芯材料满足大电流工作的要求磁导率高的磁芯材料一般选用铁硅铝材料这是因为铁硅铝材料的磁导率在 10KHz-10MHz 的频率范围内能够保持恒定磁导率低的磁芯材料一般选用开气隙的铁基非晶材料这是由于开了气隙的磁芯材料不宜磁饱和电感量的估算——考虑阻抗和频率及经验共模电感一般取值 1.5－5 mH，差模电感一般取值为 50－100uH因本滤波器是市电输入滤波器，设计时主要考虑用它滤除可控硅电路产生的 20KHz 附近的干扰，所以共模电感取值 2mH。

差模电感取值为 70uH为保证滤波器能在满载工作情况下顺利通过传导测试，则差模电感在满载工作情况下应不小于 50uH，即要求恒磁导特性为475％综合以上考虑和性价比关系本滤波器的差模电感的材料选择为磁导率是 125 的铁硅铝粉心的 A125-467 磁环下表为磁导率 125 的铁粉心不同直流磁化力时的磁导率的百分数0 1 2 3 4 5 6 7 8 900 —— 100.0 99.9 99.4 98.8 98.2 97.5 96.7 95.7 94.710 93.7 92.6 91.4 90.3 89.1 87.9 86.6 85.4 84.1 82.820 81.6 80.3 79.0 77.8 76.6 75.4 74.2 73.0 71.8 70.730 69.6 68.5 67.4 66.4 65.4 64.4 63.4 62.4 61.5 60.640 59.7 58.8 58.0 57.2 56.4 55.6 54.8 54.1 53.3 52.650 52.0 51.3 50.6 50.0 49.4 48.8 48.2 47.6 47.0 46.5H％＊注：纵、横数字相加代表直流磁化力 H，其交点对应磁导率的百分数先查表：可知 75％μo 时，H 为 25Oe。

由磁芯的 Le（有效磁路长度）值，计算出安匝数 NI，即：根据环路定律：HLe=NI所选的 A125-467，该磁芯的 Le 值为 10.7NI=25×10.7=267.5,取 268再由安匝数，求匝数 N5N=NI/I=268/70×1.414=2.7,取 3计算电感量：该磁芯的 AL 值为 281nH/N2L=N2AL=32×281=2.5μH考虑到正常工作下的工作电流仅为设计电流的一半，所以匝数N 取值为 6，L=N 2AL=62×281=10μH为了既满足工作电流的要求又满足电磁兼容测试的要求，铁硅铝磁芯的差模电感设计为 4 组电感串联使用总感量为 60μH4）工艺特点由于滤波器的工作电流设计为 70A所以选用 3 根 Φ2 的漆包线并联绕制电感，3 根 Φ2 的漆包线有效载流面积为 9.42mm2，长期工作电流为 66A 左右由于受滤波器尺寸的限制，铁硅铝磁芯的差模电感设计为 2 个磁芯合并在一起（增加磁路面积，提高恒磁导特性）并绕后在串联 1 个单个磁芯，零火线交错码放的方法来解决滤波器的宽度不够和电路感量需均衡的问题2 个磁芯合并在一起并绕 6 匝的电感量为20μH，1 个磁芯绕 6 匝的电感量为 10μH，加在一起是 30μH，设计电感量是 60μH，所以需要 2 组。

共使用 12 个 A125-467 磁环再加上 4 个铁基非晶材料 FG50-4013 磁环组成的 10μH 差模电感和 1 个铁基超微晶材料的 WUL-3718 磁环组成的 2mH 共模电感及 2 个交流馈通6滤波器 JKLL04，滤波器的长度需 400mm 才能达到设计要求下图为滤波器内部结构图：. C8C9L9L11C3C5L1C4L1L2L3L4L10航插R1L5L6C1C6C7L7L8同理，50A 交流滤波器设计时主要考虑用它滤除 PFC 电路产生的130KHz 附近的干扰，由于 PFC 电路产生的干扰比较大（幅值在 120db以上），所以网络结构采用 3 级滤波电路（两级共模带一级差模） ，共模电感取值 3mH差模电感仍选用 A125-467，电流设计值为 50A，参数计算是取值为 30A，选用 2 根 Φ2 的漆包线并联绕制电感，2 根Φ2 的漆包线有效载流面积为 6.28mm2，长期工作电流为 44A 左右匝数采用 8 匝，感量为 18uH由于受滤波器尺寸的限制，铁硅铝磁芯的差模电感设计为 2 个磁芯串联使用1 个磁芯绕 8 匝的电感量为18μH，加在一起是 36μH。

共使用 4 个 A125-467 磁环再加上 2 个铁基超微晶材料的 WUL-3718 磁环组成的 3mH 共模电感，滤波器的长7度设计为 200mm下图为滤波器内部结构图：C33C4 4C42 4L5 L6航插C2 C6L1C5L1L2C1L3L4。