3 適合高功率電網(wǎng)應(yīng)用的被動 EMI 濾波器

遵守指在限制傳導(dǎo)放射等級的 EMC 法規(guī)，必須在切換穩(wěn)壓器和電源輸入來源之間插入低通 EMI 濾波器。圖 3-1 說明千瓦級電網(wǎng)連接應(yīng)用中的單相 (三線) 與三相 (四線) 系統(tǒng)的典型濾波器整備。L、N 和 PE 分別指帶電、中性和保護(hù)性接地端子。如圖所示，多階濾波器提供高滾降率，這在高功率 AC 線路應(yīng)用中很常見，而在這些應(yīng)用中，CM 雜訊通常比差模 (DM) 雜訊更難以緩解。雖然 圖 3-1 省略了突波脈衝防護(hù)和電阻放電的零組件，但該電路圖合併了一個(gè)與輸入電源串聯(lián)的線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)路 (LISN)，能夠測量總 EMI，包括 DM 和 CM 傳播零組件。

在較高層級，被動 EMI 濾波器代表一種直覺式、直接且傳統(tǒng)的方法，能減少電力電子電路的傳導(dǎo)放射，即使被動元件的尺寸、重量和成本在部分應(yīng)用中會造成明顯的約束。此類被動濾波器設(shè)計(jì)需插入高阻抗串列元件 (DM 電感器、CM 扼流器) 和低阻抗分流元件 (X 和 Y 電容器)，才能在 EMI 電流傳播路徑中造成阻抗不相符。低階切換諧波通常會根據(jù)所需的角頻率 (或多階設(shè)計(jì)中的多角頻率) 決定被動濾波器零組件的尺寸。

以 圖 3-1 中的單相電路圖為例，CM 扼流器 L_CM1 和 L_CM2 以及 Y 額定電容器 C_Y1 至 C_Y4 (連接 AC 電源線與接地) 可提供 CM 衰減。源自切換穩(wěn)壓器的 CM 電流，會先經(jīng)由穩(wěn)壓器端 Y 電容器傳回，接著再經(jīng)由位於 CM 扼流器之間的 Y 電容器傳回。任何剩餘 CM 電流的替代傳回路徑都是透過 LISN 設(shè)定的測量阻抗，其顯然有損 EMI 性能。

如簡介所述，安全規(guī)範(fàn)會將 Y 電容總值限制在相對低的值 (通常低於 10 nF)，而所需角頻率所需的扼流器 CM 電感則相對較高，範(fàn)圍為數(shù)毫享利，使得扼流器變得又大、又重、又貴。與 DM 衰減相比，X 電容器 C_X1 至 C_X3 的值可能較大 (通常爲(wèi) 2.2 μF)，進(jìn)而允許使用 CM 扼流器的洩漏電感來實(shí)現(xiàn)低值 DM 電感。

實(shí)際上，CM 扼流器操控 EMI 濾波器的大小，如 圖 3-2 中所示的 [3] 實(shí)際實(shí)作，並在 EMI 濾波器設(shè)計(jì)過程中帶來一些挑戰(zhàn)，包括體積龐大、熱管理問題、噪音、濾波器共振和零組件之間的電磁耦合。此外、濾波器零組件的寄生元件 (尤其是 CM 扼流器) 也會影響高頻率性能和可達(dá)成的衰減。濾波器中使用的離散元件採用不同製造商的不同外型規(guī)格，且未經(jīng)過最佳化以配合彼此，因此會影響濾波器實(shí)作的空間設(shè)計(jì)與組裝。