LC滤波电容选型计算方法(CAPHIT)

深圳市凯普希特电子有限公司 CAPHITElectronicsCo,.Ltd.TEL:[phone]FAX:[phone]‐1-【内部资料，未经允许，不得翻印，违者必究】LC滤波电容选型计算方法深圳市凯普希特电子有限公司深圳市凯普希特电子有限公司 CAPHITElectronicsCo,.Ltd.TEL:[phone]FAX:[phone]‐2-【内部资料，未经允许，不得翻印，违者必究】目录第一章、滤波器选择的部分指标 ....................................................................................................................... ‐ 3 ‐ 1.1、空载损耗 .............................................................................................................................................. ‐ 3 ‐ 1.2、非线性负载的适应性指标 .................................................................................................................. ‐ 3 ‐ 1.3、影响输出电压波形的谐波 .................................................................................................................. ‐ 4 ‐ 第二章、LC滤波器的计算 ................................................................................................................................. ‐ 4 ‐ 2.1、综述 ...................................................................................................................................................... ‐ 4 ‐ 2.2、LC滤波器参数设计方法 .................................................................................................................... ‐ 5 ‐ 第三章、设计实例 ............................................................................................................................................... ‐ 8 ‐ 3.1、设计要求 .............................................................................................................................................. ‐ 8 ‐ 3.2、设计过程 .............................................................................................................................................. ‐ 9 ‐ 第四章、输出滤波电容简单计算方法 ............................................................................................................. ‐ 10 ‐ 深圳市凯普希特电子有限公司 CAPHITElectronicsCo,.Ltd.TEL:[phone]FAX:[phone]‐3-【内部资料，未经允许，不得翻印，违者必究】第一章、滤波器选择的部分指标1.1、空载损耗逆变电源的空载损耗是逆变电源的重要指标之一。空载损耗与空载时滤波器的输入电流有关，电流越大，损耗越大，原因有以下两个方面：一方面，滤波器的输入电流越大，逆变开关器件上的电流越大，逆变器的损耗就越大；另一方面，空载时滤波器的输入电流也流过电抗器及电容器，电流增大也会使电抗器及电容器的损耗增大。所以从限制空载电流的角度来讲，空载时滤波器的输入电流不能太大。一般的，空载时滤波器的输入基波电流不能超过逆变电源的额定输出电流的30%。如图1所示，设inI表示空载时输入滤波器的输入基波电流的有效值，0U表示输出电压基波的有效值，0为基波角频率。LCZU0Uiniin图1LC滤波器则由图1可得：00inICU（1）由上式可知，空载时滤波器输入基波电流的大小与C成正比。所以从限制逆变电源空载损耗的角度来讲，LC滤波的电容值不能太大。1.2、非线性负载的适应性指标逆变电源对非线性负载的适应性是衡量逆变电源性能优劣的重要指标。非线性负载之所以会引起逆变电源输出电压波形的畸变，是因为非线性负载时一种谐波电流源，它产生的谐波电流在逆变电源输出阻抗上产生谐波压降，从而引起输出电压波形畸变。可见逆变电源的输出阻抗直接关系着逆变电源对非线性负载的适应性，输出阻抗越小，逆变电源的输出阻抗直接关系着逆变电源对非线性负载的适应性，输出阻抗越小，逆变电源对非线性负载适应性越好。开环时逆变电源的输出阻抗就是LC滤波器的输出阻抗，根据公式021LZLC（2）在L、C乘积恒定时，L越小，则输出阻抗值越小。深圳市凯普希特电子有限公司 CAPHITElectronicsCo,.Ltd.TEL:[phone]FAX:[phone]‐4-【内部资料，未经允许，不得翻印，违者必究】当逆变电源采用电容电流及电压瞬时值反馈控制方案时，可以得到和开环时相同的结论。综上说述可以得到以下两点结论：1）在L、C之积恒定时，L越小，逆变电源的输出阻抗越小，逆变电源对非线性负载的适应性越好；2）L越小，越不容易出现过调制，逆变电源对非线性负载的适应性越好。1.3、影响输出电压波形的谐波在采用同步调制控制方式的逆变电源中，频率为0(2)s的谐波是逆变器输出PWM波中幅值最高的谐波，它对输出电压的波形影响最大。输出电压中，只要频率为0(2)s的谐波符合要求，则其他高次谐波含量均能符合要求。所以在这种情况下设计LC滤波器时，只需考虑滤波器对0(2)s频率谐波的衰减。第二章、LC滤波器的计算2.1、综述一般说来，空载与负载相比，空载时电压中的频率0(2)s的谐波含量是最大的，根据公式：001222221(2)()(1)sHFJbNNQ(2)式中：//LQRLC；00(2)/sN；20LC；02/bUE；22/(1)bQ；1()J为1阶的Besset函数，计算比较繁琐。空载时，00(2)sHF可表示为：001221(2)()1sHFJbN(4)式中，00(2)/sN；20LC；02/bUE；1b对式（4）进行分析，可得空载时00(2)sHF的特性如下：深圳市凯普希特电子有限公司 CAPHITElectronicsCo,.Ltd.TEL:[phone]FAX:[phone]‐5-【内部资料，未经允许，不得翻印，违者必究】（a）当逆变电源输入电压增大时，输出电压中的频率为0(2)s的谐波的谐波含量将增大。（b）当在2(0,1/)N范围内取值时，00(2)sHF随的增加而增加，其中最小值是一个大于18%的数。（c）当在2(1/,1)N范围内取值时，随着的增大，00(2)sHF将减小，其最小值为0。综上所述，可以的出如下结论：（1）对于采用瞬时值反馈方式的逆变电源，在考察输出电压中歌词谐波的谐波含量大小时，只需考虑特定谐波（s或02s）的谐波含量即可。只要特定谐波的含量满足要求，则其他各次谐波的含量均能符合要求。（2）在输入电压最高并且空载的情况下，输出电压的谐波含量是最大的。（3）能够使输出的谐波含量满足要求的的取值范围为2(0,1/)N，在此范围内，谐波含量随的增加而减小。2.2、LC滤波器参数设计方法LC滤波器参数设计方法是建立在逆变电源的重要技术分析基础上的。设计之前需要知道的基本参数有：额定输出电压的有效值0U、输出频率0f、开关频率sf、最低感性功率因数cos、负载额定功率P、滤波器输入PWM波幅值的变化范围minmaxEE。确定L、C参数所依据的设计指标有四个：（1）输出电压谐波含量指标。由用户对输出电压的单词谐波含量要求来确定该指标，输出电压波形满足要求。（2）滤波器的基波电压增益指标。使逆变电压在输入电压最低、负载最重、感性负载、功率因数最低的情况下，输出电压仍能达到额定值，不发生过调制。（3）滤波器的空载输入基波电流指标，使空载损耗不致过大。（4）负载适应性指标。在满足前三个基本指标的前提下，使逆变电源对非线性负载的适应性最好。（1）由输出电压的谐波含量指标确定LC的取值范围为了使输出电压中歌词谐波的谐波含量满足要求，只要使空载输入电压最高的情况下特定谐波的含量满足要求即可，设0HF表示特定谐波的谐波含量上限，该值根据输出电压的单次谐波含量要求确定。令0010221(2)()1sHFJHFbN（5）式中00(2)/sNfff；20LC；0max2/bUE；1b深圳市凯普希特电子有限公司 CAPHITElectronicsCo,.Ltd.TEL:[phone]FAX:[phone]‐6-【内部资料，未经允许，不得翻印，违者必究】当在2(1/,1)N中取值时，可以满足式（5）的的范围为01，0是当式（5）中取“=”时的取值。由00LC所确定的曲线如图2所示，该曲线定义为临界谐波含量曲线。满足输出电压谐波含量指标的LC区域如图2中阴影所示。临界谐波含量曲线0LC图2满足谐波含量指标的LC区域（2）由滤波器的基波电压增益指标确定L、C的取值范围滤波器的基波电压增益g为：2001/(1)(/||)2*(1)sin/||gLZLZ（6）式中：0LC,0为基波角频率。为了使基波电压增益指标符合要求，应当使最大功率、最低感性功率因数负载条件下的基波电压增益不小于g，根据式（6）可得：2001/(1)(/||)2*(1)sin/||LZLZg（7）式中：0LC,0为基波角频率,||Z为负载功率最大时的负载的阻抗值，为最低感性负载功率因数时负载阻抗角。当为小于1的某一特定值时，可求得当式（7）取“=”时的L、C值为：022201||[()(1)cos(1)sin]CZg；000/LC（8）满足基波电压增益指标的L、C制的范围为：0CC,0