[发明专利]面向交流驱动系统的混合EMI滤波器设计方法

说明书

本发明公开了一种面向交流驱动系统的混合EMI滤波器设计方法，该方法通过有源EMI滤波器和无源电感的配合来实现，首先通过采样电容将三相输出的共模噪声进行采集，通过运算放大环节对采样得到的共模噪声进行方向方法，最后通过补偿电容补偿交流驱动系统中的共模噪声。本发明根据等效电容思路采用反馈型电压采样电流补偿方式设计了一种有源EMI滤波器，给出了滤波器拓扑并提供了完整的参数选取方案，大大降低了滤波器的体积。此外，本发明引入共模电感与有源EMI滤波器组成混合EMI滤波器，解决了高压交流驱动系统中由于共模电压过大而导致的有源EMI滤波器饱和问题，为交流驱动系统的共模干扰抑制提供了新方法。

技术领域

本发明属于滤波器设计技术领域，具体涉及一种面向交流驱动系统的混合EMI(电磁干扰)滤波器设计方法。

背景技术

交流驱动系统可以有效的降低了能量损耗，提高了工作效率，被广泛应用于机械、化工、医疗、公共交通、新能源发电等领域。交流驱动系统中的电力电子器件在正常工作时处于高速开关状态输出的电压和电流波形含有丰富的高次谐波，从而引发一系列电磁干扰问题。添加EMI滤波器是目前应用最广的EMI噪声抑制手段，但随着电力电子器件高频化的发展，以GaN、SiC材料为基础的逆变器的开关频率远远高于以Si材料为基础的逆变器，对于无源EMI滤波器而言，所需滤波器体积也在逐渐加大，现有的无源滤波器优化方案也很难满足电力电子变换器小型化的趋势。为了能够降低EMI滤波器的体积，除了可以对无源EMI滤波器进行优化设计，还可以通过设计有源EMI滤波器来满足要求。有源EMI滤波器虽然可以在一定程度降低EMI滤波器的体积，但是现有的有源EMI滤波器方案大多是采用电流采样结构，采样结构中的互感器体积在整个有源EMI滤波器总体积中占比较大，滤波器的体积降低不明显，同时有效工作带宽受限严重。而且现有的滤波器都没有考虑有源元件饱和问题，实验也都是在滤波器不饱和的情况下进行的，对于大功率交流驱动系统中有源EMI滤波器的应用分析较少。

文献[L.Dai,W.Chen,X.Yang,M.Zheng,Y.Yang and R.Wang.A Multi-FunctionCommon Mode Choke Based on Active CM EMI Filters for AC/DC Power Converters[J].IEEE Access,2019,7:43534-43546]提出了一种新型的多功能共模扼流圈结构，这种结构使有源EMI滤波器减少了一个磁环的使用，在很大程度上缩小了滤波器的体积和重量，但是有源EMI滤波器的自身结构没有改变，而且不适应于高压交流驱动系统的应用。

文献[Y.Zhang,Q.Li and D.Jiang.A Motor CM Impedance BasedTransformerless Active EMI Filter for DC-Side Common-Mode EMI Suppression inMotor Drive System[J].IEEE Transactions on Power Electronics,2020,35(10):10238-10248]将有源EMI滤波器接在电机机壳和大地之间，有源EMI滤波器通过输出两个可以抵消的电流来实现EMI噪声的抑制，此时滤波器不需要承受主功率回路的电压和电流，不需要选取高耐压高耐流的器件。但是由于滤波器接在机壳和地回路之间，电机机壳带电的问题无法避免，应用场景比较受限。

为了解决交流驱动系统共模干扰问题，实现低成本、有效的解决方案，有必要研究有源EMI滤波器的设计方法，同时为实现大功率交流驱动系统的应用，对交流驱动系统的混合EMI滤波器的研究至关重要。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种面向交流驱动系统的混合EMI滤波器设计方法，通过引入共模电感来降低高幅值噪声，保证有源EMI滤波器的补偿电压在规定范围内，根据所需插损要求和交流驱动系统的源阻抗和电机负载阻抗来确定共模电感的数值。

一种面向交流驱动系统的混合EMI滤波器设计方法，包括如下步骤：