EMI滤波器设计

1. LC滤波器既可以用来滤除电网侧进来的杂讯，也可以滤除我们变频器内部高频开关产生的杂讯。这里我们主要考虑的是如何降低变频器自身高频开关产生的杂讯。

2. 以下两种方法可以对传导噪声有一定的滤波效果：

① 在变频器输入端加LC滤波器 ② 在开关电源处加LC滤波器。 本文我们只讨论第一种方式。

3. 我们知道，传导干扰从干扰电流的流动途径来看，可以分为共模干扰和差模干扰。共模干扰是两条电源线对大地的噪声，大小相同，方向一致。而差模干扰是两条电源线之间的噪声，大小相同，方向相反。如果能将共模噪声与差模噪声分离，然后根据所需要的衰减量确定转折频率，就能以更低的成本设计出满足要求的滤波器。然而，我们没有现有的噪声分离装置，故只在现有的电感电容器件的基础上对原来的滤波器进行整改。

4. 下图是我们在L510S-408的滤波器基础上设计的一个LC低通滤波器：

图中LC为一个5.4mH的三相共模扼流圈，其漏感为25uH左右。LD为一个43uH的小电感。前端的三个0.47uF的电容，和后面三个0.47uF的电容是X电容，LC的漏感与LD的感量共同组成了差模电感。另外，LC的感量与后面三个0.47uF的电容以及0.1uF的电容组成了共模LC电路。注意：这里特意加了三个43uH的小

电感。因为我们的共模扼流圈的漏感与供应商的制作工艺有关，不同批次的磁芯，不同的绕线方式，都有可能导致漏感变化，当我们共模扼流圈的漏感很小时，就可能导致共模转折频率很大，所以很有必要在这里加上一个uH级别的电感。还有一种合成扼流圈，直接将差模电感放在共模电感中，这样做可以减小较长引线导致的分布电感分布电容对滤波效果的影响。

下面我们来分别计算一下这个滤波器的截止频率： ① 下图是共模滤波的等效电路

fC,CM12LCM*CCM1

12(LCLD)*(0.47uF*3//0.1uF)3112(5.4mH*43uH)*(0.47uF*3//0.1uF)37.096KHz

理论上，在该频率之后，共模噪声会以40dB/10倍频的速度下降。

② 再看看差模等效电路：

fC,DM12LDM*CDM

12(Lleakage2LD)*CDM

12(25uH2*43uH)*[(0.47uF//0.47uF)*2]22.046KHz

理论上，在该频率后，差模噪声会以60dB/10倍频的速度下降。

实验数据表明，0.15M~30M区间内，150KHz附近的噪声分贝数最大，在完全不滤波的情况下达到108dB。而以上设计完全能够达到滤波效果。下图中150KHz处显示68.45dB.

注： ①LC的电感值和漏感值及LD的电感值是用LCR电桥在1KHZ,1V条件下测

出。

③ 实验使用的是L510S-408的INV，带3HP马达轻载。 5. 问题：

以上设计可能带来的缺陷，就是由于Y电容是uF级别的，可能导致漏电流过大的问题。为此，将图中0.1uF的Y电容拿掉，换成3个472的瓷片电容分别在后端接三相和地，理论上截止频率fC,CM18.249KHz，共模杂讯在182KHz时应下降到108-40=68dB左右，而实际测试下来却出现了下图的情况：

图中，2.221MHz时，噪声才降到了73dB。出现这样的情况可能是阻抗匹配的问题。因此，还需进一步通过仿真和实验来验证。

参考文献：[1].森 荣二 《LC滤波器设计与制作》 科学出版社

[2].邵志和 《电源输入滤波器的设计及应用》 中国学术期刊 [3].柳春，朱学军，张逸成，姚勇涛 《基于合成扼流圈的开关电源

EMI滤波器设计》 中国学术期刊

[4].武小军，秦开宇，唐博 《EMI滤波器设计》 中国学术期刊 [5].刘砚涛，刘玉蓓，尹伟 《LC滤波器设计方法介绍及其仿真特性

比较》 万方数据