三相维也纳PFC的EMI滤波器设计探讨

根据相关文献参考，三相维也纳PFC的EMI滤波器设计，采用两级EMI 滤波器结构，拓扑结构如图11所示。

人工中性点与输出中点之间通过连接CFB 来减少 CM 发射。这个方法经过扩展，通过在反馈路径中添加阻尼电阻来增加系统相位裕度并提高稳定性。等效电路 CM 滤波器如图 12 所示。

假设电网阻抗为零，并且输出中点和地面之间的寄生电容被忽略。与LCM相比，差模电感可以忽略不计，类似的，CDM 可以忽略不计。中点电压VM 至共模电压VCM的传递函数如式(12) 所示。

基于等效电路推导，熟悉控制原理的朋友通过上述公式很容易可以看出，阻尼电阻器RFB和反馈电容CFB二者在系统中将引入一个零点，经过适当调整的零点可以增加相位裕量并提高稳定性。另外，因为共模电流非常小，无法很容易的检测，很难用有源阻尼的方法来改善稳定性。在本文提出的20kW维也纳整流器中， LCM = 0.81mH，CFB = 0.47 uF 且 RFB = 20ohm 。具有和没有阻尼电阻的波特图对比如图13所示，通过阻尼电阻将相位裕度增加至24C，此时开关频率下的环路增益会降低。因此，这是闭环系统中稳定性和衰减增益之间无处不在的权衡。

通过上述bode图可以看出，经过添加阻尼之后的增益曲线增益变得比较平缓，而相位变化也比较缓慢，这对于提高稳定性来说非常有帮助。

为了避免 CM 扼流圈饱和，反馈环路阻抗必须足够大，中点电流iCM 到共模电压 VCM 的传递函数表达式为(13)，波特图如图14所示。

因为低频时电容阻抗很大，如果CFB保持相同的值的话，阻尼电阻对低频环路基本无影响，这一点从bode图上也可以看出来1kHz以内的曲线不管是否施加了阻尼电阻，曲线都是重叠的形式，在电路形式上也很容易分析，高频时电容阻抗较小，阻尼电阻对特性阻抗影响较大。

从图 14 可以看出，环路阻抗大小由低频时的反馈电容决定，为避免CM扼流圈低频饱和，电容器的选择基于饱和电流限制。对于在设计中的共模扼流圈T60405-S6123-X240，反馈电容根据（14）选择，

同样，环路阻抗由高频下共模电感决定，共模扼流圈最大磁化电感计算公式为（15）。

在大功率电源应用下，CM共模扼流圈的另一个设计考虑因素是热要求。基于仿真，21kW运行情况下共模电感电流的RMS值为0.2A ,共模扼流圈的损耗为计算公式为(16)。

其中，等效磁芯损耗电阻Rm为，

另外，铜损如18所示，

实际上， CM扼流圈的损耗有时甚至比升压电感还要大，所以很有必要考虑散热问题。根据共模扼流圈的热阻抗仿真的温升在自然冷却条件下是可以接受的。实验测试也验证了该设计。差模 (DM) 电感器的设计是与升压电感相同。根据相关文献，EMI滤波器的转角频率由EMI参考的标准决定。根据转角频率， EMI滤波器的CM 和 DM 电容器可以进行相应选择。

提上对三相维也纳PFC的EMI滤波器结构，滤波器等效电路，共模回路稳定性，反馈参数设计，共模电感损耗，共模电容的选择等做了一定的讨论。