电源变换基础及应用第8章输入滤波器的设计

Z e ( s)
Buck
R D 2
sL D2
Boost
sL D R 1 ' 2 D R
'2
sL
sL D2
Buck-boost
D'2 R sDL 2 1 '2 D D R
L 2 LC 1 s ' 2 s ' 2 D R D R D 1 sRC D2
Z ( s) 1 o Z ( s) D
说明了输入滤波器的添加如何改变
在满足以下不等式时，修正系数的幅值大小约等于1.
|| Z o ( s) |||| Z N ( s) || || Z o ( s) |||| Z D ( s) ||
这些提供了设计标准，应用起来相对容易。
'2
电源变换基础及应用
第8章输入滤波器设计
阻抗不等式
Gvd ( s ) Gvd ( s ) Z

o ( s ) 0

1 1
Z o (s) Z N (s) Z o (s) Z D (s)
修正系数 1
传递函数。


Z o ( s) Z N ( s)
o ( s ) 0
是不加输入滤波器的原系统控制输入输出传递函数 条件下的输入阻抗
ˆ (s) 0 Z D ( s) Z in ( s) dˆ ( s )0 变换器在 d
Z N ( s) Z in (s) vˆ ( s )0
ˆ(s) 0条件下的输入阻抗 变换器在 v
电源变换基础及应用
Lf
变换器模型 1:D

i
L


带输入滤波 器的交流变 换器模型
V
vg

Cf
Id

g
d
C
R
v
d

电源变换基础及应用
第8章输入滤波器设计
输入滤波器设计问题p.3
40dB ||Gvd|| 30dB 20dB 10dB 0dB -10dB ||Gvd||
∠Gvd
L-C低通滤波器对控制 输入输出传递函数的影 响，buck变换器举例
v

Z 0 (s)
输入滤波器输出阻抗
根据Middlebrook理论，新组成系统 控制输入输出传递函数可写作
d

Gvd ( s ) Gvd ( s ) Z

o ( s ) 0

1 1
Z o (s) Z N (s) Z o (s) Z D (s)
第8章输入滤波器设计
电源变换基础及应用
输入滤波器如何改变 Gvd ( s) 结果总结
Gvd ( s ) Gvd ( s ) Z

o ( s ) 0

1 1
Z o (s) Z N (s) Z o (s) Z D (s)
Gvd ( s) Z
电源变换基础及应用 第8章输入滤波器设计
8.1 EMI和输入滤波器
buck变换器举例：
ig
1 2
输入脉冲电流：
ig (t )
i
C
i
L
i
v g (t )
v
R
0
0
i g (t )
DTs
Ts
t
的傅里叶展开式：
i g (t ) DI

k 1

2I sin( kD) cos(kt ) k
电压源 v g (t ) 中被注入大量高次电流谐波，这些谐波会干 扰附近设备的运转。 通常将其幅值限制在10 A到100 A 。
0° -180°
∠Gvd
-360°
100Hz
1kHz f
-540° 10kHz
虚线：原始幅值和相角 实线：带输入滤波器时 的幅值和相角
电源变换基础及应用
第8章输入滤波器设计
8.2 输入滤波器的影响
H (S )
vg

输入滤 波器
Z o( s)
Zi(s)
变换器
v

d

T( s )
控制输入输出传递函数：
第8章输入滤波器设计
典型变换器的设计标准
表8.1 典型变换器输入滤波器设计标准参数 变换器
Z N ( s)
Z D ( s)
L 2 1 s s LC R R 2 1 sRC D
L 2 LC 1 s ' 2 s ' 2 D R D D '2 R 1 sRC

g
d
buck变换器举例：
Id

C
R
v
d

电源变换基础及应用
第8章输入滤波器设计
输入滤波器设计问题p.2
2.接下来，导通EMI问题不得不考虑。变换器输入端引入LC 低通滤波器可以有效消除EMI的影响 3.一个新的问题是产生了，低通滤波器改变了控制系统的动 态特性，甚至会使控制系统不稳定。
输入滤波器
通常要求输入滤波器消除电流谐波的能力为80dB或者更高。
电源变换基础及应用
第8章输入滤波器设计
输入滤波器设计问题
经典设计方法： 1.工程师设计的开关调节器需要符合规范(稳定性、瞬态 响应、输出阻抗等)。 在执行这个设计,采用基本变换器模 型,例如下图:
变换器模型 1:D

i
L


无输入滤波器
V
vg
电源变换基础及应用
第8章输入滤波器设计
输入滤波器对变换器输出阻抗的影响
另一种等价不等式也能得出下面的不等式，此时，能保证输 入滤波器不再影响变换器的输出阻抗。
ˆ( s ) v Gvd ( s ) ˆ (s) d
控制器
ˆ g ( s ) 0 v
电源变换基础及应用
第8章输入滤波器设计
Gvd ( s )
的测定
ˆ( s ) v Gvd ( s ) ˆ (s) d
ˆg (s) v
ˆ g ( s ) 0 v
变换器
电压源

短路
Z o( s)
Gvd ( S )
电源变换基础及应用 第8章输入滤波器设计
引入低通滤波器
iin
Lf ig
1 2
i
L百度文库
ig (t )
vg (t )
Cf
C
v
R
0
iin (t )
0
输入滤波器
t
输入电流谐波的幅值和相角可通过输入滤波器传递函数表达为：
iin (t ) H (0) DI

k 1

|| H (kj ) ||
2I sin( kD) cos(kt H (kj )) k
第8章 输入滤波器设计
8.1 EMI和输入滤波器 8.2 输入滤波器的影响 8.3含输入滤波器的Buck变换器
8.3.1 无阻尼输入滤波 8.3.2 阻尼输入滤波 8.4 阻尼输入滤波器设计 8.4.1 R f Cb 并联阻尼 8.4.2 R f Lb 并联阻尼 8.4.3 R f Lb 串联阻尼 8.4.4 级联滤波器部分