CN113890318A - 电源滤波器、高频纹波滤除方法及电源 - Google Patents

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马文长
郑尧
韩鹤光
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Abstract

本发明公开了一种电源滤波器、高频纹波滤除方法及电源，包括：电感L1和电容C1，电感L1与电容C1连接；以及电感L2和电容C2，电感L2与电容C2连接，形成L2与C2串联谐振回路；所述L2与C2串联谐振回路与C1并联；L2与C2串联谐振于电源的固定开关频率f0处，用于滤除载波纹波；本发明在保证滤波器对载波的滤波效果的基础上，较大幅度的提高了滤波器的截止频率，大幅降低了滤波器对有用功率信号的衰减，降低了无功损耗，提高了效率和可靠性等。

Description

电源滤波器、高频纹波滤除方法及电源
技术领域
本发明涉及电源滤波器领域，更为具体的，涉及一种电源滤波器、高频纹波滤除方法及电源。
背景技术
在各类交直流电源系统中，广泛采用的LC滤波器(多用于输出为电压源的场合)如附图1所示。为了取得较好的滤波效果，LC滤波器的滤波时间常数
Figure BDA0003318469750000011
都远大于开关频率f0对应的时间，才能取得应用现场满意的效果。这在一般的电源系统中，没有太大的影响。但在一些特定的应用场合比如有源谐波补偿器(APF)或航空地面交流中频供电电源中就有较大的影响。APF的功率一般在50-100KVA，航空地面交流中频供电电源功率也在100KVA的等级，由于功率较大，一般采用IGBT功率模块，同时要考虑效率指标，故其开关频率一般不能太高，APF一般采用12.5-15KHZ左右，航空地面交流中频供电电源一般采用5-10KHZ左右的开关频率，APF需要补偿到25次谐波即1.25KHZ，而航空中频电源的输出频率为一般为400HZ左右。也就是说开关频率和输出功率的频率之比较小，一般小于20倍，为了较好的滤除开关频率f0的纹波，这种传统LC滤波器必然影响到f0/N频率的有用输出功率(N小于20)。
这里进一步以实例说明这个问题：如附图1所示，设输入电压Vin的载波频率f0，载波幅度300V，需要在输出侧得到V0的输出载波纹波小于1.0V，那么需要LC滤波器将载波频率的功率衰减300倍左右，因为LC滤波为双极点滤波器，其衰减的下降斜率为40倍频程，故这里将LC滤波器的截止频率fc设置到f0/17，那么这个滤波器将会对f0/15倍的有用输出功率信号产生约35％的衰减和97°左右的相位移，这将会产生很大的无功电流和静态功耗，对电源的可靠性和性能都有较大影响。
由此可知，LC滤波器在类似中频输出电源或APF产品应用中，存在对有用信号产生较大衰减的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电源滤波器、高频纹波滤除方法及电源，解决了背景技术中提出的问题，在保证滤波器对载波的滤波效果的基础上，较大幅度的提高了滤波器的截止频率，大幅降低了滤波器对有用功率信号的衰减，降低了无功损耗，提高了效率和可靠性等。
本发明的目的是通过以下方案实现的：
一种高效高截止频率的电源滤波器，包括：
电感L1和电容C1，电感L1与电容C1连接；以及
电感L2和电容C2，电感L2与电容C2连接，形成L2与C2串联谐振回路；所述L2与C2串联谐振回路与C1并联；L2与C2串联谐振于电源的固定开关频率f0处，用于滤除载波纹波。
进一步地，采用L2和C2在开关频率f0处发生串联谐振，那么f0处阻抗为0，这样基波频率f0的纹波即被L2和C2抑制。
进一步地，利用L1和C1对开关频率f0的高次谐波进行二阶衰减。
进一步地，所述高次谐波包括3、5、7次等高次谐波。
一种基于高效高截止频率的电源滤波器的高频纹波滤除方法，包括步骤：
S1，利用如上任一所述电源滤波器；
S2，将步骤S1中的所述电源滤波器，应用于各类固定开关频率的交直流电源输出的高频纹波滤除中。
一种电源，设有如上任一所述电源滤波器。
本发明的有益效果包括：
(1)本发明解决了背景技术中提出的问题，在保证滤波器对载波的滤波效果的基础上，较大幅度的提高了滤波器的截止频率，大幅降低了滤波器对有用功率信号的衰减，降低了无功损耗，提高了效率和可靠性。
(2)本发明实施例由普通LC二阶滤波器和LC串联谐振器组合而成，通过巧妙将这二者组合成新的滤波器，并成功用于电源输出滤波场合，解决了电源开关频率f0与最高有用功率频率fp比值较小时、即f0/fp小于20时所带来的一些列问题，例如对有效信号衰减过大、机器静态无功大、损耗高等问题。
(3)本发明实施例由LC滤波器衍生而来，但是区别于普通LC滤波器，能够解决LC滤波器在一些特殊应用时，为达滤波效果而截止频率过低引发的问题。具体的，保留了LC滤波器的电感L，并将电容C大幅减小(只滤除高次谐波)，以便大幅提高滤波器的截止频率，同时新增了L2与C2串联谐振回路与C1并联，L2与C2串联谐振于电源的固定开关频率f0处，专门负责滤除主要的载波纹波。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有LC滤波器的结构示意图；
图2为本发明一种实施例的电源滤波器结构示意图；
图3为本发明又一种实施例的电源滤波器结构示意图。
具体实施方式
本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。
实施例1
如图2、图3所示，一种电源滤波器，包括：
电感L1和电容C1，电感L1与电容C1连接；以及
电感L2和电容C2，电感L2与电容C2连接，形成L2与C2串联谐振回路；所述L2与C2串联谐振回路与C1并联；L2与C2串联谐振于电源的固定开关频率f0处，用于滤除载波纹波。
实施例2
在实施例1的基础上，采用L2和C2在开关频率f0处发生串联谐振，那么f0处阻抗为0，这样基波频率f0的纹波即被L2和C2抑制。
实施例3
一种基于高效高截止频率的电源滤波器的高频纹波滤除方法，包括步骤：
S1，利用实施例1或实施例2中任一所述电源滤波器；
S2，将步骤S1中的所述电源滤波器，应用于各类固定开关频率的交直流电源输出的高频纹波滤除中。
实施例4
一种电源，设有实施例1或实施例2中任一所述电源滤波器。
在本发明的其他实施例中，利用L1和C1对开关频率f0的高次谐波进行二阶衰减。
在本发明的其他实施例中，所述高次谐波包括3、5、7次等高次谐波。
在本发明的其他实施例中，需要说明的是，采用L2和C2在开关频率f0处发生串联谐振(那么f0处阻抗为0)，这样基波频率f0的纹波基本被L2和C2完全抑制，利用L1和C1对剩余的少量开关频率f0的3、5、7次等高次谐波进行二阶衰减，这样L1和C1的截止频率可以做得比较高，对输出有用信号的影响就非常的小了。需要说明的是，保留了LC滤波器的电感L，并将电容C大幅减小(只滤除高次谐波)、以便大幅提高滤波器的截止频率，新增了L2与C2串联谐振回路与C并联，L2与C2串联谐振于电源的固定开关频率f0处，专门负责滤除主要的载波纹波，区别于普通LC滤波器，能够解决LC滤波器在一些特殊应用时，为达滤波效果而截止频率过低引发的问题。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。
除以上实例以外，本领域技术人员根据上述公开内容获得启示或利用相关领域的知识或技术进行改动获得其他实施例，各个实施例的特征可以互换或替换，本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种高效高截止频率的电源滤波器，其特征在于，包括：
电感L1和电容C1，电感L1与电容C1连接；以及
电感L2和电容C2，电感L2与电容C2连接，形成L2与C2串联谐振回路；所述L2与C2串联谐振回路与C1并联；L2与C2串联谐振于电源的固定开关频率f0处，用于滤除载波纹波。
2.根据权利要求1所述的一种高效高截止频率的电源滤波器，其特征在于，采用L2和C2在开关频率f0处发生串联谐振，那么f0处阻抗为0，这样基波频率f0的纹波即被L2和C2抑制。
3.根据权利要求1所述的一种高效高截止频率的电源滤波器，其特征在于，利用L1和C1对开关频率f0的高次谐波进行二阶衰减。
4.根据权利要求3所述的一种高效高截止频率的电源滤波器，其特征在于，所述高次谐波包括3、5、7次高次谐波。
5.一种基于高效高截止频率的电源滤波器的高频纹波滤除方法，其特征在于，包括步骤：
S1，利用权利要求1～5任一所述电源滤波器；
S2，将步骤S1中的所述电源滤波器，应用于各类固定开关频率的交直流电源输出的高频纹波滤除中。
6.一种电源，其特征在于，设有如权利要求1～4中任一所述电源滤波器。
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