CN211655996U - 滤波电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种滤波电路，用于对包括车载充电机和功率变换单元的集成产品的高压侧进行滤波处理，包括第一滤波模块、第二滤波模块及第三滤波模块，所述第一滤波模块的输入端与所述车载充电机的输出端连接、所述第二滤波模块的输入端与所述功率变换单元的输出端连接，所述第三滤波模块的输入端与所述第一滤波模块的输出端和所述第二滤波模块的输出端连接，所述第三滤波模块的输出端作为集成产品的输出端。与集成产品的现有滤波方案相比，本实用新型通过共同滤波方案，既降低了滤波成本，又避免了滤波模块之间可能存在的谐振，提高了设计效率。

Description

滤波电路

技术领域

本实用新型涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种应用于电动汽车的滤波电路。

背景技术

电动汽车采用高压电池包作为能量输出，因此较之于传统的燃油车，功率转换电路势必增多，且在电动汽车的核心零件中，例如电力电子控制器(PEU)、车载充电机(OBC)及功率变换单元(PCU)等，采用了如 MOSFET、IGBT等高速半导体开关器件，这些半导体开关器件在开关过程中产生的高频脉冲信号具有很大的dv/dt、di/dt，产生丰富的谐波分量干扰噪声，进而形成差模干扰和共模干扰，即电磁干扰(EMI)，由于电磁兼容标准在传导干扰频率范围内非常地严格，因此合理的电磁兼容措施对于产品至关重要。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种滤波电路，用于对包括车载充电机和功率变换单元的集成产品的高压侧进行滤波处理，减少滤波模块之间的谐振，降低滤波成本，提高了设计效率。

本实用新型提供一种滤波电路，用于对包括车载充电机和功率变换单元的集成产品的高压侧进行滤波处理，包括：第一滤波模块、第二滤波模块及第三滤波模块，所述第一滤波模块的输入端与所述车载充电机的输出端连接、所述第二滤波模块的输入端与所述功率变换单元的输出端连接，所述第三滤波模块的输入端与所述第一滤波模块的输出端和所述第二滤波模块的输出端连接，所述第三滤波模块的输出端作为集成产品的输出端。

可选的，所述第一滤波模块包括第一共模电感、第一Y电容单元、第二Y电容单元及第一X电容；

所述第一Y电容单元包括第一Y电容和第二Y电容，所述第一Y电容的第一端与所述车载充电机的正极输出端连接，所述第一Y电容的第二端接地；

所述第二Y电容的第一端与所述车载充电机的负极输出端连接，所述第二Y电容的第二端接地；

所述第一共模电感的第一端与所述第一Y电容的第一端连接，所述第一共模电感的第二端与所述第二Y电容的第一端连接，所述第一共模电感的第三端与所述第一X电容的第一端连接，所述第一共模电感的第四端与所述第一X电容的第二端连接；

所述第二Y电容包括第三Y电容和第四Y电容，所述第三Y电容的第一端与所述第一X电容的第一端连接，所述第三Y电容的第二端接地，所述第四Y电容的第一端与所述第一X电容的第二端连接，所述第四Y电容的第二端接地。

可选的，所述第二滤波模块包括：第二共模电感、第三Y电容单元、第四Y电容单元及第二X电容；

所述第三Y电容单元包括第五Y电容和第六Y电容，所述第五Y电容的第一端与所述功率变换单元的正极输出端连接，所述第五Y电容的第二端接地；所述第六Y电容的第一端与所述功率变换单元的负极输出端连接，所述第六Y电容的第二端接地；

所述第二X电容的第一端与所述第五Y电容的第一端和所述第二共模电感的第一端连接，所述第二X电容的第二端与所述第六Y电容的第一端和所述第二共模电感的第二端连接；

所述第四Y电容单元包括第七Y电容和第八Y电容，所述第七Y电容的第一端与所述第二共模电感的第三端连接，所述第八Y电容的第一端与所述第二共模电感的第四端连接。

可选的，所述第三滤波模块包括：第三共模电感、第五Y电容单元及第三X电容；

所述第三共模电感的第一端与所述第三Y电容的第一端和所述第七Y 电容的第一端连接，第二端与所述第四Y电容的第一端和所述第八Y电容的第一端连接，第三端与所述第三X电容的第一端连接，所述第三共模电感的第四端与所述第三X电容的第二端连接；

所述第五Y电容单元包括第九Y电容和第十Y电容，所述第九Y电容的第一端与所述第三X电容的第一端，所述第九电容的第二端接地，所述第十Y电容的第一端与所述第三X电容的第二端，所述第十Y电容的第二端接地。

可选的，所述第一共模电感、所述第二共模电感及所述第三共模电感均包括磁芯及绕在所述磁芯上的两个线圈，且两个线圈尺寸相同、匝数相同、绕制方向相同。

可选的，所述第一共模电感、所述第二共模电感及所述第三共模电感均为可调整性电感，感量范围为5毫亨～20毫亨。

可选的，所述功率变换单元为DCDC转换器。

可选的，所述第一滤波模块、所述第二滤波模块和所述第三滤波模块均可以采用π型滤波结构，由共模电感、X电容和Y电容构成。

可选的，所述第一滤波模块、所述第二滤波模块和所述第三滤波模块均可以采用π型滤波结构、Γ型滤波结构或T型滤波结构。

可选的，所述第一滤波模块、所述第二滤波模块和所述第三滤波模块均可以采用两级滤波方式。

可选的，所述第一滤波模块、所述第二滤波模块和所述第三滤波模块均可以采用多级滤波方式。

与集成产品的现有滤波方案相比，本实用新型提供的滤波电路采用共同滤波方案，既降低了滤波成本，又避免了滤波模块之间可能存在的谐振，提高了设计效率。

附图说明

图1为现有滤波电路的架构图；

图2为本实用新型一实施例提供的滤波电路的架构图；

图3为本实用新型一实施例提供的滤波电路的结构示意图；

图4为本实用新型一实施例提供的两级滤波结构的示意图；

图5为本实用新型一实施例提供的滤波模块的网络理论模型(共模干扰模型)；

图6为本实用新型一实施例提供的滤波模块的网络理论模型(差模干扰模型)。

具体实施方式

集成化是电动汽车发展的重要方向之一，将车载充电机(OBC)和功率变换单元(PCU)集成，既可以减少车内线束布置，又能降低产品开发成本。同时，为了降低对外干扰，集成产品中的OBC模块和PCU模块通常都需要通过相应的滤波器以滤除高频干扰，保留直流电压。传统汽车电子电磁兼容滤波电路的设计中，为了避免各模块之间的相互影响，滤波器往往分开设计，如图1所示，第一滤波器(Filter1)和第二滤波器(Filter2) 分别与集成产品中的OBC模块和PCU模块的高压端(HV+，HV-)连接，这种做法能有效抑制模块本身发出的干扰，且结构简单、易于设计，但其缺点也是显而易见的：首先，各滤波器无法复用，均需要达到较高的插入损耗，这样带来更大的体积要求和更高的成本；其次，滤波器之间由于寄生参数的影响，容易在部分频段出现谐振，难以抑制或规避；最后，对各模块共同工作时的噪声抑制难以给予保证。

为解决上述问题，本实用新型提供一种滤波电路，用于对包括车载充电机和功率变换单元的集成产品的高压侧进行滤波处理，包括：第一滤波模块、第二滤波模块及第三滤波模块，所述第一滤波模块的输入端与所述车载充电机的输出端连接、所述第二滤波模块的输入端与所述功率变换单元的输出端连接，所述第三滤波模块的输入端与所述第一滤波模块的输出端和所述第二滤波模块的输出端连接，所述第三滤波模块的输出端作为集成产品的输出端。与集成产品现有的滤波方案相比，本实用新型通过共同滤波方案，既降低了滤波成本，又避免了滤波模块之间可能存在的谐振，提高了设计效率。

为使本实用新型的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本实用新型的内容做进一步说明。当然本实用新型并不局限于该具体实施例，本领域的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本实用新型的保护范围内。

其次，本实用新型利用示意图进行了详细的表述，在详述本实用新型实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应对此作为本实用新型的限定。

图2为本实施例提供的滤波电路的结构示意图，如图2所示，本实施例提供一种滤波电路100，用于对包括车载充电机(OBC)200和功率变换单元(如DCDC转换器)300的集成产品的高压侧进行滤波处理，包括：第一滤波模块110、第二滤波模块120及第三滤波模块130，所述第一滤波模块110的输入端与所述车载充电机200的输出端连接、所述第二滤波模块120的输入端与所述功率变换单元200的输出端连接，所述第三滤波模块130的输入端与所述第一滤波模块110的输出端和所述第二滤波模块120 的输出端连接，所述第三滤波模块130的输出端作为集成产品的输出端。

图3为本实施例提供的滤波电路的结构示意图，请参考图3，所述第一滤波模块110包括：第一共模电感L1、第一Y电容单元、第二Y电容单元及第一X电容Cx1。所述第一共模电感L1的输入端与所述车载充电机200的输出端连接，所述第一Y电容单元并联在所述第一共模电感L1 的输入端，所述第二Y电容单元并联在所述第一共模电感L1的输出端，所述第一X电容Cx1并联在所述第一共模电感L1和所述第二Y电容单元之间。

所述第二滤波模块120包括：第二共模电感L2、第三Y电容单元、第四Y电容单元及第二X电容Cx2。所述第二共模电感L2的输入端与所述功率变换单元300的输出端连接，所述第三Y电容单元并联在所述第二共模电感L2的输入端，所述第四Y电容单元并联在所述第二共模电感L2 的输出端，所述第二X电容Cx2并联在所述第二共模电感L2与所述第三 Y电容单元之间。

所述第三滤波模块130包括：第三共模电感L3、第五Y电容单元及第三X电容Cx3。所述第一共模电感L1的输出端和所述第二共模电感L2 的输出端连接后，与所述第三共模电感L3的输入端连接，所述第五Y电容单元并联在所述第三共模电感L3的输出端，所述第三X电容Cx3并联在所述第三共模电感L3与所述第五Y电容单元之间。

具体的，所述第一Y电容单元包括第一Y电容Cy1和第二Y电容 Cy2，所述第一Y电容Cy1的第一端与所述车载充电机200的正极输出端 (HV1+)连接，所述第一Y电容Cy1的第二端接地；所述第二Y电容Cy2 的第一端与所述车载充电机200的负极输出端(HV1-)连接，所述第二Y 电容Cy2的第二端接地。

所述第一共模电感L1的第一端与所述第一Y电容Cy1的第一端连接，所述第一共模电感L1的第二端与所述第二Y电容Cy2的第一端连接，所述第一共模电感L1的第三端与所述第一X电容Cx1的第一端连接，所述第一共模电感L1的第四端与所述第一X电容Cx1的第二端连接。

所述第二Y电容包括第三Y电容Cy3和第四Y电容Cy4，所述第三Y 电容Cy3的第一端与所述第一X电容Cx1的第一端和所述第三共模电感 L3的第一端连接，所述第三Y电容Cy3的第二端接地，所述第四Y电容 Cy4的第一端与所述第一X电容Cx1的第二端和所述第三共模电感L3的第二端连接，所述第四Y电容Cy4的第二端接地。

所述第三Y电容包括第五Y电容Cy5和第六Y电容Cy6，所述第五Y 电容Cy5的第一端与所述功率变换单元300的正极输出端(HV2+)连接，所述第五Y电容Cy5的第二端接地；所述第六Y电容Cy6的第一端与所述功率变换单元300的负极输出端(HV2-)连接，所述第六Y电容Cy6 的第二端接地。

所述第二X电容Cx2的第一端与所述第五Y电容Cy5的第一端和所述第二共模电感L2的第一端连接，所述第二X电容Cx2的第二端与所述第六Y电容Cy6的第一端和所述第二共模电感L2的第二端连接。

所述第四Y电容单元包括第七Y电容Cy7和第八Y电容Cy8，所述第七Y电容Cy7的第一端与所述第二共模电感L2的第三端和所述第三共模电感L3的第一端连接，所述第八Y电容Cy8的第一端与所述第二共模电感L2的第四端和所述第三共模电感L3的第二端连接。

所述第三共模电感L3的第三端与所述第三X电容Cx3的第一端连接，所述第三共模电感L3的第四端与所述第三X电容Cx2的第二端连接。

所述第五Y电容单元包括第九Y电容Cy9和第四Y电容Cy10，所述第九Y电容Cy9的第一端与所述第三X电容Cx3的第一端连接，所述第九Y电容Cy9的第二端接地，所述第十Y电容Cy10的第一端与所述第三 XY电容Cx3的第二端，所述第十Y电容Cy10的第二端接地。所述第九Y 电容Cy9的第一端和所述第十Y电容Cy10的第一端作为滤波电路100的正极输出端(HV3+)和负极输出端(HV3-)与相应的插件连接。

所述第一共模电感L1、所述第二共模电感L2及所述第三共模电感L3 均包括磁芯及绕在所述磁芯上的两个线圈，且两个线圈尺寸相同、匝数相同、绕制方向相同。所述第一共模电感L1、所述第二共模电感L2及所述第三共模电感L3均为可调整性电感，感量均可依据实际产品进行调整，例如感量范围可以为5毫亨～20毫亨。

所述第一滤波模块110、所述第二滤波模块120和所述第三滤波模块 130均可以采用π型滤波结构、Γ型滤波结构或T型滤波结构。且所述第一滤波模块110、所述第二滤波模块120和所述第三滤波模块130均可以采用多级滤波结构。示例性的，所述第一滤波模块110、所述第二滤波模块120 和所述第三滤波模块130可以是如图4所示的两级滤波结构的示意图，L11、 L12为两级共模电感，配合C3、C4、C6、C7四个Y电容使用，用以滤除共模噪声，而C1、C2、C5三个X电容则用于抑制差模噪声。

以下采用微波网络理论对滤波模块的性能进行评价。按照噪声类型的不同，建立共模干扰和差模干扰两种模型。

如图5所示，对于共模干扰(对地噪声)，滤波模块(Filter)可以看作一个四端口(Port1、Port2、Port3及Port4)滤波网络，各端口的电压信号可以记为V1、V2、V3、V4，其中V1、V2为干扰源。每个端口的高频电流则分为两部分，流向滤波网络的记为a，即流向四个四端口的分别记为 a1、a2、a3及a4；从滤波网络流出的记为b，即流出四个四端口的分别记为b1、b2、b3及b4，引入S参数表示通过滤波网络的滤波效能，四个四端口的S参数构成S参数矩阵，针对本实用新型所讨论的滤波电路，可以得出：

b1＝a1S11+a2S12+a3S13+a4S14

b2＝a1S21+a2S22+a3S23+a4S24

b3＝a1S31+a2S32+a3S33+a4S34

b4＝a1S41+a2S42+a3S43+a4S44

即：b＝a×s 2-1

其中，b表现为滤波模块对外发出的噪声向量，a表现为噪声源向量， S为滤波模块的S参数矩阵。可以看出，在噪声源向量a一定的情况下，S 参数越小，意味着端口之间的耦合越小，就能够得到更好的滤波效能。

如图6所示，对于差模干扰(正负之间噪声)，滤波模块可以看作一个二端口((Port1和Port2)网络，同理可以得出：

b1＝a1S11+a2S12

b2＝a1S21+a2S22 2-2

同样可以得到式2-1，可见滤波模块对差模噪声和共模噪声的抑制作用均可以使用S参数进行量化分析。

下面通过上述微波网络理论来对比本实施例与传统滤波结构。具体的，请参考图1和图2，在传统滤波结构中，假设两个滤波模块(Filter1和Filter2) 的S参数矩阵分别为S1、S2，OBC和DCDC发出的噪声源向量为a1、a2，滤波模块对外发出的噪声向量b为：

b＝a1S1+a2S2 2-3

在本实施例中记三个滤波模块(滤波模块110、滤波模块120和滤波模块130)的S参数矩阵分别为Sc1、Sc2、Sc3，OBC和DCDC发出的噪声源向量为a1、a2，可以得出，整个滤波电路对外发出的噪声向量b为：

b＝a1Sc1Sc3+a2Sc2Sc3 2-4

对比2-3和2-4可以看出，与传统滤波结构相比，本实施例采用的共同滤波方案中的S参数只要满足：Sc1Sc3＝S1，Sc2Sc3＝S2就能达到所需的滤波性能。在滤波模块效费比(费用与系统效能之比)相同的情况下，由于共同滤波方案共用了Sc3部分，滤波模块110和滤波模块120的性能要求均得到了降低，整个滤波电路的性能得到了更有效的利用，从而达到降成本的目的。

另外，与传统滤波结构相比，本实施例提供的滤波电路，由于靠近端口处的滤波电路采用共用结构，使共同滤波方案设计上更为简单，且不易产生谐振。同时，本实施例提供的滤波电路适应了多个模块同时工作的工况条件，能够提高设计效率，缩短调试时间。

上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种滤波电路，用于对包括车载充电机和功率变换单元的集成产品的高压侧进行滤波处理，其特征在于，包括：第一滤波模块、第二滤波模块及第三滤波模块，所述第一滤波模块的输入端与所述车载充电机的输出端连接，所述第二滤波模块的输入端与所述功率变换单元的输出端连接，所述第三滤波模块的输入端与所述第一滤波模块的输出端和所述第二滤波模块的输出端连接，所述第三滤波模块的输出端作为集成产品的输出端。

2.根据权利要求1所述的滤波电路，其特征在于，所述第一滤波模块包括第一共模电感、第一Y电容单元、第二Y电容单元及第一X电容；

所述第一Y电容单元包括第一Y电容和第二Y电容，所述第一Y电容的第一端与所述车载充电机的正极输出端连接，所述第一Y电容的第二端接地；

所述第二Y电容的第一端与所述车载充电机的负极输出端连接，所述第二Y电容的第二端接地；

所述第一共模电感的第一端与所述第一Y电容的第一端连接，所述第一共模电感的第二端与所述第二Y电容的第一端连接，所述第一共模电感的第三端与所述第一X电容的第一端连接，所述第一共模电感的第四端与所述第一X电容的第二端连接；

所述第二Y电容包括第三Y电容和第四Y电容，所述第三Y电容的第一端与所述第一X电容的第一端连接，所述第三Y电容的第二端接地，所述第四Y电容的第一端与所述第一X电容的第二端连接，所述第四Y电容的第二端接地。

3.根据权利要求2所述的滤波电路，其特征在于，所述第二滤波模块包括：第二共模电感、第三Y电容单元、第四Y电容单元及第二X电容；

所述第三Y电容单元包括第五Y电容和第六Y电容，所述第五Y电容的第一端与所述功率变换单元的正极输出端连接，所述第五Y电容的第二端接地；所述第六Y电容的第一端与所述功率变换单元的负极输出端连接，所述第六Y电容的第二端接地；

所述第二X电容的第一端与所述第五Y电容的第一端和所述第二共模电感的第一端连接，所述第二X电容的第二端与所述第六Y电容的第一端和所述第二共模电感的第二端连接；

所述第四Y电容单元包括第七Y电容和第八Y电容，所述第七Y电容的第一端与所述第二共模电感的第三端连接，所述第八Y电容的第一端与所述第二共模电感的第四端连接。

4.根据权利要求3所述的滤波电路，其特征在于，所述第三滤波模块包括：第三共模电感、第五Y电容单元及第三X电容；

所述第三共模电感的第一端与所述第三Y电容的第一端和所述第七Y电容的第一端连接，第二端与所述第四Y电容的第一端和所述第八Y电容的第一端连接，第三端与所述第三X电容的第一端连接，第四端与所述第三X电容的第二端连接；

所述第五Y电容单元包括第九Y电容和第十Y电容，所述第九Y电容的第一端与所述第三X电容的第一端，所述第九Y电容的第二端接地，所述第十Y电容的第一端与所述第三X电容的第二端连接，所述第十Y电容的第二端接地。

5.根据权利要求4所述的滤波电路，其特征在于，所述第一共模电感、所述第二共模电感及所述第三共模电感均包括磁芯及绕在所述磁芯上的两个线圈，且两个线圈尺寸相同、匝数相同、绕制方向相同。

6.根据权利要求5所述的滤波电路，其特征在于，所述第一共模电感、所述第二共模电感及所述第三共模电感均为可调整性电感。

7.根据权利要求1所述的滤波电路，其特征在于，所述功率变换单元为DCDC转换器。

8.根据权利要求1所述的滤波电路，其特征在于，所述第一滤波模块、所述第二滤波模块和所述第三滤波模块均采用π型滤波结构、Γ型滤波结构或T型滤波结构。

9.根据权利要求1所述的滤波电路，其特征在于，所述第一滤波模块、所述第二滤波模块和所述第三滤波模块均为两级滤波结构。

10.根据权利要求1所述的滤波电路，其特征在于，所述第一滤波模块、所述第二滤波模块和所述第三滤波模块均为多级滤波结构。

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