[发明专利]基于改进FOSTER高频模型的EMI滤波器及其设计方法

说明书

本发明公开了一种基于改进FOSTER高频模型的EMI滤波器及其设计方法，涉及电力技术应用领域，其中EMI滤波器包括：火线支路和零线支路，在所述火线支路和所述零线支路上连接多个X电容组、多个Y电容组和多个共模电感，其中，X电容组跨接在所述火线支路和所述零线支路之间，Y电容组跨接在所述火线支路和所述零线支路之间，共模电感跨接在所述火线支路和所述零线支路之间。采用上述技术方案，由于采用改进型Foster网络串联模型结构，使得EMI滤波器在测试时中扼流圈的电感值减小的同时，还能使寄生电容显著减小，使得扼流圈的阻抗高频特性得到改善，实现EMI滤波器在全频段均能有效实现电磁干扰的抑制。

技术领域

本发明涉及电力技术应用领域，特别涉及一种基于改进FOSTER高频模型的EMI滤波器及其设计方法。

背景技术

随着电力电子技术的不断成熟以及氮化镓、碳化硅等新材料器件的逐步推广，电力电子设备的开关频率不断提高、功率密度不断提升，由此带来的电磁干扰问题也日益严重。世界各国和国际组织陆续出台了相关的技术规范，如国际无线电干扰特别委员会CISPR提出的CISPR22，欧洲标准规定的EN55022以及我国颁布的GB9254等。

为了使电力电子设备通过相关的传导电磁干扰测试，工程师们常采用在设备的电源进线处加入EMI滤波器的方式。但是，由于共模扼流圈的磁芯材料特性随频率变化以及绕组寄生电容的存在，其阻抗高频特性不理想，会造成EMI滤波器在高频段的衰减不足，进而导致无法通过传导电磁干扰测试。

为了更准确地评估EMI滤波器的滤波性能，需要建立共模扼流圈在150kHz-30MHz传导干扰测试范围内的高频模型。有学者提出采用Foster网络串联模型对共模扼流圈的共模阻抗进行拟合，其缺陷是没有考虑磁芯材料频率特性的影响。而研究人员又在建模过程中假设磁芯磁导率随频率变化的设计是线性的，当磁芯材料磁导率非线性严重时模型就不准确了。也有学者提出的模型能较好地反应磁芯材料频率特性的影响，但其建模的前提是需要对磁芯材料的磁导率进行精确的测量，对仪器的要求比较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于改进FOSTER高频模型的EMI滤波器及其设计方法，解决现有技术中EMI滤波器在高频段的衰减不足而导致无法通过传导电磁干扰测试的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种基于改进FOSTER高频模型的EMI滤波器，包括：火线支路和零线支路，在所述火线支路和所述零线支路上连接多个X电容组、多个Y电容组和多个共模电感，其中，X电容组跨接在所述火线支路和所述零线支路之间，Y电容组跨接在所述火线支路和所述零线支路之间，共模电感跨接在所述火线支路和所述零线支路之间。

其中，所述共模电感的数量为两个，第一共模电感跨接在所述火线支路和所述零线支路之间，第二共模电感跨接在所述火线支路和所述零线支路之间；

所述X电容组的数量为三组，第一X电容组、第二X电容组和第三X电容组的输入端与所述第一共模电感和所述第二共模电感的输入端串联，所述第一X电容组、第二X电容组和第三X电容组的输出端与所述第一共模电感和所述第二共模电感的输出端串联。

具体的，所述Y电容组的数量为两组，第一Y电容组和第二Y电容组的输入端与所述第一共模电感和所述第二共模电感的输入端串联，所述第一Y电容组和第二Y电容组的输出端与所述第一共模电感和所述第二共模电感的输出端串联；

所述第一Y电容组包括两个Y电容，两个所述Y电容串联，所述第二电容组包括两个Y电容，两个所述Y电容串联。

其中，在所述火线支路和所述零线支路之间还跨接有等效负载电阻，所述等效负载电阻包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和所述第二电阻串联。

其中，所述EMI滤波器中的共模增益采用下式(1)计算：