一、（輸入輸出）濾波網(wǎng)絡(luò)在電路中的地位：

拓?fù)潆姼校ㄗ儔浩鳎┦峭負(fù)湫枰瑸V波電感是紋波需要，只有當(dāng)拓?fù)潆姼胁蛔阋詽M足紋波要求時(shí)，才使用濾波電感（增加LC濾波網(wǎng)絡(luò)）。

這意味著：

1、如果拓?fù)潆姼袧M足紋波要求，可以不要濾波電路。

2、當(dāng)拓?fù)潆姼胁荒軡M足紋波要求時(shí)，才另外單獨(dú)考慮濾波電路。

3、拓?fù)潆姼械闹饕蝿?wù)是應(yīng)對(duì)拓?fù)湫枰哪芰哭D(zhuǎn)移，而不是應(yīng)對(duì)紋波的。

4、濾波電路的唯一任務(wù)就是濾波，不干別的。

二、濾波網(wǎng)絡(luò)與拓?fù)涞年P(guān)系：

所有電壓型拓?fù)淇偪梢赃@樣表達(dá)：

其中，輸入電容Cin、輸出電容Cout都的拓?fù)湓试S的，甚至是拓?fù)浔仨毜摹?/p>

同時(shí)，Cin、Cout 也可以理解為拓?fù)浔旧淼?、自帶的濾波電路 。

這里，虛線內(nèi)的濾波網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在是一個(gè)電容，也就是二端濾波網(wǎng)絡(luò)，但是它也可以是三端甚至四端網(wǎng)絡(luò)。

注意：圖中沒(méi)有任何電感，拓?fù)涞碾姼校ɑ蛘咦儔浩鳎┰谕負(fù)淠K內(nèi)沒(méi)有畫出來(lái)。

三、輸出濾波網(wǎng)絡(luò)

對(duì)于大多數(shù)電壓型拓?fù)涠?，輸出端總有一個(gè)電容Cout，而且這個(gè)電容就是濾波的意思。

一般情況下，我們總可以通過(guò)調(diào)整 Cout 的大小滿足任何需要的紋波要求。

然而在某些情況下，我們無(wú)法通過(guò)調(diào)整 Cout  的大小獲得需要的輸出紋波，比如：

1、滿足需要的紋波時(shí)，需要的 Cout 太大，成本和體積不允許。

2、在接近短路運(yùn)行時(shí)（比如電焊機(jī)或者點(diǎn)焊機(jī)），普通電容的電流指標(biāo)不能滿足要求。

3、某些應(yīng)用不允許太大的 Cout 存在，比如逆變系統(tǒng)，太大的 Cout 將導(dǎo)致控制的困難。

4、出于可靠性的考慮，在輸出端不使用電解電容。

5、高精度電源，由于電容ESR的存在，始終達(dá)不到要求的輸出紋波指標(biāo)。

怎么辦呢？

其實(shí)很簡(jiǎn)單：

1、找出這個(gè)我們能夠接受的電容

2、把這個(gè)電容一分為二

3、中間放一個(gè)適當(dāng)?shù)碾姼?/p>

4、調(diào)整這個(gè)電感直到滿足輸出紋波的要求。OK？

幾點(diǎn)說(shuō)明：

1、一般電源都是輸出有功功率，即阻性負(fù)載，這時(shí)我們直接取 Co1 = Co2 濾波效果最好。

2、即使負(fù)載有部分感性成分，因?yàn)橐话?Co2 都比較大，其容抗足以應(yīng)付較大的感性負(fù)載沖擊，一般不必考慮加大 Co2 。

3、容性負(fù)載（比如電解電源和充電電源）時(shí)，可考慮減小 Co2（即突出 Co1），大幅度減小也沒(méi)有關(guān)系。

4、電焊電源可以（應(yīng)該）取消 Co2。

5、諧振負(fù)載（比如超聲波電源、感應(yīng)加熱電源）慎用此法。

6、濾波就是濾波，別和拓?fù)淅锩娴碾姼袛囋谝黄?，只有這樣才能達(dá)到最好的效果。

7、除特殊情況外，不建議使用兩極或多級(jí) LC 濾波，在總電容量和總用銅用磁量相當(dāng)?shù)那闆r下，單級(jí)濾波紋波效果最好，也不會(huì)產(chǎn)生駐波干擾。

四、設(shè)計(jì)舉例一、（典型）輸出濾波

將就上一貼的 50KHz、100W（120W）反激電源為例，當(dāng)前紋波指標(biāo)為 30mV。

現(xiàn)在要求達(dá)到 2mV 的紋波精度（壇內(nèi)內(nèi)什么地方在說(shuō)這個(gè)事）。

方法一：加大輸出濾波電容：

將現(xiàn)用濾波電容 C2 的 2200uF 增加 15 倍，即 33mF，輸出紋波則對(duì)應(yīng)降低 15 倍（沒(méi)考慮ESR），即等于 2mV。

如果覺(jué)得 33mF25V 的海量電解不好找，或者不合算，那么：

方法二：增加一級(jí) LC 濾波：

當(dāng) Co1 = Co2 = 470uF 時(shí)，配合一個(gè) 5A 1.3uH 的電感，輸出（與PWM同頻的）紋波即可下降到 1.6mV 以下?；蛘撸?/p>

當(dāng) Co1 = Co2 = 330uF 時(shí)，配合一個(gè) 5A 2.2uH 的電感，輸出紋波即可下降到 2.0 mV 左右。

可見(jiàn)，即使增加一點(diǎn)點(diǎn) LC 濾波。對(duì)輸出紋波、成本、體積的改善都是非常顯著的。

再來(lái)看這個(gè)濾波電感的工況：

電流的直流成分 5.0A，交流成分 0.1A  左右，大約只占 2%。

也就是說(shuō)，這個(gè)電感基本上就是個(gè)直流偏電感，交流成分甚微。這意味著可以不必使用高級(jí)材料，也不考慮集膚效應(yīng)，用普通鐵粉芯磁環(huán)單股繞制即可。

下面是這個(gè)電感的設(shè)計(jì)參數(shù)：

小結(jié)：

在輸出端增加 LC 濾波網(wǎng)絡(luò)是很簡(jiǎn)單的事情，只要將濾波電容一分為二、（隨便）插入一個(gè)電感就能使（不插入電感等效于原電路）濾波效果顯著提升，而且效果總是比單電容濾波效果好。因此：

1、工程師應(yīng)該隨時(shí)想到：“我那個(gè)濾波電容是不是應(yīng)該分成二個(gè)，中間插個(gè)小工字？” 而且不用算，肯定比單電容好。

2、此法在同等情況下提高濾波效果，或者在同等濾波效果下降低成本、縮小體積，甚至縮小PCB面積。

3、既然不增加成本（甚至降低成本）就能夠?qū)崿F(xiàn)，因此在拓?fù)淅锩妫ǖ碾姼猩匣蛘呖刂颇Ｊ缴希┤ゴ蛑饕鉁p少紋波就是一件既費(fèi)力又不討好的事情，什么“某某拓?fù)?、某某模式紋波大”的問(wèn)題也不再應(yīng)是問(wèn)題。

五、設(shè)計(jì)舉例二、逆變輸出濾波

逆變電源輸出濾波的特殊性在于：逆變電源總希望一個(gè)最小的Cout。如果Cout 太大，在輕載或者空載狀態(tài)很難保證輸出波形的正確。

因此，逆變器的輸出濾波問(wèn)題歸結(jié)為：如何用一個(gè)最小的Cout 獲得最好的濾波效果。

現(xiàn)在就按照 HolyFaith   提出的5KW單相逆變器（載波20K、輸出220VAC、50Hz）為例，設(shè)計(jì)這個(gè)濾波。

為簡(jiǎn)化問(wèn)題就不去做SPWM驅(qū)動(dòng)了，大致擬訂一個(gè)全橋逆變的運(yùn)行參數(shù)，仿真電路如下：

輸入電壓400VDC。輸出220VDC5KW，負(fù)載電阻Rz=9.68Ω，給出正確的驅(qū)動(dòng)邏輯（正半周關(guān)閉Q2、Q3），調(diào)整占空直到輸出峰值電壓311V?？傻玫捷敵黾y波參數(shù)。

電路中有2個(gè)電感，l1是拓?fù)鋬?chǔ)能電感，l2是濾波電感，兩電感雖然工況不同，但是都工作在大直流偏置狀態(tài)，偏置電流基本相當(dāng)。因此，可以先采用相等的電感量進(jìn)行仿真，這樣2個(gè)電感的磁、銅量大致相當(dāng)。

C1、C2是濾波電容，其大小影響調(diào)節(jié)性能，不能太大，暫時(shí)擬訂一個(gè)值、且相等。

不同的LC對(duì)應(yīng)不同的濾波效果，以紋波指標(biāo)Vpp<1V（大致與10位AD匹配）為例，可得到l1=l2=400uH、C1=C2=3.3uF 這一組配合。

輸出總電容=6.6uF，輸出紋波0.85V，l1峰值電流37A，l2峰值電流32A：

電感設(shè)計(jì)：

l1在可能的情況下盡量采用鐵硅鋁，因?yàn)椴蝗菀罪柡?，成本也不高。?jīng)過(guò)仿真和計(jì)算配合運(yùn)算，得到如下中間設(shè)計(jì)成果：l1可以用導(dǎo)磁率為26、型號(hào)為77191的鐵硅鋁環(huán)2~6只制作，有關(guān)參數(shù)如圖。

l2可以考慮與l1同樣尺寸的鐵粉芯磁環(huán)制作。即外徑57.2mm、型號(hào)T225-52的藍(lán)綠環(huán)2~6只。這里，“同樣尺寸”不是設(shè)計(jì)優(yōu)化需要，而是一種心理的、感官的合理性，或許暗藏成本、效率的合理性，如果濾波電感比主電感還大，感覺(jué)就喧賓奪主了。

電容的設(shè)計(jì)：

電感設(shè)計(jì)是以逆變輸出的峰值電壓為設(shè)計(jì)工況，因?yàn)檫@個(gè)工況產(chǎn)生最大的電流峰值，決定了電感的極限特征。

然而，由于逆變輸出峰值電壓時(shí)占空比最大，不一定是紋波最大，因此，電容的設(shè)計(jì)應(yīng)該以紋波最大的工況為設(shè)計(jì)依據(jù)。

以三只磁環(huán)疊繞的電感為例，仿真找出輸出紋波最大值大約發(fā)生在占空比=0.8時(shí)。

不同的磁性材料、電路和電感參數(shù)，最大紋波發(fā)生的占空是不同的。更重要的是，不同的電感需要不同的電容配合才能達(dá)到需要的紋波。

下面是滿足1V 紋波指標(biāo)上述4種電感需要的電容配合：

附：仿真文件下載12824013634c6fe45382dc9 

六、輸入濾波網(wǎng)絡(luò)

輸入端的情況與輸出端有所不同。

如果輸入是電流源，Cin 的存在是電壓型拓?fù)浔仨毜?，Cin 可理解為單純的二端電壓濾波網(wǎng)絡(luò)，更復(fù)雜的三端或者四端濾波也可以就此展開(kāi)。

而一般情況下，輸入是電壓源（而且不是理想的電壓源，有內(nèi)阻）。這就引發(fā)了以下問(wèn)題：

1、電壓源與電壓型拓?fù)涫窍噙m應(yīng)的，Cin 似乎是多余的，依靠Cin 針對(duì)紋波電壓的濾波的必要性就成了問(wèn)題。

2、電壓源與 Cin 是沖突的，因?yàn)?Cin 也可以看成是電壓源，而兩個(gè)電壓源的并聯(lián)是不允許的。就是說(shuō)，Cin 不能太大。

3、對(duì)于AC/DC變換，我們必須用很大的 Cin 才能獲得穩(wěn)定的母線電壓，這時(shí)就要軟啟動(dòng)。

因此，針對(duì)電壓型拓?fù)漭斎攵说臑V波更多的是對(duì)于紋波電流（而不是電壓）的濾波，而且與電壓源直接并聯(lián)的 Cin 的大小受到了限制。

然而，輸入端濾波的任務(wù)卻是很繁重的，輸入濾波的重要性不僅體現(xiàn)在它必須給電源變換器提供一個(gè)穩(wěn)定的母線電壓，而且（或者是更重要的）它必須盡可能地減少電源變換器對(duì)一次電源的（紋波電流的）沖擊和干擾。

這種干擾隨著拓?fù)涞牟煌黠@區(qū)分為共模干擾和差模干擾，一般情況是：

不隔離電路以差模干擾為主，共模干擾較少或者沒(méi)有，沒(méi)有的辦法也很簡(jiǎn)單，全部接地（包括外殼和散熱器）。

隔離電路除了同樣程度的差模干擾外，還有可觀的共模干擾存在，必須共模濾波。

關(guān)于差模干擾和共模干擾的研究文獻(xiàn)很多，這里不多說(shuō)，主要強(qiáng)調(diào)一下基本的應(yīng)對(duì)思路：

1、可以不采?。ɑ蛘呱俨扇。┎钅V波的情況是：1）上級(jí)電源輸出是個(gè)濾波電容（或者電池）；2）自身電源有一個(gè)大的輸入濾波電容（比如直接整流的AC/DC變換的直流母線濾波電容）

2、除以上情況之外，均應(yīng)采取差模濾波措施。

3、共模濾波必須在盡可能采取其他減少共模干擾的措施基礎(chǔ)上實(shí)施。不要只靠共模濾波來(lái)解決問(wèn)題。

4、由于共模濾波和差模濾波的工況完全不一樣，應(yīng)嚴(yán)格區(qū)分、分別處理，反對(duì)混為一談的處理方式。

5、一般的方式是：共模濾波在前、差模濾波在后。即：