三相交流输入驱动器多等级的滤波设计方案

0.引言

随着工控行业一体化，集成化的快速发展，对系统EMC带来了新的挑战，特别是系统中作为驱动核心的驱动器，作为强干扰源会干扰和自扰系统中的敏感设备。为适应不同的行业与场景应用，驱动器需要多等级的EMI设计，来灵活应对不同的需求，本文以IEC 61800-3中EMI限值要求为基准，针对三相交流输入驱动器给出了多等级的滤波设计方案。

1.EMI等级类简述

1.1 等级简述

C1等级: 驱动器应用在民用或商业环境场合（额定电压＜1000V）。

C2等级：驱动器应用在工业、民用或商业环境场合，特别是民用或商用环境，需要由专业的人员进行安装和调试（额定电压＜1000V）。

C3等级：驱动器应用在工业区域或技术区域环境中（额定电压＜1000V）。

C4等级: 额定电压＞1000V或额定电流＞400A，或者预期应用在工业区域或技术区域环境中的复杂系统中的驱动器。

1.2 限值

（1）C1和C2限值如下表：

表1 C1和C2传导发射限值

表2 C1和C2辐射发射限值

（2）C3限值：

表3 C3传导发射限值

表4 C3辐射发射限值

C4：无具体限值，需客户和制造商协商决定，目前行业多以C3等级要求，避免C4等级复杂风险分析与管理。

2.C1等级的EMI设计方案

2.1 输入一级LC滤波与输出磁环的设计方案

1. C13/C14/C15为端口差模滤波，一般0.22uF~2.2uf左右；
2. L1共模电感为mH级，根据驱动器功率进行选择，一般在2mH~8mH左右，可适当增加差模感量（3%→6%），减小差模电容的体积压力；
3. C1/C2/C3星接差模滤波，一般0.1uF~2.2uF左右，可采用模块化电容（三个电容集成在一起），减小体积；
4. C4为差模星接点对地的共模滤波，一般0.01~1uF左右，C4要结合漏电流要求进行选取。
5. L2输出共模滤波，一般为非晶环形磁环，一匝约为uH级感量，对EMI、RE、运行漏电流都有很大的改善。

① C5/C6/C7为高频滤波，一般1nf~4.7nf左右，选配设计，根据需要进行预留；

② C7/C8为母线滤波，一般2.2nf-0.47uf左右，可结合端口L1形成LC滤波而不需要端口星接部分电容，具体根据设计需求定。同时要确认电容是否满足安规要求。

③ 母线差模和共模的滤波结合，选配设计，根据需要进行预留。C9/C10的串联可降低差模电容耐压等级。因C9和C10的存在，同样可降低共模电容C11的耐压等级；C9/C10一般0.010.47uF，C11一般为2.2nf4.7nF。

④ 母线差模滤波C12，一般1nf-10nf左右，来减小母线回路面积，特别是对30MHz35MHz（RE）频段有36dB左右的改善。

2.2 输入两级LC的设计方案

1.共模电感L1和L2为mH级，一般2mH~5mH左右，根据实际功率进行参数调整；

2.C17/C18/C19为端口差模滤波，一般0.22uF~2.2uf左右；

3.C13/C14/C15/C1/C2/C3星接差模，一般0.22uF1uf左右；C4/C16星接点对地电容，一般0.010.47uF左右。① 、②、③、④同上所述。

3.C2等级的EMI设计方案

3.1 输入一级LC滤波设计方案

3.2 母线电抗器方案

2.C3等级的EMI设计方案

C1/C2/C3星接差模滤波，一般0.1uF2.2uF左右，C4为差模星接点对地的共模滤波，一般0.010.47uF左右；

①、②、③、④为选配，根据调试结果确定，一般②电路保留选取2.2nf或4.7nf。

3.总结

本文结合实际的设计整改与样机解剖分析经验，给出了不同EMI等级的滤波拓扑结构与参数经验范围，可供工程师设计参考。工程师需要注意，滤波拓扑结构可在本文基础进行变化，灵活应对设计与测试过程中的问题。

（1） C1等级需要两级LC拓扑或一级LC加输出磁环可满足要求；

（2） C2等级需要一级LC拓扑或π型拓扑可以满足要求；

（3） C3等级需要电容滤波就可以满足要求；

4.思考与启示

（1） 滤波拓扑设计可结合谐波抑制电抗器进行，减少滤波器件，缩小体积；

（2） 滤波电容一般需要选用安规电容或满足安规认证要求的电容，特别是母线高压滤波电容，避免安规认证不通过。

（3） 对于有漏电保护场合，要从设计端考虑静态漏电流与运行漏电流的抑制或规避方法，避免实际现场使用导致跳闸及触电风险而带来的客户满意度问题；

（4）EMI等级定义与使用环境密切相关，工程师要正向引导客户确定合适的EMI等级需求，从设计、测试、整改及认证等环节避免无意义资源的投入；