母线电容纹波抑制方法
高频高压开关电源直流母线纹波电流的抑制方法
图3
变压器分布参数模型
上图中，匝间等效电容一般是 pF 数量级，整个绕组的等效并联电容约为数千 pF 量级。 通过以上分析，忽略绕组直流电阻，绘出变压器等效电路（见图 4a），其中 L1，L2 分别为原边和副边的漏电感； C1 为原边绕组等效分布电容，C2 为副边绕组等效分布电容；R1，R2 分别为原边和副边绕组的电阻；由于原边 匝数只有几匝，直接在原边并且不需要变比折算，因此产生的分布电容可以忽略，同时将副边高压绕组的分布电 容通过变比折算到原边后得到如图所示的等效电路（图 4b）
图 6a 变压器加入补偿电感后等效电路
图 6 变压器各电流矢量图
图 6a 中 I 为补偿后逆变器的输出电流，I1 为变压器净输入电流，I2 为补偿电流，电流矢量图见图 6b，I0 为 有功电流，补偿恰当时 I2=I1，逆变器的输出电流 I 接近有功电流 I0，当 I2=I1 时，由 I 2 电感的电感量为：
5 结束语
以上分析基于变压器空载调试的数据确定的，准确计算出变压器的分布参数尚有困难，实际运行当中，副边 还接有倍压电路，也属于容性负载，无功电流还会进一步增大，补偿电感需做适当调整，具体可通过实验确定最 佳参数，使得补偿适当。加入补偿电感后，变压器原边电流环路可以取消不用，调试时可以直接进行开环升压， 不用担心电流较大引起功率开关管损坏。
U 算出外加补偿 2fL2
749
L2
U 9.72H 2fI 2
在原先变压器空载实验的基础上，将绕制好的补偿电感并入变压器原边后，其他实验条件不变，将电流探头 灵敏度改为 100 mV/A，用示波器测量电压电压及电流的波形如下：
图 7 加入补偿电感后电压、电流实测波形
Ch1: 20V/div、CH2: 200mV/div(100mV/A)
纹波电流大的解决方法
纹波电流大的解决方法纹波电流是指电力系统中交流电源输出的电流中所含有的高频成分，通常以正弦波电流为基准，其波形上下存在着一定的纹波。
纹波电流会给电力系统带来一系列的问题，例如对设备的损坏、传输中的能量损耗等。
因此，如何降低纹波电流成为了电力系统设计与维护中的重要问题。
降低纹波电流的方法有很多种，下面将逐一介绍几种常见的解决方法。
1. 电容滤波器电容滤波器是最常见的降低纹波电流的方法之一。
它通过在电路中串联一个电容器，将高频纹波电流绕过负载，从而降低纹波电流的幅值。
电容滤波器的原理是利用电容器对频率的特性，将高频成分导流，使其不进入负载。
在设计电容滤波器时，需要根据系统的频率特性和纹波电流的幅值要求选择合适的电容值。
2. 电感滤波器电感滤波器也是常用的降低纹波电流的方法之一。
它通过在电路中串联一个电感器，利用电感器对高频成分的特性，将高频纹波电流滤除，以减小纹波电流的幅值。
电感滤波器的原理是基于电感器对频率的特性，使高频成分产生阻抗，从而起到滤波的作用。
在设计电感滤波器时，需要根据系统的频率特性和纹波电流的幅值要求选择合适的电感值。
3. 三相桥式整流器三相桥式整流器是一种常用的降低纹波电流的方法。
它通过将三相交流电源经过整流变换为直流电源，从而减小纹波电流的幅值。
在三相桥式整流器中，通常会使用滤波电容器来进一步降低纹波电流的幅值。
通过合理选择整流器的参数和滤波电容器的容值，可以有效降低纹波电流的幅值。
4. 电动势补偿电动势补偿是一种通过引入电动势来抵消纹波电流的方法。
它利用电容或电感等元件产生电动势，与纹波电流相位相反，从而抵消纹波电流的幅值。
电动势补偿的原理是基于相位差的原理，通过合理选择电动势的参数和相位关系，可以有效降低纹波电流的幅值。
5. 控制器设计优化控制器设计优化是一种综合考虑系统特性和控制策略的方法。
通过合理设计控制器的参数和控制策略，可以有效降低纹波电流的幅值。
控制器设计优化的原理是基于系统的动态响应特性，通过调整控制器的参数和控制策略，使系统的响应更加平稳，从而减小纹波电流的幅值。
纹波抑制
• 低频纹波 • 低频纹波是与输出电路的滤波电容容量相关。由于开关电 源体积的限制，电解电容的容量不可能无限制地增加，导 致输出低频纹波的残留，该输出纹波频率随整流电路方式 的不同而不同。 • 一般的开关电源由AC/DC和DC/DC两部分组成。AC/DC 的基本结构为整流滤波电路，它输出的直流电压中含有交 流低频纹波，其频率为输入交流电源频率的二倍，幅值与 电源输出功率及滤波电容容量有关，一般控制在10%以内 。该交流纹波经DC/DC变换器衰减后，在开关电源输出端 表现为低频噪声，其大小由DC/DC变换器的变比和控制系 统的增益决定。
3、PCB layout要求 • 开关电源的PCB布线也非常关键，这是个很辣手的问题。 4、在二极管上并电容C或RC • 二极管高速导通截止时，要考虑寄生参数。在二极管反向 恢复期间，等效电感和等效电容成为一个RC振荡器，产 生高频振荡。为了抑制这种高频振荡，需在二极管两端并 联电容C或RC缓冲网络。电阻一般取10Ω-100 Ω，电容取 4.7pF-2.2nF。 • 在二极管上并联的电容C或者RC，其取值要经过反复试验 才能确定。如果选用不当，反而会造成更严重的振荡。
b、合理选择闭环调节器的开环放大倍数和闭环 调节器的参数，开环放大倍数过大有时会引起调 节器的振荡或自激，使输出纹彼含量增加，过小 的开环放大倍数使输出电压稳定性变差及纹波含 量增加，所以调节器的开环放大倍数及闭环调节 器的参数要合理选取，调试中要根据负载状况进 行调节。 c、在反馈通道中不增加纯滞后滤波环节，使延时 滞后降到最小，以增加闭环调节的快速性和及时 性，对抑制输出电压纹波是有益的
• 闭环调节控制引起的纹波噪声
2、抑制纹波的一般措施和方法 • 低频纹波的抑制 • 低频纹波抑制的几种常用的方法： a、加大输出低频滤波的电感，电容参数， 使低频纹波降低到所需的指标。 b、采用前馈控制方法，降低低频纹波分量 。
电机母线电压纹波补偿
电机母线电压纹波补偿
电机母线电压纹波补偿是一种常见的电力电子技术，用于减小电机运行过程中母线电压的纹波。
电机运行过程中，由于工作负载的变化和电源电压的不稳定性，电机供电的直流母线电压会出现一定的纹波。
这种电压纹波会对电机的运行性能和寿命造成一定的影响，因此需要进行补偿。
电机母线电压纹波补偿的主要方法有：1. 电容滤波：在电机母线上串联一个电容器，利用其对高频纹波的滤波作用，减小母线电压的纹波。
这种方法简单易行，成本较低，但对纹波的消除效果有一定限制。
2. 电感滤波：在电机母线上串联一个电感器，利用其对低频纹波的滤波作用，减小母线电压的纹波。
这种方法适用于低频纹波的补偿，效果较好，但电感器的参数需要根据应用情况选择合适。
3. PWM调制：通过采用脉宽调制技术，将输入电源的直流电压转换为高频脉冲信号，然后再通过滤波电路将其转换为纹波较小的直流电压。
这种方法适用于高频纹波的补偿，可以实现较好的纹波抑制效果，但需要较为复杂的控制电路和滤波器设计。
4. 无刷电机驱动技术：通过采用无刷电机驱动技术，利用无刷电机驱动器内部的电流控制回路和滤波电路，实现对母线电压纹波的补偿。
这种方法适用于无刷电机的驱动，能够实现较好的纹波抑制效果，但需要额外的无刷电机驱动器和控制电路。
以上方法可以单独或组合使用，根据具体应用场景和需求选择合适的补偿方法。
电机母线电压纹波补偿可以提高电机的运行稳定性和效率，减小对其他电器设备的干扰，延长电
机的使用寿命。
单相并网逆变器母线电容纹波分析与抑制研究
单相并网逆变器母线电容纹波分析与抑制研究戴志威;舒杰;周龙华【摘要】由Boost电路和DC/AC电路组成的两级并网逆变器会在直流母线电容上产生高低频纹波,过大的纹波电压会导致输出电压畸变,而过大的纹波电流会导致电容发热,缩短使用寿命.文章针对某3 kW单相光伏并网逆变器,提出了一种纹波电压和纹波电流综合分析整治方法,依此来指导母线电容参数的选取和抑制纹波幅值.样机试验结果说明了分析方法的正确性.【期刊名称】《可再生能源》【年(卷),期】2014(032)010【总页数】5页(P1448-1452)【关键词】并网逆变器;母线电容;纹波电压;纹波电流【作者】戴志威;舒杰;周龙华【作者单位】中国科学院广州能源研究所,广东广州 510650;中国科学院可再生能源重点实验室,广东广州510650;中国科学院大学,北京 100049;中国科学院广州能源研究所,广东广州 510650;中国科学院可再生能源重点实验室,广东广州510650;中国科学院广州能源研究所,广东广州 510650;中国科学院可再生能源重点实验室,广东广州510650【正文语种】中文【中图分类】TM6150 引言随着电力电子技术和数字信号处理技术的发展，基于PWM的光伏并网逆变器理论与应用研究更加深入，其应用产品也日益广泛。
以DC/DCDC/AC为拓扑结构的两级光伏并网逆变器依然是小功率产品的主流。
Boost电路和DC/AC电路组成的两级并网逆变器在直流母线电容上产生高低频纹波，过大的纹波电压会导致输出电压畸变，并网电流波形质量差，严重时会给电网的安全运行带来威胁；而过大的纹波电流会使电容发热，寿命缩短，使逆变器损耗加大，转换效率降低[1]～[3]。
传统的分析方法只单独分析Boost电路或逆变电路桥在母线电容上的纹波表达，且多为离网的应用案例，还没有针对并网逆变器全面分析母线电容上的纹波特性。
文献[1]分析了全桥不可调度式单相光伏并网装置的主功率器件在单极性切换模式中的电流及能量流向规律，并据此提出了太阳电池两端平波电容的容量选取原则。
消除纹波的方法
消除纹波的方法在电子电路中，纹波是指电压或电流中周期性的波动。
这种波动可能会对电子设备产生不利影响，因此，掌握消除纹波的方法至关重要。
本文将为您详细介绍几种消除纹波的方法。
一、纹波产生的原因1.电源波动：电源本身的电压波动会导致输出电压纹波。
2.负载变化：电子设备负载的波动也会引起输出电压纹波。
3.元器件性能：电路中元器件的性能不稳定，如电容、电感等，可能导致纹波产生。
二、消除纹波的方法1.线性稳压器线性稳压器是一种常见的消除纹波的方法。
它通过调整稳压器的输出电压，使其稳定在设定值。
线性稳压器具有结构简单、可靠性高等优点，但功耗较大。
2.开关稳压器开关稳压器利用开关元件对输入电压进行脉冲宽度调制（PWM），从而实现高效、低功耗的电压稳定。
开关稳压器具有体积小、效率高等优点，但电路较为复杂。
3.滤波器滤波器是一种用于消除纹波的被动元件。
根据纹波频率，可以选择低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等。
滤波器能有效抑制纹波，但需要注意选择合适的滤波器类型和参数。
4.电容补偿电容补偿是通过在电路中添加适当容值的电容，提高电源的负载能力，从而降低纹波。
电容补偿简单易行，但需要根据负载变化调整电容值。
5.磁性元件磁性元件（如电感、变压器）具有储能和滤波作用，能有效抑制纹波。
磁性元件的选择和设计需根据实际电路参数进行。
6.数字信号处理对于数字信号处理电路，可以通过软件算法对纹波进行补偿。
这种方法具有灵活性高、适应性强等优点，但需要一定的编程和算法知识。
7.多级稳压多级稳压是指将多个稳压器级联，逐级降低纹波。
这种方法适用于对纹波要求较高的场合，但电路复杂度和成本较高。
三、总结消除纹波的方法多种多样，需要根据实际电路需求和性能要求进行选择。
在设计电路时，应充分考虑纹波产生的原因，采用合适的消除纹波方法，确保电子设备的稳定运行。
5招搞定!抑制纹波、减小高频噪声超简单
5招搞定!抑制纹波、减小高频噪声超简单
5 招搞定！抑制纹波、减小高频噪声超简单
开关电源的纹波和噪声是一个本质问题，换而言之无论纹波和噪声多幺小，也无法从根本上去除，再绝对的讲，开关电源无论成本怎幺提高，也无法完全达到线性电源的性能和特点。
那幺，通常抑制或减少它的做法有五种：
1.加大电感和输出电容滤波
根据开关电源的公式，电感内电流波动大小和电感值成反比，输出纹波和输出电容值成反比。
所以加大电感值和输出电容值可以减小纹波。
同样，输出纹波与输出电容的关系：vripple=Imax/(Co×f)。
可以看出，加大输出电容值可以减小纹波。
通常的做法，对于输出电容，使用铝电解电容以达到大容量的目的。
但是电解电容在抑制高频噪声方面效果不是很好，而且ESR 也比较大，所以会在它旁边并联一个陶瓷电容，来弥补铝电解电容的不足。
同时，开关电源工作时，输入端的电压Vin 不变，但是电流是随开关变化的。
这时输入电源不会很好地提供电流，通常在靠近电流输入端(以BucK 型为例，是SWITcH 附近)，并联电容来提供电流。
上面这种做法对减小纹波的作用是有限的。
因为体积限制，电感不会做的很大；输出电容增加到一定程度，对减小纹波就没有明显的效果了；增加开关频率，又会增加开关损失。
所以在要求比较严格时，这种方法并不是很好。
关于开关电源的原理等，可以参考各类开关电源设计手册。
2.二级滤波，就是再加一级LC 滤波器
LC 滤波器对噪纹波的抑制作用比较明显，根据要除去的纹波频率选择合适的电感电容构成滤波电路，一般能够很好的减小纹波。
消除纹波的方法
消除纹波的方法
纹波是指在电力传输过程中出现的电压或电流波动现象，可能会影响电力系统
的稳定性和安全性。
因此，消除纹波是电力系统运行中非常重要的一项任务。
以下是一些常用的消除纹波的方法：
1. 调整电源质量：电源质量不佳是导致纹波的一个常见原因。
因此，可以通过
安装电力滤波器、使用电源稳压器等措施来提高电源的质量，减少纹波的产生。
2. 安装滤波器：滤波器是一种能够滤除电力信号中的杂波和谐波的装置。
在电
力系统中，安装滤波器可以有效消除纹波，提高电力系统的稳定性。
3. 使用电容器：电容器是一种能够储存电能的元件，可以在电力系统中起到平
滑电压波动的作用。
通过合理配置电容器，可以消除电力系统中的纹波。
4. 调整负载平衡：负载不平衡也是导致电力系统中纹波产生的原因之一。
因此，通过调整负载的平衡性，可以有效减少电力系统中的纹波。
5. 使用线性稳压器：线性稳压器是一种能够稳定输出电压的电子元件，可以有
效消除电力系统中的纹波。
通过使用线性稳压器，可以提高电力系统的稳定性和可靠性。
6. 加装电容：电容器是一种可以储存电能的电子元件，可以在电力系统中平滑
电压波动。
通过合理加装电容，可以有效消除电力系统中的纹波。
总的来说，消除电力系统中的纹波是电力系统运行中非常重要的一项任务，可
以通过调整电源质量、安装滤波器、使用电容器、调整负载平衡、使用线性稳压器等方法来实现。
通过有效的消除纹波，可以提高电力系统的稳定性和可靠性，确保电力系统的正常运行。
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6
二、BUS电压纹波的产生
• 综合上述分析可以用一个表达式表示BUS电压 纹波：
1 t Vc (iPFC iINV )dt Const Rn in C 0 n 1
（4）
其中
lim in 0
n
lim Rn 0
n
7
二、BUS电压纹波的产生
为证实提出方法的有效性，做了一下仿真。图5是仿 真的主电路架构。
图6 有源滤波网络抑制BUS纹波的仿真电路简图
14
三、BUS电压纹波的抑制
图6 没有滤波网络时BUS电压纹波 单边BUS电压纹波波峰到波谷有16V左右
15
三、BUS电压纹波的抑制
图7 加入滤波网络后BUS纹波电压 可以看出单边BUS纹波电压波峰到波谷 幅值最大为3.5V左右
17
四、BUS电压纹波对BUS电容寿命的影响
• 谐波电流流过电容ESR发热，影响 BUS电容寿命。 • 流过BUS电容的谐波电流包括PFC 输入BUS电容谐波电流与BUS电容 向逆变输出提供的电流谐波。
18
四、BUS电压纹波对BUS电容寿命的影响
首先考虑逆变电感电流在+BUS电容上 产生的谐波。 • 对于逆变输出正半周，+BUS电容通过 开关管开启为逆变电感提供电流脉冲。 • 逆变负半周，逆变电感电流通过正边二 极管续流到+BUS电容。
n tg 1
1 2 2 cn dn 2
cn dn
N次谐波有效值：
I PFCn
24
2 2 Rn ( I INVn I PFCn ) n 1
四、BUS电压纹波对BUS电容寿命的影响
电流谐波在ESR上产生的最大损耗为：
2 2 Ptotal Rn ( I INVn I PFCn ) n 1
为此还需要知道 n次谐波处的ESR。 下表是常温下测到的型号为 ALS30A 472 NJ 450的 ESR，也是3A1-15KVA采用的BUS电容。 图10是根据这个表作的拟合曲线。
25
四、BUS电压纹波对BUS电容寿命的影响
表1
26
四、BUS电压纹波对BUS电容寿命的影响
图10 ESR拟合曲线
29
30
0.012
0.014
0.016
0.018 0.02
10
二、BUS电压纹波的产生
图4 3A1带R满载时的BUS电压波形
11
三、BUS电压纹波的抑制
根据以上分析，要减小BUS电压的纹波，关键是要减 小等式（4）中右边积分相中的 iPFC iINV ，为此在原 有架构中加入有源滤波网络
图5 加滤波网络后的结构简图
8
二、BUS电压纹波的产生
一个实例
现有3A1-15KVA机型中，单边BUS电容 为 C 4700 2 F ，满载情况带R载总 功率为12KW
9
二、BUS电压纹波的产生
27.619 30
20
V( t ( i) ) 10
0
1.28 10
0 0
0.002
0.004
0.006
0.008
0.01 t ( i)
• 结合具体机型可以得到如下结论： ①如果三相输入平衡，三相输出也平衡 （3A3），BUS纹波可以很小，如果是阻性负 载，BUS电压纹波主要由谐波电流通过ESR引 起； ②如果三相输出不平衡， 3A1 极端情况下， BUS电压纹波的大小取决于输出负载电流的大 小； ③对于单进单出，BUS电压纹波也很小。
UPS中BUS电压纹波产生及 抑制分析
彭世东 林新春 山特技术研究中心 2005/06/25
1
• 提纲：
一、问题提出 二、BUS电压纹波产生分析 三、BUS电压纹波抑制策略 四、 BUS电压纹波对BUS电容寿命的影响
2
一、问题提出
• 三进单出（3A1）UPS中，由于输出 （单相）相对输入（三相）的不对称， BUS电容有周期性的较大的充放电，导 致BUS电压纹波较大。 • 影响UPS的性能 • 增加BUS电容的损耗
19
四、BUS电压纹波对BUS电容寿命的影响
图8 正BUS电容为逆变提供的容寿命的影响
正BUS电容为逆变提供的电流就是三相电流 的叠加，设 iINV (t ) 是叠加电流，而且显然是个 周期函数，可以用三角级数表示：
2 2 iINV (t ) a0 an bn sin(n t n ) n 1
5
二、BUS电压纹波的产生
上式中，等式右边的Const是一常数； 1 +BUS电压纹波由 C (i i )dt决定，上 式表明： +BUS电压纹波大小与电容成反比;与 iPFC iINV 的幅值成正比。 另一部分是由谐波电流通过ESR产生， 但这部分很小。
t 0 PFC INV
16
三、BUS电压纹波的抑制
• 成本初步评估 减少：电容两个（210*2 RMB） 增加：一个电感由T300-8D和T300-8组成 （180 RMB） ； 4只IGBT，型号IRGPS60B120KD （40*4 RMB）； 一个Tamura 100A的HCT (56 RMB)； IGBT的驱动电路(<20 RMB) 成本：在不考虑散热片情况下，成本基本持 平
3
二、BUS电压纹波的产生
图1 半桥逆变简图
4
二、BUS电压纹波的产生
首先分析一下逆变电感电流、PFC输入电流与 BUS电压纹波间的关系。如图1所示，理想情 况下对于+BUS有： （1） iINV ic iPFC
ic dVc C dt
（2）
可以导出：
1 t Vc (iPFC iINV )dt Const （3） C 0
12
三、BUS电压纹波的抑制
由图5对+BUS部分列方程经推导可得：
1 t Vc (iL (iINV iPFC ))dt Const C 0
只要将 iL 控制得与 iINV iPFC 尽量相等， +BUS电压纹波就可以被抑制。
13
三、BUS电压纹波的抑制
2 2 iINV (t ) c0 cn dn sin(n t n ) n 1
c0
1 T iPFC (t )dt T 0
cn
2 T iPFC (t ) cos n t dt T 0
2 T d n iPFC (t ) sin n t dt T 0
a0
1 T iINV (t )dt 0 T
2 T bn iINV (t ) sin n t dt T 0
2 T iINV (t ) cos n t dt 0 T a n tg 1 n bn an
N次谐波电流有效值：
I INVn
1 2 2 an bn 2
21
四、BUS电压纹波对BUS电容寿命的影响
• PFC输入到+BUS电容的电流是通过正边 续流二极管的高频电流脉冲。
22
四、BUS电压纹波对BUS电容寿命的影响
图9 PFC输入正BUS的电流示意图
23
四、BUS电压纹波对BUS电容寿命的影响
PFC输入正BUS电容的电流是三项电流的叠加，设 iPFC (t )是叠加电流，是周期函数，用三角级数展开有：
27
四、BUS电压纹波对BUS电容寿命的影响
以下是几组计算的数据，RL载的功率因数为0.8。
3A3情况下，单边BUS电容为4700µ F： RL载：5.89W RCD载：10.686W
28
四、BUS电压纹波对BUS电容寿命的影响
3A1在单边BUS电容为4700 µ F的情况下PFC引起的损 耗： 带RL载情况下为1.502W 带RCD载PFC损耗为1.23W • 结论： 在没有通过滤波网络降低BUS电压纹波情况下， 电容加倍，每只电容的功耗降为1/4，总功耗降一半； 降低BUS电压纹波，大大降低了由ESR引起的损耗； BUS电容吸收PFC电流谐波引起的损耗远低于由逆变 电流谐波引起的损耗；3A1的损耗比3A3的损耗大得 多。