DQZHAN技術訊：濾波器電路設計與方案詳解
一、無差拍SVPWM的有源濾波器設計
有源電力濾波器(ActivePowerFilter，APF)作為一種用于動態(tài)抑制諧波的電力電子裝置，其能夠同時補償多次諧波電流，能實時控制、自動跟蹤非線性電流并加以控制，有較快的動態(tài)響應速度，且具有改善三相不平衡度的優(yōu)點。對于有源濾波器諧波電流檢測與補償電流的發(fā)生是其極為關鍵的技術。
有源電力濾波器的電流控制一般采用PWM(PulseWidthModulation)模式，目前常用的PWM控制方式有滯環(huán)電流控制(CurrentFollowPulseWidthModulation，CFPWM)、三角波電流控制(ΔPulseWidthModulation，ΔPWM)和電壓空間矢量脈寬調制(SpaceVectorPulseWidthModulation，SVPWM)三種技術。對于SVPWM其控制方法的優(yōu)點主要在于：提高逆變器直流側電壓的利用率，減小開關器件的開關頻率以及減少諧波成分，而且此方法更易實現(xiàn)數(shù)字化。因此，逆變電路控制常采用此種方法。在APF的應用中，SVPWM常與滯環(huán)比較，PI調節(jié)器以及無差拍等結合應用。本文采用無差拍SVP-WM控制策略，對APF的電流進行補償控制，以獲得較好的動態(tài)補償效果。
1電力有源濾波器諧波檢測方法
有源濾波器的諧波電流檢測方法由時域和頻域檢測法構成。時域檢測法主要分為：有功電流分離法和基于瞬時無功功率原理的p-q法，ip-iq法以及d-q法等。頻域檢測法主要有FFT法和諧波濾波器法等。
對于本文研究主要是采用ip-iq法來對電力有源濾波器進行分析研究，由圖1可看出其原理。圖中虛線框內(nèi)為直流側電壓反饋控制部分，正余弦信號sinωt和-cosωt由鎖相環(huán)PLL發(fā)生電路產(chǎn)生。其中sinωt與a相輸入電壓ua同相;逆變電路直流側電壓的給定值為Ucr，Ucf是反饋值，將這兩路信號之差經(jīng)過PI調節(jié)器進行調節(jié)，所得到的Δip疊加到瞬時有功電流的直流分量中，經(jīng)過運算得出指令電流ih中所含基波有功電流，從而令APF直流側與交流側進行能量互換，從而將Uc調整到給定值。對于電力有源濾波器而言，濾波器逆變器直流側信號與交流側信號的能量交換是本文研究的關鍵。
2無差拍控制簡介
SVPWM控制是用指令電流ic*(k)代替補償電流ic*(k+1)使k時刻的補償電流在k+1時刻完全跟蹤上指令電流，但這樣會存在一拍的滯后。而基于SVPWM的無差拍控制則在k時刻預測出k+1時刻的指令電流值，并以此代替補償電流，*后通過SVPWM控制算法產(chǎn)生PWM脈沖信號以控制變流器開關器件的通斷，從而使每一時刻輸出的補償電流等于其指令電流，實現(xiàn)了實時控制。無差拍SVPWM的控制原理如圖2所示。
二、LTCC低通濾波器的設計
LTCC濾波器的設計通常是基于經(jīng)典濾波器設計理論，從結構上講，主要有兩種結構，一種是采用傳統(tǒng)的LC諧振單元結構，諧振單元由集總參數(shù)的電容電感組成，另一種是采用多層耦合帶狀線結構。本文所設計的低通濾波器采用**種集總參數(shù)形式，理想化低通濾波器電路原理圖如圖3所示。
本文設計的LTCC濾波器中的集總參數(shù)的電容和電感通過LTCC多層陶瓷集成在陶瓷基板內(nèi)部。LTCC內(nèi)埋植電容的設計一般采用兩種方式：垂直交指型(VIC)電容和金屬-介質-金屬(MIM)電容。本文設計的濾波器的內(nèi)埋置電容元件采用垂直交指型(VIC)電容，在相同電容量的情況下，VIC結構電容相比MIM結構電容能夠大大減小端電極面積，從而有效減小濾波器尺寸。
LTCC內(nèi)埋電感有平面螺旋電感、堆棧螺旋電感、多層螺旋電感等方式，如圖3所示，本文設計的低通濾波器內(nèi)埋植電感元件采用多層螺旋結構的電感，在相同的有效電感值下此結構比平面螺旋式、堆棧螺旋式等結構具有更高的自諧振頻率和品質因子。
編輯點評：本文設計了一種小型化的LTCC低通濾波器和無差拍SVPWM作為濾波器的控制策略進行研究，通過仿真與實驗該方法的可行性。仿真與實驗表明此方法能夠實現(xiàn)對系統(tǒng)補償電流的跟蹤控制，而且還具有良好的動態(tài)補償性能。
