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
c13/c14/c15为端口差模滤波，一般0.22uf~2.2uf左右；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；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；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。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；
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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。
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c13/c14/c15为端口差模滤波，一般0.22uf~2.2uf左右；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；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；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。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。
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