ZHCAC52 march 2023
9.2 高压测试
图 9-4 和图 9-5 展示了使用 TPSF12C1-Q1 单相 AEF IC 测得的 CM EMI 性能，其中使用了高效率 GaN CCM 图腾柱无桥功率因数校正 (PFC) 参考设计（图 3-2 所示的 TIDM-1007）的功率级，这是一款 3.3kW 单相无桥 PFC 转换器 [3]，采用了开关频率为 100kHz 的 LMG3410 GaN 功率器件。
图 9-4 采用 TIDM-1007 时的 EMI
性能：使用同一滤波器，禁用和启用 AEF
图 9-5 采用 TIDM-1007 时的 EMI
性能：小扼流圈 AEF 设计，与扼流圈无源滤波器比较从图 9-4 中可以明显看出，AEF 在低频范围（150kHz 至 3MHz）内提供 15dB 至 30dB 的 CM 噪声衰减，因此使用 1mH 和 4mH 纳米晶扼流圈的滤波器可实现与使用两个 12mH 扼流圈的无源滤波器设计相当的 CM 衰减性能（如图 9-5 所示）。为了支持公平比较，这些扼流圈来自采用相似磁芯材料的同一元件系列（供应商：Würth Elektronik）。此外，由于绕组内寄生电容较低，基于 AEF 的设计的较小尺寸扼流圈可在 10MHz 以上的频率下提供更好的衰减。
图 9-6 展示了用于实现图 9-5 中所示 EMI 结果的滤波器的照片。AEF 可将 CM 扼流圈的箱体体积降低 52%，如图 9-7 所示。
图 9-6 AEF 实现的尺寸缩减：无源滤波器
(a)；有源滤波器 (b)
图 9-7 AEF 实现的面积、体积、成本和重量缩减
(a)；扼流圈尺寸比较 (b)表 9-1 列出了图 9-6 中突出显示的 CM 扼流圈的适用参数。AEF 在 10ARMS 时可降低 60% 的总铜损（PCU = 6W – 2.36W = 3.64W，忽略因温升而增加的绕组电阻），这意味着元件工作温度更低、电容器寿命更长。
| 滤波器 | CM 扼流圈器件型号 | 数量 | LCM (mH) | RDCR (mΩ) | fSRF (MHz) | 尺寸(L × W × H, mm) | 质量 (g) | PCu (W) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 无源 | 7448051012 | 2 | 12 | 15 | 0.8 | 23 × 34 × 33 | 36 | 3.0 |
| 运行 | 7448041104 | 1 | 4 | 8.5 | 10 | 19 × 28 × 28 | 17 | 1.7 |
| 7448031501 | 1 | 1 | 3.3 | 40 | 17 × 23 × 25 | 10 | 0.66 |
图 9-8 提供了 CM 扼流圈的阻抗曲线，旨在突出具有更高自谐振频率和更高高频性能但尺寸更小的元件。更低的绕组内电容在高频下会使 CM 阻抗更高，例如，电网侧 CM 扼流圈在 30MHz 时的阻抗从 150Ω 增加到 1.1kΩ（从无源设计中的 12mH 到有源设计中的 1mH）。图 9-8 在 10MHz 和 30MHz 处的 × 和 o 标记表示无源和有源设计的相应阻抗。有源设计在超过 10MHz 后具有更高的扼流圈阻抗，因此在很大程度上消除了对电网侧 Y 电容器的需求。
图 9-8 无源设计 (2 × 12mH) 和有源设计（4mH 和
1mH）中所选的 CM 扼流圈的阻抗特性正如预期的那样，相对于单相设计中常见的垂直安装扼流圈，三相电路中的水平安装扼流圈通常可以更大程度减少空间占比。