任何使用电网传输电力的系统都需要满足特定的谐波含量输出规格。在许多整流器中，高阶 LCL 滤波器通常可提供足够的谐波衰减，同时与更简单的滤波器设计相比，整体设计尺寸得以减小。然而，由于更高阶的性质，在其设计中需要注意控制共振。图 2-8 所示为一个典型的 LCL 滤波器。

图 2-8 LCL 滤波器架构

与传统的基于 Si 的开关器件相比，使用 GaN 开关器件（比如本参考设计）的主要优势之一是能够显著提高功率级的开关频率。这种提高的开关频率对转换器的滤波器谐振设计有直接影响，需要加以考虑。为了确保根据该开关频率正确设计滤波器，本设计中采用了已知的这种类型滤波器的数学模型。

主要组件是开关侧电感器，即 L_inv，可使用Equation1 将它推导出来：

Equation1.

使用系统规格，可以计算出初级电感值：

Equation2.

使用 Wurth Elektronik 的电感器 (750344413)，额定电流为 15A，零偏置电感为 480mH。根据数据表，在操作过程中使用大电流偏置，电感可降低 25%。这导致在 15A 时有效电感为 360 mH，足以确保纹波电流低于 40%。

使用Equation3 以类似方式计算初级滤波电容器的大小：

Equation3.

在设计上进行一些假设来最终确定 C_f 的值，即将电容器吸收的总无功功率限制在 3.5%。按每相功率换算系统总功率，得出初级电容值为：

Equation4.

选择标准值为 4.7 μF 的电容器。

对于滤波器设计的其余部分，通过定义电网电感器和逆变器电感器中允许纹波之间的衰减系数来确定相应的值。此系数需要尽可能小，同时仍然保持整体滤波器的稳定性且具有成本效益。通过假设衰减系数，可以使用Equation5 来确定一个定义了两个电感器之间比率的 r 值：

Equation5.

其中，C_b 由以下公式给出：

Equation6.

若要获得 5% 的衰减系数，并使用先前的推导值，可通过将Equation5 重写为以下公式来计算 r 的值：

Equation7.

然后，L_grid 的结果值为：

Equation8.

选择更高的标准值 15μH，以确保衰减正常。

可通过确定谐振频率 (F_res) 来验证滤波器设计。为了确保 F_res 稳定，一个良好标准是它比线路频率高一个数量级，并且小于开关频率的一半。该标准避免了高次和低次谐波频谱中的问题。滤波器的谐振频率由Equation9 给出：

Equation9.

使用推导出的滤波器值，谐振频率为：

Equation10.

F_res 的这个值符合前面列出的标准并验证了滤波器设计。

剩下要确定的值是为避免振荡而必须添加的被动阻尼。通常，比较适合的选择是与谐振条件下的 C_f 阻抗具有相同相对数量级的阻尼电阻。根据Equation11 可得出该阻抗：

Equation11.

Equation12.

在硬件中进行最终实现时，应根据产品供货情况为所有这些元件使用实际值，且选择的值必须接近这些值（通常为 ±10%）。确定最终值后，重新计算谐振频率以确保滤波器仍保持稳定。