DQZHAN技术讯：滤波器电路设计与方案详解
一、无差拍SVPWM的有源滤波器设计
有源电力滤波器(ActivePowerFilter，APF)作为一种用于动态抑制谐波的电力电子装置，其能够同时补偿多次谐波电流，能实时控制、自动跟踪非线性电流并加以控制，有较快的动态响应速度，且具有改善三相不平衡度的优点。对于有源滤波器谐波电流检测与补偿电流的发生是其极为关键的技术。
有源电力滤波器的电流控制一般采用PWM(PulseWidthModulation)模式，目前常用的PWM控制方式有滞环电流控制(CurrentFollowPulseWidthModulation，CFPWM)、三角波电流控制(ΔPulseWidthModulation，ΔPWM)和电压空间矢量脉宽调制(SpaceVectorPulseWidthModulation，SVPWM)三种技术。对于SVPWM其控制方法的优点主要在于：提高逆变器直流侧电压的利用率，减小开关器件的开关频率以及减少谐波成分，而且此方法更易实现数字化。因此，逆变电路控制常采用此种方法。在APF的应用中，SVPWM常与滞环比较，PI调节器以及无差拍等结合应用。本文采用无差拍SVP-WM控制策略，对APF的电流进行补偿控制，以获得较好的动态补偿效果。
1电力有源滤波器谐波检测方法
有源滤波器的谐波电流检测方法由时域和频域检测法构成。时域检测法主要分为：有功电流分离法和基于瞬时无功功率原理的p-q法，ip-iq法以及d-q法等。频域检测法主要有FFT法和谐波滤波器法等。
对于本文研究主要是采用ip-iq法来对电力有源滤波器进行分析研究，由图1可看出其原理。图中虚线框内为直流侧电压反馈控制部分，正余弦信号sinωt和-cosωt由锁相环PLL发生电路产生。其中sinωt与a相输入电压ua同相;逆变电路直流侧电压的给定值为Ucr，Ucf是反馈值，将这两路信号之差经过PI调节器进行调节，所得到的Δip叠加到瞬时有功电流的直流分量中，经过运算得出指令电流ih中所含基波有功电流，从而令APF直流侧与交流侧进行能量互换，从而将Uc调整到给定值。对于电力有源滤波器而言，滤波器逆变器直流侧信号与交流侧信号的能量交换是本文研究的关键。
2无差拍控制简介
SVPWM控制是用指令电流ic*(k)代替补偿电流ic*(k+1)使k时刻的补偿电流在k+1时刻完全跟踪上指令电流，但这样会存在一拍的滞后。而基于SVPWM的无差拍控制则在k时刻预测出k+1时刻的指令电流值，并以此代替补偿电流，*后通过SVPWM控制算法产生PWM脉冲信号以控制变流器开关器件的通断，从而使每一时刻输出的补偿电流等于其指令电流，实现了实时控制。无差拍SVPWM的控制原理如图2所示。
二、LTCC低通滤波器的设计
LTCC滤波器的设计通常是基于经典滤波器设计理论，从结构上讲，主要有两种结构，一种是采用传统的LC谐振单元结构，谐振单元由集总参数的电容电感组成，另一种是采用多层耦合带状线结构。本文所设计的低通滤波器采用**种集总参数形式，理想化低通滤波器电路原理图如图3所示。
本文设计的LTCC滤波器中的集总参数的电容和电感通过LTCC多层陶瓷集成在陶瓷基板内部。LTCC内埋植电容的设计一般采用两种方式：垂直交指型(VIC)电容和金属-介质-金属(MIM)电容。本文设计的滤波器的内埋置电容元件采用垂直交指型(VIC)电容，在相同电容量的情况下，VIC结构电容相比MIM结构电容能够大大减小端电极面积，从而有效减小滤波器尺寸。
LTCC内埋电感有平面螺旋电感、堆栈螺旋电感、多层螺旋电感等方式，如图3所示，本文设计的低通滤波器内埋植电感元件采用多层螺旋结构的电感，在相同的有效电感值下此结构比平面螺旋式、堆栈螺旋式等结构具有更高的自谐振频率和品质因子。
编辑点评：本文设计了一种小型化的LTCC低通滤波器和无差拍SVPWM作为滤波器的控制策略进行研究，通过仿真与实验该方法的可行性。仿真与实验表明此方法能够实现对系统补偿电流的跟踪控制，而且还具有良好的动态补偿性能。
