一、（輸入輸出）濾波網絡在電路中的地位：

拓撲電感（變壓器）是拓撲需要，濾波電感是紋波需要，只有當拓撲電感不足以滿足紋波要求時，才使用濾波電感（增加LC濾波網絡）。

這意味著：

1、如果拓撲電感滿足紋波要求，可以不要濾波電路。

2、當拓撲電感不能滿足紋波要求時，才另外單獨考慮濾波電路。

3、拓撲電感的主要任務是應對拓撲需要的能量轉移，而不是應對紋波的。

4、濾波電路的唯一任務就是濾波，不干別的。

二、濾波網絡與拓撲的關系：

所有電壓型拓撲總可以這樣表達：

其中，輸入電容Cin、輸出電容Cout都的拓撲允許的，甚至是拓撲必須的。

同時，Cin、Cout 也可以理解為拓撲本身的、自帶的濾波電路 。

這里，虛線內的濾波網絡現在是一個電容，也就是二端濾波網絡，但是它也可以是三端甚至四端網絡。

注意：圖中沒有任何電感，拓撲的電感（或者變壓器）在拓撲模塊內沒有畫出來。

三、輸出濾波網絡

對于大多數電壓型拓撲而言，輸出端總有一個電容Cout，而且這個電容就是濾波的意思。

一般情況下，我們總可以通過調整 Cout 的大小滿足任何需要的紋波要求。

然而在某些情況下，我們無法通過調整 Cout  的大小獲得需要的輸出紋波，比如：

1、滿足需要的紋波時，需要的 Cout 太大，成本和體積不允許。

2、在接近短路運行時（比如電焊機或者點焊機），普通電容的電流指標不能滿足要求。

3、某些應用不允許太大的 Cout 存在，比如逆變系統，太大的 Cout 將導致控制的困難。

4、出于可靠性的考慮，在輸出端不使用電解電容。

5、高精度電源，由于電容ESR的存在，始終達不到要求的輸出紋波指標。

怎么辦呢？

其實很簡單：

1、找出這個我們能夠接受的電容

2、把這個電容一分為二

3、中間放一個適當的電感

4、調整這個電感直到滿足輸出紋波的要求。OK？

幾點說明：

1、一般電源都是輸出有功功率，即阻性負載，這時我們直接取 Co1 = Co2 濾波效果最好。

2、即使負載有部分感性成分，因為一般 Co2 都比較大，其容抗足以應付較大的感性負載沖擊，一般不必考慮加大 Co2 。

3、容性負載（比如電解電源和充電電源）時，可考慮減小 Co2（即突出 Co1），大幅度減小也沒有關系。

4、電焊電源可以（應該）取消 Co2。

5、諧振負載（比如超聲波電源、感應加熱電源）慎用此法。

6、濾波就是濾波，別和拓撲里面的電感攪在一起，只有這樣才能達到最好的效果。

7、除特殊情況外，不建議使用兩極或多級 LC 濾波，在總電容量和總用銅用磁量相當的情況下，單級濾波紋波效果最好，也不會產生駐波干擾。

四、設計舉例一、（典型）輸出濾波

將就上一貼的 50KHz、100W（120W）反激電源為例，當前紋波指標為 30mV。

現在要求達到 2mV 的紋波精度（壇內內什么地方在說這個事）。

方法一：加大輸出濾波電容：

將現用濾波電容 C2 的 2200uF 增加 15 倍，即 33mF，輸出紋波則對應降低 15 倍（沒考慮ESR），即等于 2mV。

如果覺得 33mF25V 的海量電解不好找，或者不合算，那么：

方法二：增加一級 LC 濾波：

當 Co1 = Co2 = 470uF 時，配合一個 5A 1.3uH 的電感，輸出（與PWM同頻的）紋波即可下降到 1.6mV 以下。或者：

當 Co1 = Co2 = 330uF 時，配合一個 5A 2.2uH 的電感，輸出紋波即可下降到 2.0 mV 左右。

可見，即使增加一點點 LC 濾波。對輸出紋波、成本、體積的改善都是非常顯著的。

再來看這個濾波電感的工況：

電流的直流成分 5.0A，交流成分 0.1A  左右，大約只占 2%。

也就是說，這個電感基本上就是個直流偏電感，交流成分甚微。這意味著可以不必使用高級材料，也不考慮集膚效應，用普通鐵粉芯磁環單股繞制即可。

下面是這個電感的設計參數：

小結：

在輸出端增加 LC 濾波網絡是很簡單的事情，只要將濾波電容一分為二、（隨便）插入一個電感就能使（不插入電感等效于原電路）濾波效果顯著提升，而且效果總是比單電容濾波效果好。因此：

1、工程師應該隨時想到：“我那個濾波電容是不是應該分成二個，中間插個小工字？” 而且不用算，肯定比單電容好。

2、此法在同等情況下提高濾波效果，或者在同等濾波效果下降低成本、縮小體積，甚至縮小PCB面積。

3、既然不增加成本（甚至降低成本）就能夠實現，因此在拓撲里面（的電感上或者控制模式上）去打主意減少紋波就是一件既費力又不討好的事情，什么“某某拓撲、某某模式紋波大”的問題也不再應是問題。

五、設計舉例二、逆變輸出濾波

逆變電源輸出濾波的特殊性在于：逆變電源總希望一個最小的Cout。如果Cout 太大，在輕載或者空載狀態很難保證輸出波形的正確。

因此，逆變器的輸出濾波問題歸結為：如何用一個最小的Cout 獲得最好的濾波效果。

現在就按照 HolyFaith   提出的5KW單相逆變器（載波20K、輸出220VAC、50Hz）為例，設計這個濾波。

為簡化問題就不去做SPWM驅動了，大致擬訂一個全橋逆變的運行參數，仿真電路如下：

輸入電壓400VDC。輸出220VDC5KW，負載電阻Rz=9.68Ω，給出正確的驅動邏輯（正半周關閉Q2、Q3），調整占空直到輸出峰值電壓311V。可得到輸出紋波參數。

電路中有2個電感，l1是拓撲儲能電感，l2是濾波電感，兩電感雖然工況不同，但是都工作在大直流偏置狀態，偏置電流基本相當。因此，可以先采用相等的電感量進行仿真，這樣2個電感的磁、銅量大致相當。

C1、C2是濾波電容，其大小影響調節性能，不能太大，暫時擬訂一個值、且相等。

不同的LC對應不同的濾波效果，以紋波指標Vpp<1V（大致與10位AD匹配）為例，可得到l1=l2=400uH、C1=C2=3.3uF 這一組配合。

輸出總電容=6.6uF，輸出紋波0.85V，l1峰值電流37A，l2峰值電流32A：

電感設計：

l1在可能的情況下盡量采用鐵硅鋁，因為不容易飽和，成本也不高。經過仿真和計算配合運算，得到如下中間設計成果：l1可以用導磁率為26、型號為77191的鐵硅鋁環2~6只制作，有關參數如圖。

l2可以考慮與l1同樣尺寸的鐵粉芯磁環制作。即外徑57.2mm、型號T225-52的藍綠環2~6只。這里，“同樣尺寸”不是設計優化需要，而是一種心理的、感官的合理性，或許暗藏成本、效率的合理性，如果濾波電感比主電感還大，感覺就喧賓奪主了。

電容的設計：

電感設計是以逆變輸出的峰值電壓為設計工況，因為這個工況產生最大的電流峰值，決定了電感的極限特征。

然而，由于逆變輸出峰值電壓時占空比最大，不一定是紋波最大，因此，電容的設計應該以紋波最大的工況為設計依據。

以三只磁環疊繞的電感為例，仿真找出輸出紋波最大值大約發生在占空比=0.8時。

不同的磁性材料、電路和電感參數，最大紋波發生的占空是不同的。更重要的是，不同的電感需要不同的電容配合才能達到需要的紋波。

下面是滿足1V 紋波指標上述4種電感需要的電容配合：

附：仿真文件下載12824013634c6fe45382dc9 

六、輸入濾波網絡

輸入端的情況與輸出端有所不同。

如果輸入是電流源，Cin 的存在是電壓型拓撲必須的，Cin 可理解為單純的二端電壓濾波網絡，更復雜的三端或者四端濾波也可以就此展開。

而一般情況下，輸入是電壓源（而且不是理想的電壓源，有內阻）。這就引發了以下問題：

1、電壓源與電壓型拓撲是相適應的，Cin 似乎是多余的，依靠Cin 針對紋波電壓的濾波的必要性就成了問題。

2、電壓源與 Cin 是沖突的，因為 Cin 也可以看成是電壓源，而兩個電壓源的并聯是不允許的。就是說，Cin 不能太大。

3、對于AC/DC變換，我們必須用很大的 Cin 才能獲得穩定的母線電壓，這時就要軟啟動。

因此，針對電壓型拓撲輸入端的濾波更多的是對于紋波電流（而不是電壓）的濾波，而且與電壓源直接并聯的 Cin 的大小受到了限制。

然而，輸入端濾波的任務卻是很繁重的，輸入濾波的重要性不僅體現在它必須給電源變換器提供一個穩定的母線電壓，而且（或者是更重要的）它必須盡可能地減少電源變換器對一次電源的（紋波電流的）沖擊和干擾。

這種干擾隨著拓撲的不同明顯區分為共模干擾和差模干擾，一般情況是：

不隔離電路以差模干擾為主，共模干擾較少或者沒有，沒有的辦法也很簡單，全部接地（包括外殼和散熱器）。

隔離電路除了同樣程度的差模干擾外，還有可觀的共模干擾存在，必須共模濾波。

關于差模干擾和共模干擾的研究文獻很多，這里不多說，主要強調一下基本的應對思路：

1、可以不采取（或者少采取）差模濾波的情況是：1）上級電源輸出是個濾波電容（或者電池）；2）自身電源有一個大的輸入濾波電容（比如直接整流的AC/DC變換的直流母線濾波電容）

2、除以上情況之外，均應采取差模濾波措施。

3、共模濾波必須在盡可能采取其他減少共模干擾的措施基礎上實施。不要只靠共模濾波來解決問題。

4、由于共模濾波和差模濾波的工況完全不一樣，應嚴格區分、分別處理，反對混為一談的處理方式。

5、一般的方式是：共模濾波在前、差模濾波在后。即：