面向可靠性的Buck輸出側LC濾波器設計

劉 懿,黃 萌,王 懷,查曉明,宮金武,孫建軍

（1.武漢大學電氣工程學院，武漢430072；2.奧爾堡大學能源技術學院，奧爾堡）

面向可靠性的Buck輸出側LC濾波器設計

劉 懿1,黃 萌1,王 懷2,查曉明1,宮金武1,孫建軍1

（1.武漢大學電氣工程學院，武漢430072；2.奧爾堡大學能源技術學院，奧爾堡）

目前Buck電路輸出側LC濾波器的設計方法為基于電壓電流紋波、功率密度與成本的設計，但在可靠性要求較高的應用中，直流變換器壽命為評價直流變換系統性能的關鍵指標。在當前LC濾波器設計因素的基礎上，從可靠性角度提出了一種LC濾波器的優化設計方法。首先研究了電感值與電容值對系統中電解電容發熱的影響，再結合電解電容壽命模型，進一步分析了不同濾波器參數下的電解電容壽命，并根據電解電容壽命要求，設計了1 kW Buck直流變換器可靠性較高的LC濾波器參數。最后以Matlab仿真平臺與1 kW Buck實驗平臺作為檢驗手段，對計算結果進行了驗證。

電解電容;壽命模型;雙重傅里葉級數;直流鋸齒波調制

引言

LC濾波器能濾除輸出側直流電量的諧波，是直流變換器中的重要器件［1］。因此，直流變換系統中LC濾波器的設計會對直流變換裝置在電氣功能、成本以及功率密度等方面產生較大影響。文獻［2］研究了LC濾波器設計的多目標函數及其約束條件，優化目標包括電磁兼容EMC（electro magnetic compatibility），輸出電壓紋波以及并聯電解電容個數；文獻［3］研究了負載瞬態響應，并為Buck輸出濾波器的設計劃定了一條可接受的工作范圍邊界曲線。

可靠性是功率變換器設計的關鍵指標，在惡劣環境下的可再生能源系統［4］和軍事系統［5］等的穩定性與安全性要求較高的應用中，可靠性指標顯得尤為重要。……