面向航空电子电源系统开关谐波抑制的磁集成LCL滤波器的分析比较与设计演进

《Aerospace》：Analytical Comparison and Design Evolution of Magnetic-Integrated LCL-Based Filters for Switching Harmonic Suppression in Avionics Power Systems

　　本文对三种磁集成LCL衍生滤波器配置进行了比较分析，以抑制航空电子电源转换系统中的高频开关谐波：集成LLCL滤波器、磁集成多陷波LCL滤波器和磁集成带陷LCL滤波器。本研究考虑的高频谐波主要源于脉冲宽度调制（PWM）开关过程，可能增加电流失真、电气和磁损耗、元件应力以及飞机电气系统中电磁干扰的潜在风险。为了实现一致的比较，这三种滤波器配置在统一的分析框架下进行评估，在共同的系统级运行条件下进行，同时根据各自的设计要求保留其拓扑特有的被动和磁性参数。该框架区分了总谐波失真（THD）和针对特定开关频率带的衰减，并纳入了谐振分支和磁耦合效应。LLCL、多陷波LCL和带陷LCL滤波器的仿真电流THD值分别为0.82%、0.84%和1.13%，而估算的总滤波器损耗分别为24.98 W、59.74 W和40.49 W。在1 kW工作点，这些损耗分别对应额定功率的2.50%、5.97%和4.05%。结果表明，在研究条件下，LLCL滤波器实现了最低的总THD和估算损耗，而多陷波和带陷LCL配置通过其谐振结构提供了针对选定开关频率分量的额外衰减能力。硬件在环（HIL）结果进一步支持了所研究概念的电滤波和动态特性。该比较表明，最小THD、最小损耗、针对性开关谐波衰减和磁集成是不同的设计目标；因此，拓扑选择应基于预期的航空电子应用的具体要求和约束。