电力的产生和使用方式发生了重大变化，比如对可再生能源的依赖增加，工业和家用电器向高效变速驱动器的转变，混合动力或纯电动汽车的采用，也增加了对电子逆变器的需求，这种逆变器可以控制以所需的电压和频率提供交流电源。
以可再生能源为例，公用事业公司的战略正朝着分布式发电方向发展，微型发电机在网络的多个点上接入电网。人们还对小型非并网发电机感兴趣，这些发电机可以部署在消费者、农业和轻型商业/工业场所。
这样的应用需要小型和低成本的电子电源调节。这将使转换harmonic-rich和不稳定的风力涡轮机的输出,或者改变直流输出数组的太阳能光伏板,高压,capacitor-stabilized然后输入一个逆变器的直流产生一致的交流波形频率适合喂养到网格。
同样，在混合动力/电动汽车或电机驱动器中，使用逻辑或软件命令不断调整变频器的输出频率是控制电机速度的关键，紧凑的尺寸、低重量和可负担性是确保市场增长的关键。
工作原理及噪声源
一个逆变器，像桥式逆变器显示在图1按顺序交替开关上、下电源开关，使电流通过负载进行换向。电源开关可以是绝缘栅极双极晶体管(igbt)或超结mosfet，或者在高端应用中，如高级电动汽车或在需要最终能源效率的地方，如碳化硅(SiC) mosfet等宽频带隙器件。使用脉冲宽度调制(PWM)信号，按相对于其他所有门的顺序控制每个门。
1.图中是一个简单的单相全桥逆变器。
如果电源开关是igbt，应用到每个栅极的PWM信号频率通常是20 kHz左右。mosfet可以工作在更高的频率高达几百千赫兹。在这两种情况下，快速开关都会使晶体管间的电压发生急剧变化，从而在开关频率的谐波处产生包含高频噪声的振荡。
在风力或太阳能发电机的任何基于igbt的逆变器中，噪声信号可以存在于频率高达1兆赫兹或更多的频率。这些和其他噪声源，如系统中其他地方的dc-dc变换器开关，耦合到交流输出电力线上，可以削弱输出电能质量并引起干扰。这可能会影响系统本身的控制信号，如模拟反馈信号，以及附近的设备。
为了防止这种失真和干扰，IEEE 1547和UL 1741等适用于分布式电力系统(如风力或太阳能发电机)的逆变器的标准对逆变器输出允许的谐波含量进行了限制。辐射电磁干扰(EMI)也受标准的限制，如FCC Part 15b。
减轻开关噪声
为了符合噪声和电磁兼容性的相关规范，在整个系统中放置的滤波器可以从电压和电流波形中去除谐波，通过确保电压和电流波形的相位来纠正功率因数，并将失真降至最低。
图2显示的位置滤波器衰减噪声在一个太阳能电力调节系统。逆变器输出的滤波器被设计用来消除开关频率瞬变。它包含X和Y电容器、电感和扼流圈的组合，以消除开关频率的主谐波上的共模和差模噪声。
2.这里是太阳能电源调节系统的主要功能块，突出过滤要求。
图3提供有关筛选器组成的详细信息。原则上，X电容器和扼流圈去除差模噪声，而Y电容器和共模电感去除共模噪声。在两根导体上，共模噪声沿同一方向出现，而差模噪声沿相反方向出现。
3.扼流圈和电容在逆变器输出衰减共模(蓝色)和差分(红色)噪声。
共模扼流圈如图所示图3是一种四端装置，由两根导线以相反的方向缠绕在一个磁芯上。一般来说，这个核由铁氧体材料组成。由于磁通量在铁芯内部流动，共模扼流圈作为电感器，提供高阻抗对抗共模(噪声)电流，同时允许需要的差动电流通过。
就共模扼流圈而言，相同的电流以相反的方向流过扼流圈，就会产生相等和相反的磁场，从而相互抵消。因此，扼流圈对流入负载并通过回路返回的电流具有最小的阻抗。差分噪声是指引起这两种电流之间差异的畸变。由这些不同信号产生的磁场不会被抵消;相反，它们将呈现高阻抗，以衰减失真。
用于轻量级逆变器的先进滤波技术
对可再生能源、电动汽车和各种电机驱动的日益依赖，继续推动着对小型、轻量化和可负担的逆变器的需求。因此，业界正在寻找方法，以减少滤过电容器和扼流圈等典型笨重部件的尺寸、重量和成本。
为了解决这个问题，公司开发了专用铁氧体芯材钡镁合金有助于大大减少标准阀芯的尺寸。此外，它们还可以创建双模扼流圈，在同一个包中结合共模和差模滤波。总体尺寸与传统的共模扼流圈相似。图4说明了原则。
4.双模扼流圈集成了三个磁性元件，节省了解决方案的尺寸和零件数量。
KEMET还利用其专有材料提供的额外设计灵活性来优化这些双模扼流圈的形状。最终的结果是显著增强差模(正模)噪声抑制。
图5说明了SSHB10双模扼流圈的高性能，对共模和差模噪声都具有高阻抗。标准型号，图中以SSHB10H-04320为代表，针对高温性能进行了优化。SSHB10H-R04760的核心材料具有更高的导磁率，这进一步提高了共模噪声的阻抗，同时保持相同的差模性能。两个扼流圈的额定电流都高达3a。
5.新型双模扼流圈与传统共模扼流圈的比较。
结论
绿色能源、工业和汽车市场对小型、轻型电源逆变器的需求预计将会上升。先进的磁性技术可以显著地缩小体积庞大的噪声过滤器，并减少组件数量，现在给设计师更多的自由来实现这些目标。
Michael Freitag是磁学产品管理总监钡镁合金集团。
