1项目背景意义及国内外现状

1.1项目背景

我们都知道滤波在电力电子变换中非常重要，滤波是将波段特定频率滤除的操作，是防止和抑制干扰的一项重要举措，而滤波又分为无源滤波和有源滤波。常见的无源滤波电路由无源元件（电阻，电容，电感）组成。无源滤波器通常用于消除固定频段谐波，具有结构简单，维护方便等诸多优点，但是受到材料和工艺的限制，三相无源滤波器在体积，重量，成本等方面制约了电力电子变换器的发展。尺寸和重量考虑在某些特殊行业中非常重要，如采用可调速驱动器（ASD）的海上石油钻井和海洋/海底系统。三相不控整流系统通常采用无源LC输出滤波器来抑制开关频率处的谐波，但是无源LC器件的体积、重量大，其老化过程中参数会改变，使三相LC输出滤波器在功率密度、成本，可靠性等方面制约了三相不控整流器的发展^[1]。

因此有源滤波的研究和设计就尤为重要，传统有源滤波器如有类似拓扑结构的串联有源滤波控制复杂，而基于滞环控制的有源电感结构紧凑，占地面积小，重量轻，为系统设计人员提供了更大的灵活性，并为其他需求提供了更多空，且电感值是动态可调的，所提出的有源电感器可以在改造应用中直接即插即用替代无源元件，从而节省大量机柜空间并提高性能。

1.2国内外研究现状和趋势分析

电感元件的体积和它的电感值和品质因数之间有着密切的关系，所以微小的电感线圈一般是不能在电路当中应用的，然而很多时候在集成电路中是需要使用各种量值的电感的。因此为了解决这一问题，我们经常通过有源电感电路来模拟等效电感。

对于有源电感的研究在国内国外都比较热门。在国内对有源电感的研究从20 世纪初就已经开始。首先是安徽大学的孙学平等人提出用有源器件实现模拟电感^[2]，该文章研究了电感品质因数和体积的关系，提出设计反馈放大器和阻抗变换器有源电感的两种网络，但是只是对用有源器件实现模拟电感作了理论阐述。

浙江大学的支天提出使用回转器和理想变压器而不使用电感来进行网络的综合^[3]。该文章从回转器的原理和特性入手，实现了模拟电感。西安电子科技大学的王会娟等人介绍了有损耗有源电感电路，低损耗有源电感电路和无损耗有源电感电路，这些电感电路都是由运算放大器和电阻电容组成^[4]。利用理想运算放大器的特性推导出有源电感电路的等效阻抗。该阻抗的实部为电阻，虚部是感抗，这篇文章没有设计具体的电路。湖南大学的颜永红设计了一种改进型的有源电感电路。该文首先分析了普通的接地有源电感，随后提出了一种改进型的有源电感，并给出了其等效电路图以及每个元件值的表达式，利用仿真工具进行仿真，得出电路的最佳工作频率范围为600MHz-900MHz，在这个范围内该有源电感的电感值和Q值都可以达到很大^[5]，没有直观给出等效电感值和验证。2016年北京大学的Qiangwei Deng提出了用有源电感设计增益可调的低相噪放大器^[6]，该文章仿真了S参数和相位噪声，理论推导了电感的计算公式。台湾大学的 Kuo-Jung Sun使用有源电感进行平行谐振器的降噪方法改善一个10GHz CMOS共源共栅低噪声放大器的性能，测量显示功率增益为10dB，10.8 GHz时的噪声系数为 2.5dB，这被认为是使用散装的LNA中最低的NF^[7]。在有源电感方面只进行了理论推导。

除了以上国内的研究，国外对有源电感的研究也有很多。意大利拉奎拉大学的Giorgio Leuzzi等设计了高品质因素的有源电感^[8]。该文在输入端测量阻抗的实部虚部，得出实部电阻很小，品质因素很高，没有测量电感值以及对电感的检验。突尼斯斯法克斯大学的Mourad Fakhfakh设计出了用电压控制电流源和电流控制电流源形成有源电感电路^[9]。有理论设计，没有设计具体电路。葡萄牙的电信研究所和军事学院设计的有源电感电路仿真值为0. 3nH，品质因素高达160^[10]。

而本课题针对三相不控整流电路提出了基于滞环控制有源电感设计，建立数学模型，研究在使用无源电感和有源电感情况下对整流系统的影响。通过一种简单的控制策略可调节电流以模拟指令的电感值。与具有类似拓扑的串联有源滤波器相比，整体控制更加简单。