頻率濾波器

用於濾除輸入信號頻率中不需要成分的一種電路。它是一種雙口傳輸網絡。由於它是用來對電信號的某一段頻率進行選擇的，又稱頻選濾波器。 ^[1] 

濾波器在某一頻段對信號的衰減很小，而其餘頻段衰減很大。衰減小的這一頻段稱為通帶，衰減大的頻段稱為阻帶。通帶與阻帶之間有一個過渡區，稱為過渡帶。在理想情況下，通帶的衰減為零，阻帶的衰減為無窮大，沒有過渡帶。但是實際上無法實現這種陡峭的濾波特性。濾波器的實際衰減為 其單位是分貝(dB)。因為輸出信號的幅值通常小於輸入信號的幅值，所以|H(S)|小於1，因此衰減α(S)總是正值。 ^[1] 

按照通帶和阻帶所處的頻段，濾波器可以分為低通、 高通、帶通、帶阻和全通等5類。

低通濾波器的特性是對低頻信號的衰減很小，使其能夠通過，而對高頻信號有很大阻止作用。與此相反，阻止低頻信號而通過高頻信號的稱為高通濾波器。 ^[1] 

帶通濾波器的特性是在指定頻段內的衰減很小而在小於和大於指定頻段範圍內衰減很大。

與帶通濾波器相反的是帶阻濾波器，它在一指定頻段對信號起阻止作用，而高於和低於這頻段的高頻和低頻信號能夠順利通過。 ^[1] 

還有所謂全通濾波器，它均衡地通過所有頻率信號，而不改變該輸入信號幅度的相對大小，只改變其相位，所以這種濾波器也稱為相位校正網絡。 ^[1] 

最普通的濾波器由電阻R、電感L和電容C等元件構成。其他各種濾波器只是元件數量和參數不同。設計濾波器時的最重要問題之一是應考慮元件值的變化（由於老化或環境温度變化所致）對衰減特性的影響程度，即靈敏度。梯形結構帶通濾波器的靈敏度低，所以常被採用。 ^[1] 

濾波器的設計是根據給定的通帶容許最大衰減αp和阻帶容許最小衰減αc，由逼近理論找出能滿足指標的近似函數，再綜合出具體的電路結構和相應元件參數。電子電路的小型化、微型化實現了濾波器的小型化。 ^[1] 

由於MOS工藝的進步，根據週期性充放電的電容C可以等效為一個電阻R的原理，構成了所謂開關電容濾波器。它的基本單元是MOS電容、MOS晶體管開關和MOS運算放大器。由於不再需要電阻和電感，整個濾波器完全集成在一塊心片上。開關電容濾波器實質上是採樣數據系統，所以它可直接處理連續信號，而不再需要模/數和數/模變換器。 ^[2] 

隨着現代工業技術的不斷髮展，大量非線性負載和電力電子設備在電網中得到了廣泛的使用，電能質量與諧波治理等相關問題受到人們越來越多的重視。有源濾波器（Active Power Filter， APF）是非常有效的諧波治理設備，其具有濾波性能好、體積小、應用靈活等特點，已經在工業領域中得到廣泛應用。並聯型有源濾波器的主電路通常是一個電壓源變換器（Voltage Source Converters， VSCs），其採用的PWM 調製技術必然會使得輸出電流中含有較高的開關頻率諧波成分，對電網產生二次污染，因此通常在逆變器和電網之間接入開關頻率濾波器來抑制開關諧波成分向網側擴散。同時，PWM 變換器在分佈式併網發電系統、柔性交流輸電系統和電能質量調節系統等領域有着不可替代的位置，隨着電力變換器發展和電能質量要求的提高，其“開關頻率濾波器”也成為研究熱點之一。 ^[3] 

只有有限的幾種開關頻率濾波器被用在併網逆變器和有源濾波器中。開關頻率濾波器的應用必須考慮到濾波性能、濾波器成本和能耗等多種因素，具有一定難度；同時，開關頻率濾波器需要滿足相關電網標準的要求，IEEE 519—2014 規定：電網中35 次以上的諧波電流成分必須小於基波電流的0.3%。有源濾波器作為電網諧波治理的有效設備，為了避免電網的二次污染，其對開關頻率濾波器的要求比一般電力設備更為嚴格。另外，隨着逆變器開關頻率的提高和材料價格的不斷上漲，也需要提出性能更為優異的開關頻率濾波器。含有源濾波器的逆變器輸出端常採用L 濾波器或LCL 濾波器。L 濾波器的優點是結構簡單，但是為了獲得良好的濾波性能需要較大的電感值，這樣不僅增加了損耗和成本，同時增加了控制系統慣性，降低了電流的響應速度。 ^[3]