有源濾波器發(fā)展歷史及現(xiàn)狀

一、有源濾波器的發(fā)展歷史

有源濾波器（Active Power Filter，簡(jiǎn)稱APF），是一種用于動(dòng)態(tài)抑制諧波、補(bǔ)償無(wú)功的新型電力電子裝置，它能夠?qū)Υ笮『皖l率都變化的諧波以及變化的無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償。有源濾波器的發(fā)展歷史可追溯到19世紀(jì)80年代，當(dāng)時(shí)電阻、電容結(jié)合的濾波電路就已經(jīng)出現(xiàn)。具有頻率選擇功能的電感、電容諧振電路可作為**簡(jiǎn)單的濾波器。

1915年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的G.A.坎貝爾和德國(guó)K.W.華格納，分別發(fā)表了關(guān)于有源濾波器的論文，以上兩位科學(xué)家被公認(rèn)為濾波器的發(fā)明者。

貝爾實(shí)驗(yàn)室的O.J.查貝爾于1923年提出定K型、m誘導(dǎo)型視頻參數(shù)濾波器設(shè)計(jì)方法。

德國(guó)W.考爾和美國(guó)S.達(dá)靈頓于1939年分別提出工作參數(shù)濾波器設(shè)計(jì)理論。由于許多電路和系統(tǒng)都要區(qū)分不同頻率的信號(hào)，濾波器遂被廣泛地用在通信、廣播、雷達(dá)以及許多儀器和設(shè)備中。

許多復(fù)雜的多極LC濾波器也已經(jīng)存在了好多年了，有許多這方面的書籍講述這類濾波器的工作。**古老的電子濾波器形式是使用電阻和電容或者電阻和電感構(gòu)建的無(wú)源模擬線性濾波器，它們分別叫做RC和RL單極濾波器。

人們也開發(fā)了一些混合濾波器，典型的例子有將模擬放大器與機(jī)械共鳴器或者延時(shí)線組合在一起。如CCD延時(shí)線這樣的設(shè)備也用作離散時(shí)間濾波器。由于數(shù)字信號(hào)處理的廣泛應(yīng)用，有源數(shù)字濾波器已經(jīng)變得常見。

元器件及集成技術(shù)的進(jìn)展，促進(jìn)了有源濾波器的迅速升級(jí)。電路結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)的創(chuàng)新，RC有源濾波器雖也已能混合集成，但高質(zhì)量RC有源濾波器的完全集成仍沒解決。主要困難是不能在芯片上直接集成高精度的電阻和電容元件，且大電阻和大電容所占芯片面積太大。開關(guān)電容濾波器為解決這一課題開辟了道路，實(shí)現(xiàn)了全集成化；但它屬于離散時(shí)間模擬濾波器，且有工作頻段低等問題有待改進(jìn)。一種在集成濾波器中實(shí)現(xiàn)**電阻的方案，是利用MOS管的線性（即非飽和）區(qū)特性充任模擬電阻，這是一種受柵極電壓控制的壓控電阻，故可用片外（即該芯片以外）的參考值，諸如晶體時(shí)鐘或外部RC元件，配合片內(nèi)控制電路來**調(diào)整電路的時(shí)間常數(shù)。這是一種很有發(fā)展前景的方案。還有一種用跨導(dǎo)型運(yùn)算放大器（OTA）和電容C組成的有源濾波器，也是很有希望的全集成方案。

二、有源濾波器的現(xiàn)狀

我國(guó)國(guó)內(nèi)使用的有源濾波器，在2000年前基本采用進(jìn)口德國(guó)和美國(guó)品牌，產(chǎn)品價(jià)格非常高昂。隨著電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的進(jìn)步，國(guó)產(chǎn)有源濾波器已取得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)步，已經(jīng)在各種重大項(xiàng)目上的代替的進(jìn)口產(chǎn)品，僅2012年，國(guó)產(chǎn)有源濾波器產(chǎn)品的銷售額已經(jīng)超過進(jìn)口品牌5倍之多，其中上?？品评找约疤旖蛉f(wàn)高的銷售額更是占據(jù)了國(guó)產(chǎn)中的半壁江山，并在超過5000A的項(xiàng)目中屢有斬獲，于此同時(shí)，利思、雙電、英那士等新興廠家也在不斷沖擊著市場(chǎng)，有源電力濾波器APF以其巨大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)、強(qiáng)大功能、逐漸下降的價(jià)格，必將**終取代傳統(tǒng)無(wú)源型濾波器PF。

在APF的發(fā)展過程中，模塊化的有源濾波設(shè)備以其體積小，安裝方便，集成化程度高，工作穩(wěn)定，擴(kuò)容方便等優(yōu)點(diǎn)慢慢取代了傳統(tǒng)的柜式APF，在艾普瑞斯、深圳盛弘等模塊化行業(yè)領(lǐng)頭羊的帶領(lǐng)下，國(guó)產(chǎn)品牌天津萬(wàn)高、上?？品评?、上海雙電也紛紛在2012年推出了模塊化產(chǎn)品，進(jìn)口品牌施耐德也與艾普瑞斯達(dá)成戰(zhàn)略合作，擁有了模塊化產(chǎn)品，在未來的5年中，模塊化的有源濾波APF與靜止無(wú)功發(fā)生器SVG的組合必將成為電能質(zhì)量行業(yè)中有力的解決方案，并被市場(chǎng)廣泛的認(rèn)可。