專利名稱：一種基于重疊交錯繞組的平面emi濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種濾波器，特別涉及一種基于重疊交錯繞組的平面EMI濾波器。
背景技術(shù)：
過去的數(shù)十年中，在半導(dǎo)體器件，不斷改善的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，更高的開關(guān)頻率以及先進(jìn)的封裝和集成技術(shù)的推動下，電力電子系統(tǒng)穩(wěn)固地朝著集成化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和平面化方向提高電性能和熱性能，減小尺寸、厚度和損耗。雖然較高的開關(guān)頻率在一定程度上可以較小轉(zhuǎn)換器的尺寸、厚度和損耗，但是這會帶來更多電磁干擾方面的問題。先進(jìn)的封裝和集成技術(shù)可以在更小的空間集成更多的元器件，然而在設(shè)計的過程同樣需要更多地考慮電磁干擾問題。在電力電子設(shè)備的工作頻率范圍，其中電磁干擾以傳導(dǎo)干擾為主，其頻率范圍通常為150kHf 30MHz，并且以電壓、電流差模和共模的形式表現(xiàn)出來，根據(jù)電磁干擾的特性，通常應(yīng)用接地、屏蔽、濾波三種方法對電磁干擾信號進(jìn)行抑制。EMI濾波器在抑制傳導(dǎo)干擾方面是極為有效的手段，因此，在功率變換器中使用EMI濾波器來提高設(shè)備抗干擾的能力。電磁兼容元器件及其之間的互聯(lián)往往決定著整個系統(tǒng)的尺寸及輪廓。當(dāng)使用分立式無源元件時，由于各元件的外形都不盡相同，從而使空間不能得到充分的應(yīng)用。然而，對于大多數(shù)情況，由于在EMI濾波器中仍然使用了一些分立式無源元件且存在結(jié)構(gòu)性的計生參數(shù)，如電容的等效串聯(lián)電感(ESL)及電感的等效并聯(lián)電容(EPC)，使得濾波器的高頻性能并不理想。

實(shí)用新型內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)與不足，本實(shí)用新型提供一種基于重疊交錯繞組的平面EMI濾波器，其在分布式電源系統(tǒng)中能夠有效抑制頻率在150kHz-30MHz的傳導(dǎo)噪聲，從而使得電源系統(tǒng)的穩(wěn)定 。本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:一種基于重疊交錯繞組的平面EMI濾波器，包括由E型磁芯9和I型磁芯8構(gòu)成的閉合磁路，在閉合磁路的中心磁芯上繞有矩形的FR4基板7，在FR4基板上方，從上到下依次繞第一電感線圈1、第二電感線圈2、第一地層線圈3，所述第一電感線圈I與第二電感線圈2之間設(shè)有第一種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)，第二電感線圈2與第一地層線圈3之間設(shè)有第二種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)；在FR4基板7下方，與FR4基板上方對稱繞有第二地層線圈4、第三電感線圈5、第四電感線圈6，所述第二地層線圈4與第三電感線圈5之間設(shè)有第二種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)、第三電感線圈5與第四電感線圈6之間第一種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)；所述第一電感線圈I與第三電感線圈5級聯(lián)，所述第二電感線圈2與第四電感線圈6級聯(lián)。[0009]還包括第三地層線圈10和第四地層線圈13，所述第三地層線圈13位于第一電感線圈I上方，且與第一電感線圈I之間設(shè)有第二種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)，所述第四地層線圈13位于第四電感線圈6下方，且與第四電感線圈6之間設(shè)有第二種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)。所述第一電感線圈I與第三電感線圈5級聯(lián)構(gòu)成第一共模電感，所述第二電感線圈2與第四電感線圈6級聯(lián)構(gòu)成第二共模電感，這樣一種交錯級聯(lián)結(jié)構(gòu)可以大大減小共模電感的自身寄生電容。 所述第一電感線圈I與第二電感線圈2之間的第一種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)構(gòu)成第一差模電容，所述第三電感線圈5與第四電感線圈6之間的第一種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)構(gòu)成第二差模電容，從而無需外加差模電容元件，實(shí)現(xiàn)了濾波器的小型化。所述第一地層線圈3與第二電感線圈2之間的第二種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)構(gòu)成第一共模電容，第二地層線圈4與第三電感線圈5之間的第二種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)構(gòu)成第二共模電容。所述第三地層線圈10與第一電感線圈I之間設(shè)有第二種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)構(gòu)成第三共模電容，所述第四地層線圈13與第四電感線圈6之間設(shè)有第二種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)構(gòu)成第四共模電容。所述第一種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)的相對介電常數(shù)為14000，第二種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)的相對介電常數(shù)為78。本實(shí)用新型的有益效果:(I)巧妙地利用重疊交錯共模電感之間的耦合實(shí)現(xiàn)差模電容，而不需要另外增加實(shí)現(xiàn)差模電容的元器件，從而減小了濾波器的體積；(2)采用用重疊交錯結(jié)構(gòu)繞組實(shí)現(xiàn)共模扼流圈，其可以有效減小電感自身的等效并聯(lián)電感，從而可以改善濾波器的高頻性能；(3)構(gòu)成共模電感的兩級聯(lián)線圈分別于地層耦合形成電容作為共模濾波器的共模電容，在不需要大幅度增加濾波器的元器件條件下，實(shí)現(xiàn)了其等效電路為兩級的低通濾波器，從而進(jìn)一步改善了平面EMI濾波器的高頻性能。

圖1是基于重疊交錯繞組的平面EMI濾波器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是實(shí)施例2的平面EMI濾波器結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖1的縱向截面圖；圖4是圖2的縱向截面圖；圖5是圖1的等效電路；圖6是圖2的等效電路。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例實(shí)施例1[0028]如圖1、圖3所示，一種基于重疊交錯繞組的平面EMI濾波器，包括由E型磁芯9和I型磁芯8構(gòu)成的閉合磁路，在閉合磁路的中心磁芯上繞有矩形的FR4基板7，在FR4基板上方，從上到下依次繞第一電感線圈1、第二電感線圈2、第一地層線圈3，所述第一電感線圈I與第二電感線圈2之間、第二電感線圈2與第一地層線圈3之間分別設(shè)有第一種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)和第二種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)；在FR4基板下方，與FR4基板上方對稱繞有第二地層線圈4、第三電感線圈5、第四電感線圈6，所述第二地層線圈4與第三電感線圈5之間、第三電感線圈5與第四電感線圈6之間分別設(shè)有第二種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)和第一種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)，且在結(jié)構(gòu)上，第一電感線圈I與第三電感線圈5級聯(lián)，第二電感線圈2與第四電感線圈6級聯(lián)。圖5為圖1的等效電路，a、b端連接電源的相線，C、d端連接電源的中線，第一共模電感27由第二電感線圈2與第四電感線圈6級聯(lián)構(gòu)成，第二共模電感28由第一電感線圈I與第三電感線圈5級聯(lián)構(gòu)成；第一差模電容31由第一電感線圈I與第二電感線圈2之間的第一種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)形成，第二差模電容32由第三電感線圈5與第四電感線圈6之間的第一種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)形成。圖5中的第一共模電容33由第一地層線圈3與第二電感線圈2之間的第二種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)形成；第二共模電容34由第二地層線圈4與第三電感線圈5之間的第二種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)形成。在圖5中，29和30分別為第一地層線圈電感和第二地層線圈電感。實(shí)施例2如圖2和圖4所示，一種基于重疊交錯繞組平面EMI濾波器，包括由E型磁芯9和I型磁芯8構(gòu)成的閉合磁路，在閉合磁路的中心磁芯上繞有矩形的FR4基板7，在FR4基板上方，從上到下依次繞第三地層線圈10、第一電感線圈1、第二電感線圈2、第一地層線圈3，所述第一電感線圈I與第二電感線圈2之間設(shè)有第一種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)，第一電感線圈I與第三地層線圈10之間設(shè)有第二種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)，第二電感線圈2與第一地層線圈3之間設(shè)有第二種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)。在FR4基板下方，與FR4基板上方對稱繞有第二地層線圈4、第三電感線圈5、第四電感線圈6，第四地層線圈13，所述第三地層線圈12與第三電感線圈5之間設(shè)有第二種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)、第三電感線圈5與第四電感線圈6之間第一種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)，第四電感線圈6與第四地層線圈13之間設(shè)有第二種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)，且在結(jié)構(gòu)上，第一電感線圈與第三電感線圈級聯(lián)，第二電感線圈與第四電感線圈6級聯(lián)。所述圖4中的第一地層線圈3和第三地層線圈10的線圈數(shù)均為實(shí)施例1中第一地層線圈數(shù)的一半。所述圖4中的第二地層線圈4和第四地層線圈13的線圈數(shù)均為實(shí)施例1中第二地層線圈數(shù)的一半。圖6為圖2的等效電路，e、f端連接電源的相線，g、h端連接電源的中線，第三共模電感35由第二電感線圈2形成，第四共模電感36由第四電感線圈6形成，其電感量均為實(shí)施例1中的第一共模電感的一半，第五共模電感37由第一電感線圈I形成，第六共模電感38由第三電感線圈5形成，其電感量均為實(shí)施例1中第二共模電感的一半；[0040]第一差模電容43由第一電感線圈I與第二電感線圈2之間的第一種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)形成，第二差模電容44由第三電感線圈5與第四電感線圈6之間的第一種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)形成。圖6中的第一共模電容45由第一地層線圈3與第二電感線圈2之間的第二種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)形成；第二共模電容48由第二地層線圈4與第三電感線圈5之間的第二種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)形成；第三共模電容46由第四地層線圈13與第四電感線圈6之間的第二種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)形成；第四共模電容47由第三地層線圈10與第一電感線圈I之間的第二種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)形成；其共模等效電路為兩級低通濾波器。在圖6中，39、40、41和42分別為第一地層線圈電感、第二地層線圈電感、第三地層線圈電感和第四地層線圈電感。本實(shí)用新型采用LC繞組實(shí)現(xiàn)構(gòu)成平面EMI濾波器的元器件，其差模電感由共模電感的漏感實(shí)現(xiàn)；采用重疊交錯繞組結(jié)構(gòu)減小電感的等效并聯(lián)電容；采用共模繞組與多層地結(jié)構(gòu)耦合實(shí)現(xiàn)濾波器的兩極濾波效果，從而實(shí)現(xiàn)平面EMI濾波器的小型化及其良好的高頻性能。上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受所述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種基于重疊交錯繞組的平面EMI濾波器，其特征在于，包括由E型磁芯(9)和I型磁芯(8)構(gòu)成的閉合磁路，在閉合磁路的中心磁芯上繞有矩形的FR4基板(7)，在FR4基板(7)上方，從上到下依次繞第一電感線圈(I)、第二電感線圈(2)、第一地層線圈(3)，所述第一電感線圈(I)與第二電感線圈(2)之間設(shè)有第一種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)，第二電感線圈(2)與第一地層線圈(3)之間設(shè)有第二種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)； 在FR4基板(7)下方，與FR4基板上方對稱繞有第二地層線圈(4)、第三電感線圈(5)、第四電感線圈(6)，所述第二地層線圈(4)與第三電感線圈(5)之間設(shè)有第二種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)、第三電感線圈(5)與第四電感線圈(6)之間設(shè)有第一種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)； 所述第一電感線圈(I)與第三電感線圈(5)級聯(lián)，所述第二電感線圈(2)與第四電感線圈(6)級聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于重疊交錯繞組的平面EMI濾波器，其特征在于，還包括第三地層線圈(10)和第四地層線圈(13)，所述第三地層線圈(10)位于第一電感線圈(I)上方，且與第一電感線圈(I)之間設(shè)有第二種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)，所述第四地層線圈(13)位于第四電感線圈(6)下方，且與第四電感線圈(6)之間設(shè)有第二種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于重疊交錯繞組的平面EMI濾波器，其特征在于，所述第一電感線圈(I)與第三電感線圈(5)級聯(lián)構(gòu)成第一共模電感，所述第二電感線圈(2)與第四電感線圈(6)級聯(lián)構(gòu)成第二共模電感。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于重疊交錯繞組的平面EMI濾波器，其特征在于，所述第一電感線圈(I)與第二電感線圈(2)之間的第一種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)構(gòu)成第一差模電容，所述第三電感線圈(5)與第四電感線圈(6)之間的第一種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)構(gòu)成第二差模電容。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于重疊交錯繞組的平面EMI濾波器，其特征在于，所述第一地層線圈(3)與第二電感線圈(2)之間的第二種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)構(gòu)成第一共模電容，第二地層線圈(4)與第三電感線圈(5)之間的第二種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)構(gòu)成第二共模電容。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于重疊交錯繞組的平面EMI濾波器，其特征在于，所述第三地層線圈(10)與第一電感線圈(I)之間設(shè)有第二種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)構(gòu)成第三共模電容，所述第四地層線圈(13)與第四電感線圈(6)之間設(shè)有第二種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)構(gòu)成第四共模電容。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的一種基于重疊交錯繞組的平面EMI濾波器，其特征在于，所述第一種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)的相對介電常數(shù)為14000，第二種高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)的相對介電常數(shù)為78。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于重疊交錯繞組的平面EMI濾波器，包括由E型磁芯和Ι型磁芯構(gòu)成的閉合磁路，在閉合磁路的中心磁芯上繞有矩形的FR4基板，在FR4基板上繞有第一電感線圈、第二電感線圈、第一地層線圈，在FR4基板下方，與FR4基板上方對稱繞有第二地層線圈、第三電感線圈、第四電感線圈，所述第一電感線圈與第三電感線圈級聯(lián)，所述第二電感線圈與第四電感線圈級聯(lián)。本實(shí)用新型在分布式電源系統(tǒng)中能夠有效抑制頻率在150kHz-30MHz的傳導(dǎo)噪聲，從而使得電源系統(tǒng)的穩(wěn)定。
文檔編號H01F17/04GK202996476SQ20122071957
公開日2013年6月12日 申請日期2012年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月15日
發(fā)明者黃惠芬, 鄧良勇 申請人:華南理工大學(xué)