專利名稱：一種多線圈集成lc單元構(gòu)成的平面emi濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種EMI電源濾波器的平面磁集成結(jié)構(gòu)，特別是由多線圈集成LC單元構(gòu)成的平面EMI濾波器。
背景技術(shù)：
我國加入WTO和實施強制產(chǎn)品EMC認(rèn)證制度以來，電磁兼容的重要性和必要性已被普遍接受。由功率器件的開關(guān)工作引起了極大的電壓或電流脈沖，從而引發(fā)的嚴(yán)重的電磁干擾(EMI)是電磁兼容問題的重要方面之一。這些干擾經(jīng)近場和遠(yuǎn)場耦合形成傳到和輻射干擾，嚴(yán)重污染電磁環(huán)境和電源系統(tǒng)。對于EMI傳導(dǎo)干擾，采用EMI濾波器進(jìn)行濾波是一種常用及有效的手段。將EMI濾波器適當(dāng)?shù)慕尤腚娋W(wǎng)和開關(guān)電源之間，即能防止開關(guān)電源產(chǎn)生的噪聲傳導(dǎo)進(jìn)入電網(wǎng)，也能防止電網(wǎng)中的各種高頻噪聲通過傳導(dǎo)進(jìn)入開關(guān)電源。傳統(tǒng)EMI濾波器采用分立式電感電容組成共模及差模濾波器。但高頻時由于分立元件的寄生參數(shù)，例如電感的并聯(lián)寄生電容(EPC)、電容的串聯(lián)寄生電感(ESL)等，使EMI濾波器在高頻時的插入損耗明顯降低，嚴(yán)重影響了 EMI濾波器的高頻性能。同時，由于傳統(tǒng)的無源分立元件因其元件數(shù)量多、體積大，成為電力電子設(shè)備小型化發(fā)展過程中的障礙。將平面磁集成技術(shù)應(yīng)用于EMI濾波器，在實現(xiàn)模塊化和小型化的同時，可以有效減小其高頻寄生參數(shù)。平面集成LC結(jié)構(gòu)是構(gòu)成平面磁集成EMI濾波器的基本單元，弗吉尼亞理工大學(xué)的 YingLin Zhao提出了一種廣義傳輸線理論，通過該理論可以較好的預(yù)測平面LC結(jié)構(gòu)的高頻特性，Rengang Chen設(shè)計了應(yīng)用于開關(guān)電源系統(tǒng)的平面EMI濾波器,如圖I所示，其中 I、磁芯、2、介質(zhì)，3、銅箔繞組，A、B、C、D為輸入、輸出端。隨著現(xiàn)代電力電子向高頻方向發(fā)展，電流在直接拐角處分布很不均勻，嚴(yán)重影響濾波器性能。故由南京航空航天大學(xué)本課題組提出環(huán)形平面EMI濾波器結(jié)構(gòu)，如圖2所示。該濾波器采用罐(P)型磁芯201，差模電容 202和210，共模集成LC結(jié)構(gòu)203、204、205、207、208以及209，及漏感層206組成。差模電容作為濾波器的輸入，在電路中采用四端點連接方式。共模電感層與集成LC結(jié)構(gòu)順向串聯(lián)耦合，兩個共模LC結(jié)構(gòu)并聯(lián)構(gòu)成共模扼流圈，同時通過漏感層漏感構(gòu)成差模電感。該結(jié)構(gòu)組成了平面EMI濾波器結(jié)構(gòu)，減小了體積，大大提高了功率密度，并且減小了高頻的寄生參數(shù)。圖2所示的集成平面EMI結(jié)構(gòu)是傳統(tǒng)EMI濾波器結(jié)構(gòu)。但由于電力電子的發(fā)展，現(xiàn)代 EMI濾波器在一些情況下需使用多級濾波器，使用上述結(jié)構(gòu)，會導(dǎo)致集成LC結(jié)構(gòu)增多，體積增大。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明提供一種雙層多對線匝的平面EMI濾波器集成結(jié)構(gòu)，可以在單個平面集成 LC單元上實現(xiàn)多級共模濾波結(jié)構(gòu)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，平面集成LC結(jié)構(gòu)由單板多對線圈構(gòu)成，提高了陶瓷板利用率，同時，在同一集成LC單元上采用共模電感EPC消除技術(shù)，改善高頻特性。本發(fā)明采用特制的罐型磁芯，螺旋線圈全部包含在磁芯內(nèi)部，提高了導(dǎo)體的利用率，并且易于安裝。本發(fā)明可應(yīng)用于開關(guān)電源的前端變換器中，與傳統(tǒng)的EMI電源濾波器相比，體積明顯減小，并且提高了濾波器的插入損耗。同時與現(xiàn)有的環(huán)形平面濾波器相比，改善了濾波器的高頻性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，采用如下技術(shù)方案一種基于多線圈集成LC單元構(gòu)成的平面EMI濾波器，包括罐型磁芯以設(shè)置在罐型磁芯內(nèi)的第一共模集成LC結(jié)構(gòu)、第二共模集成LC結(jié)構(gòu)、第一差模電容、第二差模電容及一個漏感層，所述的漏感層位于所述的的兩個共模集成LC結(jié)構(gòu)之間，第一差模電容的一個端口作為濾波器輸入、第二差模電容的一個端口作為濾波器輸出，其特征在于所述的罐型磁芯具有至少兩個磁芯柱，所述的第一共模集成LC結(jié)構(gòu)和第二共模集成LC結(jié)構(gòu)均由陶瓷板以及兩對平面螺旋線圈組成，所述的平面螺旋線圈分別套在所述的磁芯柱上，所述的成對平面螺旋線圈對稱的設(shè)置在陶瓷板的上下層平面上，所述的上層平面上的線圈順向串聯(lián)耦合，所述下層平面上的線圈一點接地，所述的第一差模電容的第一輸出端連接第一共模集成LC結(jié)構(gòu)的輸入端，第一差模電容的第二輸出端連接第二共模集成LC結(jié)構(gòu)的輸入端，第一共模集成LC結(jié)構(gòu)和第二共模集成LC結(jié)構(gòu)的輸出端分別連接第二差模電容的第一輸入端和第二輸入端。在所述的陶瓷板的上下層表面上均設(shè)置有四個線圈。所述的差模電容由雙面PCB板構(gòu)成，上下兩面除磁芯所需過孔外全部噴鍍PCB導(dǎo)線，且上下兩層完全對稱。所述的PCB板的板材采用介電常數(shù)為10000-20000的陶瓷材料鈮鎂酸鉛。所述的漏感層采用高分子鐵氧體復(fù)合磁材料。本發(fā)明包含一個罐型磁芯、兩個集成的差模電容、兩個平面集成LC結(jié)構(gòu)及一個漏感層組成。差模電容有單匝集成LC單元構(gòu)成。共模扼流圈及共模電容由兩個平面集成LC 單元構(gòu)成。每個平面集成LC單元有四對線圈，由陶瓷板上直接噴鍍平面線圈導(dǎo)體形成。上下兩層線圈完全對稱。差模電容及其它平面集成LC結(jié)構(gòu)采用陶瓷板都具有高介電常數(shù)，以增加差模及共模電容值，使其符合EMI濾波器設(shè)計要求。共模扼流圈與共模電容可以根據(jù) EMI濾波器設(shè)計要求，靈活采用四個平面線圈串并聯(lián)形成共模濾波結(jié)構(gòu)，并采用共模電感 EPC消除方法。如上所述，本發(fā)明采用圓形的平面集成LC結(jié)構(gòu)作為集成EMI濾波器的基本組成單元。在單板上構(gòu)成多個LC單元,可以靈活構(gòu)成所需的電感電容參數(shù)，同時構(gòu)成多級EMI共模濾波結(jié)構(gòu)，選用特定的罐型磁芯，增加了導(dǎo)體的利用率，且易于安裝。


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圖6是平面集成LC結(jié)構(gòu)的中單對線圈的等效集中參數(shù)電路。圖7是集成的差模電容。圖8是集成差模電容的等效集中參數(shù)電路。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明如圖3、圖4所示的實例，本發(fā)明提供的一種單片多線圈構(gòu)成的平面EMI濾波器集成結(jié)構(gòu)包括一個罐型磁芯301，兩個差模電容302和306，兩個集成LC結(jié)構(gòu)303和304，一個漏感層305。其中罐型磁芯301包括P型磁性的基礎(chǔ)上出去原來結(jié)構(gòu)中的中柱，取代中柱的則是四個磁芯柱，并把差模電容和集成LC結(jié)構(gòu)套在四個芯柱上，共模集成LC結(jié)構(gòu)包括由陶瓷板和噴鍍在陶瓷板上下層表面的各至少兩個線圈組成，在本實施例中，單層表面上的線圈為四個，所以芯柱也是4個。差模電容以及共模集成LC結(jié)構(gòu)的連接電路圖如圖4所示。圖6為圖5中單對集成LC結(jié)構(gòu)的等效電路圖，I、II兩個線圈的匝數(shù)為N1、N2，III、 IV兩個線圈匝數(shù)為N3、N4，導(dǎo)線寬度為t1;陶瓷板厚度為Cl1，圖5B為圖5A的等效電路圖，匝數(shù)為I，導(dǎo)線寬度為t3，PCB板厚度為d3，罐型磁芯的每個磁路面積相等為Ae，磁路長度為le， 磁導(dǎo)率為μ-若采用兩級共模濾波器，采用圖3Α中I、II兩個LC集成結(jié)構(gòu)，每個平面線圈構(gòu)成一級電感，每個集成電容構(gòu)成一級共模電容
權(quán)利要求
1.一種基于多線圈集成LC單元構(gòu)成的平面EMI濾波器，包括罐型磁芯(301)以設(shè)置在罐型磁芯(301)內(nèi)的第一共模集成LC結(jié)構(gòu)(303)、第二共模集成LC結(jié)構(gòu)(304)、第一差模電容(302)、第二差模電容(306)及一個漏感層(305)，所述的漏感層(305)位于所述的的兩個共模集成LC結(jié)構(gòu)之間,第一差模電容(302)的一個端口作為濾波器輸入、第二差模電容 (306)的一個端口作為濾波器輸出，其特征在于所述的罐型磁芯(301)具有至少兩個磁芯柱，所述的第一共模集成LC結(jié)構(gòu)和第二共模集成LC結(jié)構(gòu)均由陶瓷板以及兩對平面螺旋線圈組成，所述的平面螺旋線圈分別套在所述的磁芯柱上，所述的成對平面螺旋線圈對稱的設(shè)置在陶瓷板的上下層平面上，所述的上層平面上的線圈順向串聯(lián)耦合，所述下層平面上的線圈一點接地，所述的第一差模電容(302)的第一輸出端連接第一共模集成LC結(jié)構(gòu)的輸入端，第一差模電容(302)的第二輸出端連接第二共模集成LC結(jié)構(gòu)的輸入端，第一共模集成LC結(jié)構(gòu)和第二共模集成LC結(jié)構(gòu)的輸出端分別連接第二差模電容(306)的第一輸入端和第二輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的基于多線圈集成LC單元構(gòu)成的平面EMI濾波器，其特征在于在所述的陶瓷板的上下層表面上均設(shè)置有四個線圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求書I或2所述的基于多線圈集成LC單元構(gòu)成的平面EMI濾波器，其特征在于所述的差模電容由雙面PCB板構(gòu)成，上下兩面除磁芯所需過孔外全部噴鍍PCB導(dǎo)線，且上下兩層完全對稱。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于多線圈集成LC單元構(gòu)成的平面EMI濾波器，其特征在于所述的PCB板(502)的板材采用介電常數(shù)為10000-20000的陶瓷材料鈮鎂酸鉛。
5.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的基于多線圈集成LC單元構(gòu)成的平面EMI濾波器，其特征在于所述的漏感層(306)采用高分子鐵氧體復(fù)合磁材料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于多線圈集成LC單元構(gòu)成的平面EMI濾波器，包括罐型磁芯以設(shè)置在罐型磁芯內(nèi)的第一共模集成LC結(jié)構(gòu)、第二共模集成LC結(jié)構(gòu)、第一差模電容、第二差模電容及一個漏感層，所述的漏感層位于所述的兩個共模集成LC結(jié)構(gòu)之間，第一差模電容的一個端口作為濾波器輸入、第二差模電容的一個端口作為濾波器輸出，所述的罐型磁芯具有至少兩個磁芯柱，所述的第一共模集成LC結(jié)構(gòu)和第二共模集成LC結(jié)構(gòu)均由陶瓷板以及兩對平面螺旋線圈組成，所述的平面螺旋線圈分別套在所述的磁芯柱上，本發(fā)明在單板上構(gòu)成多個共模集成LC單元，可以靈活構(gòu)成所需的電感電容參數(shù)，同時構(gòu)成多級EMI共模濾波結(jié)構(gòu)，選用特定的罐型磁芯，增加了導(dǎo)體的利用率，且易于安裝。
文檔編號H03H7/09GK102594284SQ20121004037
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月22日
發(fā)明者王世山, 石磊磊 申請人:南京航空航天大學(xué)