[發(fā)明專利]一種圓形PCB線匝構(gòu)成的平面EMI濾波器集成模塊

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010162165.0
• 申請(qǐng)日: 2010-04-30
• 公開（公告）號(hào): CN101854152A
• 公開（公告）日: 2010-10-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王世山;周小林;武麗芳;崔永生
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): H03H7/09
• 分類號(hào): H03H7/09;H01F17/04
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種圓形PCB線匝構(gòu)成的平面EMI濾波器集成模塊，屬于EMI電源濾波器的平面磁集成結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

各種電力電子裝置中功率器件的開關(guān)工作引起了極大的電壓或電流脈沖，從而引發(fā)了嚴(yán)重的電磁干擾(EMI)。這些干擾經(jīng)近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)耦合形成傳導(dǎo)和輻射干擾，嚴(yán)重污染電磁環(huán)境和電源系統(tǒng)。對(duì)于傳導(dǎo)干擾，采用EMI濾波器進(jìn)行濾波是一種非常有效和經(jīng)濟(jì)的手段，將該類濾波器適當(dāng)?shù)慕尤腚娫春拓?fù)載之間，不僅能防止電力電子裝置產(chǎn)生的噪聲傳導(dǎo)進(jìn)入電網(wǎng)，同時(shí)也能防止電網(wǎng)中的各種高頻噪聲通過(guò)傳導(dǎo)耦合進(jìn)入電力電子裝置。

然而在高頻時(shí)，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(shí)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(shí)，由于傳統(tǒng)的無(wú)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(guò)程中的障礙。將平面磁集成技術(shù)應(yīng)用于EMI濾波器，在實(shí)現(xiàn)模塊化和小型化的同時(shí)，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(guò)該理論可以較好的預(yù)測(cè)平面LC結(jié)構(gòu)的高頻特性，Rengang?Chen設(shè)計(jì)了應(yīng)用于開關(guān)電源系統(tǒng)的平面EMI濾波器(圖1)，該濾波器采用平面EI型磁芯(104)，由差模電容(101)、共模集成LC結(jié)構(gòu)(102)及漏感層(103)組成，利用一匝的平面LC結(jié)構(gòu)作為差模電容，在電路中采用四端點(diǎn)連接方式，以減小串聯(lián)寄生電感，采用兩個(gè)多匝的平面LC結(jié)構(gòu)連接成低通濾波器結(jié)構(gòu)，并聯(lián)在一起作為共模扼流圈，該種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了EMI電源濾波器的平面磁集成結(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1所示的平面集成EMI濾波器，采用矩形的平面螺旋線圈。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。構(gòu)成平面LC結(jié)構(gòu)的螺旋線圈有部分在磁芯外，減小了導(dǎo)體的利用率，不能有效的產(chǎn)生足夠大的電感，同時(shí)由于構(gòu)成平面集成LC結(jié)構(gòu)的PCB板采用高介電常數(shù)的陶瓷材料，陶瓷材料較脆，不易進(jìn)行安裝。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種圓形PCB線匝構(gòu)成的平面EMI濾波器集成模塊，與現(xiàn)有技術(shù)相比，平面集成LC結(jié)構(gòu)采用圓形的平面螺旋線圈，消除了高頻時(shí)矩形螺旋線圈的拐角處電流分布不均帶來(lái)的影響，同時(shí)，采用了壺型磁芯，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)用于分布式電源系統(tǒng)的前端變換器中，與分立元件組成的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，改善了濾波器的高頻性能。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，采用如下技術(shù)方案：

一種圓形PCB線匝構(gòu)成的平面EMI濾波器集成模塊，其特征在于包括壺型磁芯、共模電感層、共模集成LC結(jié)構(gòu)、漏感層和差模電容，其中共模電感層包括共模電感層I、共模電感層II、共模電感層III和共模電感層IV，共模集成LC結(jié)構(gòu)包括共模集成LC結(jié)構(gòu)I和共模集成LC結(jié)構(gòu)II，差模電容包括差模電容I和差模電容II；共模電感層I、共模電感層II和共模集成LC結(jié)構(gòu)I的左邊線圈通過(guò)導(dǎo)線順向串聯(lián)在一起，形成一個(gè)左端順向耦合結(jié)構(gòu)，兩個(gè)共模集成LC結(jié)構(gòu)之間由漏感層隔離，共模電感層III、共模電感層IV及共模集成LC結(jié)構(gòu)II的右邊線圈通過(guò)導(dǎo)線順向串聯(lián)在一起，形成一個(gè)右端順向耦合結(jié)構(gòu)，差模電容I的一個(gè)端口作為整個(gè)濾波器的輸入端口，差模電容II的一個(gè)端口作為整個(gè)濾波器的輸出端，整個(gè)集成模塊置于壺型磁芯的內(nèi)部。

所述的共模電感層包括單層PCB板和平面螺旋線圈，平面螺旋線圈置于單層PCB板上方，所述的PCB板的板材為具有低介電常數(shù)的FR4，所述的平面螺旋線圈由同圓心的依次增大的半圓形PCB繞線首尾相接而構(gòu)成。

所述的共模集成LC結(jié)構(gòu)包括雙面的PCB板、上層平面螺旋線圈和下層平面螺旋線圈，上層平面螺旋線圈和下層平面螺旋線圈分別置于雙面的PCB板的上方和下方，所述的PCB板的板材采用介電常數(shù)為70-150的陶瓷材料NPO，所述的上層平面螺旋線圈和下層平面螺旋線圈分別由同圓心的依次增大的半圓形PCB繞線組成首尾相接而構(gòu)成，上層平面螺旋線圈和下層平面螺旋線圈包含的半圓形PCB繞線匝數(shù)相同，并且完全對(duì)稱。