[發(fā)明專利]基于多級CL電路的3D集成式EMI濾波器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011170673.3
• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN112332653B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭峰;王安宇;武志強;何谷青
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: H02M1/44
• 分類號: H02M1/44;H02M7/00;H01F27/29;H01F27/30;H01G4/228;H01G2/06
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 陳宏社;王品華

本發(fā)明提出了一種多級CL電路的3D集成式EMI濾波器，包括外殼(1),以及位于外殼(1)內(nèi)的多級3D集成式共模電感(2)和多級平板型共模電容器(3)；多級3D集成式共模電感(2)通過絕緣底座(4)固定在外殼(1)的殼體底部，多級平板型共模電容器(3)通過接線柱固定在多級3D集成式共模電感(2)的頂部，每級共模電感(21)的一個輸入端與對應(yīng)位置的共模電容器(33)中一組共模電容器(33)相連,形成多級CL電路。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過將多個單級CL濾波電路的輸出端和輸入端相串聯(lián)，實現(xiàn)了多級CL濾波電路的串聯(lián)耦合，從而在不改變?yōu)V波器體積的前提下極大提高了其插入損耗性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多級CL電路的3D集成式EMI濾波器，適用于電動車輛的電機驅(qū)動系統(tǒng)和光伏電站的逆變器系統(tǒng)。

背景技術(shù)

電動汽車的電機驅(qū)動系統(tǒng)與光伏電站的逆變系統(tǒng)中都含有逆變器。逆變器在正常工作時，其中的開關(guān)器件在快速開通和關(guān)斷時會形成幅值較大的陡脈沖，由此而產(chǎn)生的電磁干擾頻帶寬、能量大，是電驅(qū)系統(tǒng)和光伏逆變系統(tǒng)的主要干擾來源。如果對于逆變器產(chǎn)生的噪聲不進行抑制，其共模噪聲就會沿著逆變器的直流母線傳導(dǎo)到敏感設(shè)備上，對電動汽車的電源和光伏電站的光伏板造成損害，并影響其使用壽命。

在電驅(qū)系統(tǒng)和光伏逆變系統(tǒng)中加裝電磁兼容EMI濾波器可以減小共模電流，并且對高次諧波形成低阻抗通路，從而減小系統(tǒng)中的電磁干擾。所以為了使電驅(qū)系統(tǒng)和光伏逆變系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地工作，加裝性能優(yōu)異的EMI濾波器是必不可少的。然而在傳統(tǒng)的大功率系統(tǒng)中濾波器多采用分離式的單級結(jié)構(gòu)，其存在幾何尺寸大、空間利用率低、功率密度低等缺點。或者當(dāng)為了得到更好的性能將多個濾波器串聯(lián)時，由于各個濾波器之間的寄生效應(yīng)以及耦合關(guān)系，其插入損耗不僅達不到理想的效果，甚至反而會使濾波器體積大于電驅(qū)系統(tǒng)或者光伏逆變系統(tǒng)的體積，這在當(dāng)前大功率系統(tǒng)高頻化、緊湊化的時代背景下顯得格格不入。

面對大功率電驅(qū)系統(tǒng)以及光伏逆變系統(tǒng)中電力電子裝置的電磁兼容問題，常規(guī)單級分離式元件的EMI濾波器已經(jīng)難以滿足現(xiàn)在系統(tǒng)中對于濾波器的性能要求，因此設(shè)計一種在大功率條件下使用的小體積高插入損耗的濾波器成為實際應(yīng)用中急需達到的目標(biāo)。申請公布號為CN 108880207 A，名稱為“大功率3D集成式三相EMI濾波器”的專利申請，公開了一種3D集成式EMI濾波器，該發(fā)明將三相水平繞組和三相豎直繞組貫穿四層平面磁芯，從而構(gòu)成三相共模電感；而后三個電容疊層貼在共模電感的側(cè)面形成一種3D互聯(lián)架構(gòu)；該3D集成型EMI濾波器在保證插入損耗不變的情況下，減小了濾波器的體積；但是由于采用的是單級CL濾波器架構(gòu)，所以在保證體積變化不大的前提下，其插入損耗難以提升，同時功率密度也比較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于多級CL電路的3D集成式EMI濾波器，旨在保證濾波器體積不變的前提下，通過增加CL電路級數(shù)的方法，提高電磁兼容EMI濾波器的插入損耗。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種基于多級CL電路的3D集成式EMI濾波器，其特征在于，包括外殼1，以及位于外殼1內(nèi)的多級3D集成式共模電感2和多級平板型共模電容器3，其中：

所述多級3D集成式共模電感2包括級共模電感21，N≥3；所述共模電感21包括磁芯組211、U型繞組212和Z型繞組213；所述磁芯組211包括兩列沿X軸方向排布的磁環(huán)，每列磁環(huán)數(shù)量為一個或沿Z軸方向重疊的多個；所述U型繞組212包括M個U型銅排,M≥2；所述Z型繞組213包括H個Z型排銅，M-H≥2；所述M個U型銅排沿Y軸方向排布，且U型銅排的兩個臂從底端到頂端分別貫穿磁芯組211兩列磁環(huán)窗口，所述H個Z型排銅沿Y軸方向排列，并與M個U型銅排錯開相連，形成包括M-H個輸入端和M-H個輸出端的共模電感繞組，每個輸入端和每個輸出端上各連接與外接設(shè)備連接的出線端子；所述N級共模電感21沿X軸方向周期性排布，相鄰共模電感21中的共模電感繞組首尾相連；