CN101593606A - 基于柔性多层带材的全集成emi滤波器 - Google Patents

基于柔性多层带材的全集成emi滤波器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于柔性多层带材的全集成EMI滤波器，EE磁芯或EI磁芯构成含有两个边柱和一个中柱的闭合磁路，中柱开气隙；第一绕组和第二绕组分别绕在两个边柱上，绕向相同；中柱上绕有第三绕组和第四绕组这两个绕组或只绕有第五绕组这一个绕组；本发明将EMI滤波器中所有无源元件都集成在同一磁芯内，使滤波器的差模插入损耗得到显著提高，减少EMI滤波器的体积和分布参数对滤波器性能的影响。

Description

基于柔性多层带材的全集成EMI滤波器
技术领域
本发明涉及一种电子设备，尤其涉及一种基于柔性多层带材的全集成EMI滤波器。
背景技术
模块化、小型化、高功率密度是现在电力电子设备的发展趋势，一方面要求尽量减少电力电子设备中每个元件的体积，另一方面针对严重的电磁干扰EMI(electromagnetic interference)问题，对EMI滤波器的性能也要求越来越高。而传统分立型EMI滤波器存在着分立元件数量多，空间利用率低，体积大的问题，并且滤波器的性能容易受到分布参数的影响。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于柔性多层带材的EMI滤波器。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种基于柔性多层带材的全集成EMI滤波器，EE磁芯或EI磁芯构成含有两个边柱和一个中柱的闭合磁路，中柱开气隙；第一绕组和第二绕组分别绕在两个边柱上，绕向相同；中柱上绕有第三绕组和第四绕组这两个绕组或只绕有第五绕组这一个绕组。当中柱上绕有第三绕组和第四绕组这两个绕组时，第三绕组和第四绕组绕向相反，第一绕组的末端两个端子分别与第二绕组首端两个端子相连，第二绕组末端两个端子分别与第三绕组和第四绕组的首端各一个端子相连。当中柱上绕有第五绕组这一个绕组时，第一绕组的末端两个端子分别与第二绕组首端两个端子相连，第二绕组末端两个端子分别与第五绕组两个对角的端子相连。
进一步地，所述所述第一绕组和第二绕组均由含2N条铜箔的交错并联型的柔性多层带材绕成，N为正整数，且所有奇数层铜箔的首端短接、末端短接，所有偶数层铜箔的首端短接形成、末端短接，形成四个连接端子。所述第三绕组和第四绕组均由含2M条铜箔的交错并联型的柔性多层带材绕成，M为正整数，且所有偶数层铜箔的首端短接、末端短接，形成两个外接端子；而所有奇数层铜箔的一端短接并接地，另一端不做处理。所述第五绕组由含3K条铜箔的交错并联型的柔性多层带材绕成，n、K为正整数，n≤K；且所有第3n层铜箔的首端短接、末端短接，所有第3n+2层铜箔的首端短接、末端短接，形成四个外接端子；而所有第3n+1层铜箔的一端短接并接地，另一端不做处理。
本发明的有益效果是：本发明将EMI滤波器中所有无源元件都集成在同一磁芯内，使滤波器的差模插入损耗得到显著提高，减少EMI滤波器的体积和分布参数对滤波器性能的影响。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2为图1所示4个绕组中柔性多层带材的结构与连接示意图，其中，(a)为第一绕组，(b)为第二绕组，(c)为绕组第三绕组和第四绕组；
图3为实施例1的分布模型和集总模型结构示意图；其中，(a)为分布模型，(b)为集总模型；
图4为本发明实施例2的结构示意图；
图5为图4所示第五绕组中柔性多层带材的结构与连接示意图；
图6为实施例2的分布模型和集总模型结构示意图，其中，(a)为分布模型，(b)为集总模型。
具体实施方式
以下结合附图和实施例进一步说明本发明，本发明的目的和效果将变得更加明显。
本发明基于柔性多层带材的EMI滤波器，EE磁芯或EI磁芯构成含有两个边柱和1个中柱的闭合磁路，中柱开气隙。由柔性多层带材绕制而成的绕组分别放置在磁芯的两个边柱和中柱上。两个边柱上的绕组结构相同，绕向相同，都是由含2N条铜箔的交错并联型的柔性多层带材构成。柔性多层带材是由铜箔、薄膜材料、铜箔、薄膜材料……薄膜材料、铜箔、绝缘胶带依次堆叠、粘合制成。带材中含2N条铜箔，N为正整数，且所有奇数层铜箔的首端短接、末端短接，所有偶数层铜箔的首端短接、末端短接，每个绕组形成四个连接端子。中柱上有两个绕组或只有一个绕组。
当中柱上有两个绕组时，两个绕组结构相同，绕向相反，都由含2M条铜箔的交错并联型的柔性多层带材构成。柔性多层带材是由铜箔、薄膜材料、铜箔、薄膜材料……薄膜材料、铜箔、绝缘胶带依次堆叠、粘合制成，带材中含2M条铜箔，M为正整数，且每个绕组中所有偶数层铜箔的首端短接、末端短接，形成两个外接接端子；而所有奇数层铜箔的一端短接并接地，另一端不做处理。边柱上其中一个绕组的首端两个端子与外电路相连，末端两个端子与边柱上另外一个绕组首端2个端子相连。再将该绕组末端两个端子分别与中柱上两个绕组中首端各一个端子相连，中柱上两个绕组的末端各一个端子与外电路相连。
当中柱上只有一个绕组时，该绕组由含3K条铜箔的交错并联型的柔性多层带材构成，柔性多层带材是由铜箔、薄膜材料、铜箔、薄膜材料……薄膜材料、铜箔、绝缘胶带依次堆叠、粘合制成，带材中含3K条铜箔，n、K为正整数，n≤K。且所有第3n层铜箔的首端短接、末端短接，所有第(3n+2)层铜箔的首端短接、末端短接，形成四个外接端子；而所有第(3n+1)层铜箔的一端短接并接地，另一端不做处理。边柱上其中一个绕组的首端两个端子与外电路相连，末端两个端子与边柱上另外一个绕组首端相连。再将这个绕组末端两个端子分别与中柱上两个对角的端子相连，中柱上其它两个端子与外电路相连。
本发明的差模电容和共模电感集成在边柱的绕组中。绕组中所有相邻铜箔通过置于其间的绝缘介质层形成电场耦合构成EMI滤波器中差模电容；在共模电路中，中柱上绕组产生的磁通可以忽略，没有磁通流过中柱，而边柱绕组产生的磁通相互加强，相互耦合，由于磁路磁阻低，形成很大的共模电感。
本发明的共模电容和差模电感集成在中柱的绕组中。绕组中同一匝内所有相邻铜箔通过置于其间的绝缘介质层形成电场耦合构成EMI滤波器中共模电容；在差电路中，边柱上绕组产生的磁通可以忽略，而中柱绕组产生的磁通相互加强，其回路阻抗低，形成很大的差模电感。通过调节中柱上气隙的长度和绕组匝数，可以在很宽的范围内调节差模电感值。
本发明将EMI滤波器中所有的无源元件都集成在同一个磁芯中，结构紧凑，空间利用率高，能够有效地减少EMI滤波器的体积。
实施例1
参照图1，基于柔性多层带材的EMI滤波器，EE磁芯或EI磁芯(6、7)构成闭合磁路，中柱开气隙，边柱上的两个绕组由四层带材绕制而成，两者绕向相同，匝数相同。而中柱上两个绕组由两层带材绕制而成，两者绕向相反，匝数相同。
参照图1和图2，在第一绕组1中，铜箔31、33的首端短接形成端子11，末端短接形成端子13，铜箔32、34的首端短接形成端子12，末端短接形成端子14。在第二绕组2中，铜箔35、37的首端短接形成端子15，末端短接形成端子17，铜箔36、38的首端短接形成端子16，末端短接形成端子18。在第三绕组3中，铜箔44、46的首端短接形成端子20，末端短接形成端子22，铜箔43、45的末端短接形成端子24。在第四绕组4中，铜箔40、42的首端短接形成端子19，末端短接形成端子21，铜箔39、41的末端短接形成端子23。
将端子13与15相连，端子14与16相连；端子17与19相连，端子18与20相连；中柱上另外两个端子23和24接地；端子11与12待与电源线L和N相连，端子21与22待与电力电子设备相连。连接后的全集成结构1的分布模型和集总模型分别如图3(a)和(b)所示。
实施例2
参照图4，基于柔性多层带材的EMI滤波器，EE磁芯或EI磁芯(6、7)构成闭合磁路，中柱开气隙，边柱上的两个绕组由四层带材绕组而成，两者绕向相同，匝数相同。而中柱上的绕组由三层带材绕组而成。参照图2、图4和图5，在第一绕组1中，铜箔31、33的首端短接形成端子11，末端短接形成端子13，铜箔32、34的首端短接形成端子12，末端短接形成端子14。在第二绕组2中，铜箔35、37的首端短接形成端子15，末端短在第五绕组5中，铜箔53、57的首端短接形成端子26，末端短接形成端子28，铜箔51、54的首端短接形成端子25，末端短接形成端子27，铜箔52、55的末端短接形成端子29。将端子13与15相连，端子14与16相连；端子17与25相连，端子18与28相连；端子29接地；端子11与12待与电源线L和N相连，端子26与27待与电力电子设备相连。连接后的全集成结构2的分布模型和集总模型分别如图6(a)和(b)所示。
上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于柔性多层带材的全集成EMI滤波器，其特征在于，EE磁芯(6、7)或EI磁芯构成含有两个边柱和一个中柱的闭合磁路，中柱开气隙。第一绕组(1)和第二绕组(2)分别绕在两个边柱上，绕向相同。中柱上绕有第三绕组(3)和第四绕组(4)这两个绕组或只绕有第五绕组(5)这一个绕组。
2.根据权利要求1所述基于柔性多层带材的全集成EMI滤波器，其特征在于，所述中柱上绕有第三绕组(3)和第四绕组(4)这两个绕组时，第三绕组(3)和第四绕组(4)绕向相反，第一绕组(1)的末端两个端子(13、14)分别与第二绕组(2)首端两个端子(15、16)相连，第二绕组(2)末端两个端子(17、18)分别与第三绕组(3)和第四绕组(4)的首端各一个端子(19、20)相连。
3.根据权利要求1所述基于柔性多层带材的全集成EMI滤波器，其特征在于，所述中柱上绕有第五绕组(5)这一个绕组时，第一绕组(1)的末端两个端子(13、14)分别与第二绕组(2)首端两个端子(15、16)相连，第二绕组(2)末端两个端子(17、18)分别与第五绕组(5)两个对角的端子(25、28)相连。
4.根据权利要求1所述基于柔性多层带材的全集成EMI滤波器，其特征在于，所述第一绕组(1)和第二绕组(2)均由含2N条铜箔的交错并联型的柔性多层带材绕成。N为正整数，且所有奇数层铜箔的首端短接、末端短接，所有偶数层铜箔的首端短接形成、末端短接，形成四个连接端子。
5.根据权利要求1所述基于柔性多层带材的全集成EMI滤波器，其特征在于，所述第三绕组(3)和第四绕组(4)均由含2M条铜箔的交错并联型的柔性多层带材绕成。M为正整数，且所有偶数层铜箔的首端短接、末端短接，形成两个外接端子；而所有奇数层铜箔的一端短接并接地，另一端不做处理。
6.根据权利要求1所述基于柔性多层带材的全集成EMI滤波器，其特征在于，所述第五绕组(5)由含3K条铜箔的交错并联型的柔性多层带材绕成，n、K为正整数，n≤K。且所有第3n层铜箔的首端短接、末端短接，所有第(3n+2)层铜箔的首端短接、末端短接，形成四个外接端子；而所有第(3n+1)层铜箔的一端短接并接地，另一端不做处理。
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