CN103065765A

CN103065765A - 一种基于重叠交错绕组的平面emi滤波器

Info

Publication number: CN103065765A
Application number: CN2012105459857A
Authority: CN
Inventors: 黄惠芬; 邓良勇
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2012-12-15
Filing date: 2012-12-15
Publication date: 2013-04-24

Abstract

本发明公开了一种基于重叠交错绕组的平面EMI滤波器，包括由E型磁芯和Ι型磁芯构成的闭合磁路，在闭合磁路的中心磁芯上绕有矩形的FR4基板，在FR4基板上绕有第一电感线圈、第二电感线圈、第一地层线圈，在FR4基板下方，与FR4基板上方对称绕有第二地层线圈、第三电感线圈、第四电感线圈，所述第一电感线圈与第三电感线圈级联，所述第二电感线圈与第四电感线圈级联。本发明在分布式电源系统中能够有效抑制频率在150kHz-30MHz的传导噪声，从而使得电源系统稳定。

Description

一种基于重叠交错绕组的平面EMI滤波器

技术领域

本发明涉及一种滤波器，特别涉及一种基于重叠交错绕组的平面EMI滤波器。

背景技术

过去的数十年中，在半导体器件，不断改善的电路拓扑结构，更高的开关频率以及先进的封装和集成技术的推动下，电力电子系统稳固地朝着集成化、模块化、标准化和平面化方向提高电性能和热性能，减小尺寸、厚度和损耗。虽然较高的开关频率在一定程度上可以较小转换器的尺寸、厚度和损耗，但是这会带来更多电磁干扰方面的问题。先进的封装和集成技术可以在更小的空间集成更多的元器件，然而在设计的过程同样需要更多地考虑电磁干扰问题。在电力电子设备的工作频率范围，其中电磁干扰以传导干扰为主，其频率范围通常为150kHz~30MHz，并且以电压、电流差模和共模的形式表现出来，根据电磁干扰的特性，通常应用接地、屏蔽、滤波三种方法对电磁干扰信号进行抑制。EMI滤波器在抑制传导干扰方面是极为有效的手段，因此，在功率变换器中使用EMI滤波器来提高设备抗干扰的能力。

电磁兼容元器件及其之间的互联往往决定着整个系统的尺寸及轮廓。当使用分立式无源元件时，由于各元件的外形都不尽相同，从而使空间不能得到充分的应用。然而，对于大多数情况，由于在EMI滤波器中仍然使用了一些分立式无源元件且存在结构性的计生参数，如电容的等效串联电感（ESL）及电感的等效并联电容（EPC），使得滤波器的高频性能并不理想。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种基于重叠交错绕组的平面EMI滤波器，其在分布式电源系统中能够有效抑制频率在150kHz-30MHz的传导噪声，从而使得电源系统的稳定。

本发明采用如下技术方案：

一种基于重叠交错绕组的平面EMI滤波器，包括由E型磁芯9和Ι型磁芯8构成的闭合磁路，在闭合磁路的中心磁芯上绕有矩形的FR4基板7，在FR4基板上方，从上到下依次绕第一电感线圈1、第二电感线圈2、第一地层线圈3，所述第一电感线圈1与第二电感线圈2之间设有第一种高介电常数陶瓷介质，第二电感线圈2与第一地层线圈3之间设有第二种高介电常数陶瓷介质；

在FR4基板7下方，与FR4基板上方对称绕有第二地层线圈4、第三电感线圈5、第四电感线圈6，所述第二地层线圈4与第三电感线圈5之间设有第二种高介电常数陶瓷介质、第三电感线圈5与第四电感线圈6之间第一种高介电常数陶瓷介质；

所述第一电感线圈1与第三电感线圈5级联，所述第二电感线圈2与第四电感线圈6级联。

还包括第三地层线圈10和第四地层线圈13，所述第三地层线圈13位于第一电感线圈1上方，且与第一电感线圈1之间设有第二种高介电常数陶瓷介质，所述第四地层线圈13位于第四电感线圈6下方，且与第四电感线圈6之间设有第二种高介电常数陶瓷介质。

所述第一电感线圈1与第三电感线圈5级联构成第一共模电感，所述第二电感线圈2与第四电感线圈6级联构成第二共模电感，这样一种交错级联结构可以大大减小共模电感的自身寄生电容。

所述第一电感线圈1与第二电感线圈2之间的第一种高介电常数陶瓷介质构成第一差模电容，所述第三电感线圈5与第四电感线圈6之间的第一种高介电常数陶瓷介质构成第二差模电容，从而无需外加差模电容元件，实现了滤波器的小型化。

所述第一地层线圈3与第二电感线圈2之间的第二种高介电常数陶瓷介质构成第一共模电容，第二地层线圈4与第三电感线圈5之间的第二种高介电常数陶瓷介质构成第二共模电容。

所述第三地层线圈10与第一电感线圈1之间设有第二种高介电常数陶瓷介质构成第三共模电容，所述第四地层线圈13与第四电感线圈6之间设有第二种高介电常数陶瓷介质构成第四共模电容。

所述第一种高介电常数陶瓷介质的相对介电常数为14000，第二种高介电常数陶瓷介质的相对介电常数为78。

本发明的有益效果：

（1）巧妙地利用重叠交错共模电感之间的耦合实现差模电容，而不需要另外增加实现差模电容的元器件，从而减小了滤波器的体积；

（2）采用用重叠交错结构绕组实现共模扼流圈，其可以有效减小电感自身的等效并联电感，从而可以改善滤波器的高频性能；

（3）构成共模电感的两级联线圈分别于地层耦合形成电容作为共模滤波器的共模电容，在不需要大幅度增加滤波器的元器件条件下，实现了其等效电路为两级的低通滤波器，从而进一步改善了平面EMI滤波器的高频性能。

附图说明

图1是基于重叠交错绕组的平面EMI滤波器结构示意图；

图2是实施例2的结构示意图；

图3是图1的纵向截面图；

图4是图2的纵向截面图；

图5是图1的等效电路；

图6是图2的等效电路。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

实施例1

如图1、图3所示，一种基于重叠交错绕组的平面EMI滤波器，包括由E型磁芯9和Ι型磁芯8构成的闭合磁路，在闭合磁路的中心磁芯上绕有矩形的FR4基板7，在FR4基板上方，从上到下依次绕第一电感线圈1、第二电感线圈2、第一地层线圈3，所述第一电感线圈1与第二电感线圈2之间、第二电感线圈2与第一地层线圈3之间分别设有第一种高介电常数陶瓷介质和第二种高介电常数陶瓷介质；

在FR4基板下方，与FR4基板上方对称绕有第二地层线圈4、第三电感线圈5、第四电感线圈6，所述第二地层线圈4与第三电感线圈5之间、第三电感线圈5与第四电感线圈6之间分别设有第二种高介电常数陶瓷介质和第一种高介电常数陶瓷介质，且在结构上，第一电感线圈1与第三电感线圈5级联，第二电感线圈2与第四电感线圈6级联。

图5为图1的等效电路，a、b端连接电源的相线，c、d端连接电源的中线，第一共模电感27由第二电感线圈2与第四电感线圈6级联构成，第二共模电感28由第一电感线圈1与第三电感线圈5级联构成；

第一差模电容31由第一电感线圈1与第二电感线圈2之间的第一种高介电常数陶瓷介质形成，第二差模电容32由第三电感线圈5与第四电感线圈6之间的第一种高介电常数陶瓷介质形成。

图5中的第一共模电容33由第一地层线圈3与第二电感线圈2之间的第二种高介电常数陶瓷介质形成；第二共模电容34由第二地层线圈4与第三电感线圈5之间的第二种高介电常数陶瓷介质形成。

在图5中，29和30分别为第一地层线圈电感和第二地层线圈电感。

实施例2

如图2和图4所示，一种基于重叠交错绕组平面EMI滤波器，包括由E型磁芯9和Ι型磁芯8构成的闭合磁路，在闭合磁路的中心磁芯上绕有矩形的FR4基板7，在FR4基板上方，从上到下依次绕第三地层线圈10、第一电感线圈1、第二电感线圈2、第一地层线圈3，所述第一电感线圈1与第二电感线圈2之间设有第一种高介电常数陶瓷介质，第一电感线圈1与第三地层线圈10之间设有第二种高介电常数陶瓷介质,第二电感线圈2与第一地层线圈3之间设有第二种高介电常数陶瓷介质。

在FR4基板下方，与FR4基板上方对称绕有第二地层线圈4、第三电感线圈5、第四电感线圈6，第四地层线圈13，所述第三地层线圈12与第三电感线圈5之间设有第二种高介电常数陶瓷介质、第三电感线圈5与第四电感线圈6之间第一种高介电常数陶瓷介质，第四电感线圈6与第四地层线圈13之间设有第二种高介电常数陶瓷介质，且在结构上，第一电感线圈与第三电感线圈级联，第二电感线圈与第四电感线圈6级联。

所述图4中的第一地层线圈3和第三地层线圈10的线圈数均为实施例1中第一地层线圈数的一半。

所述图4中的第二地层线圈4和第四地层线圈13的线圈数均为实施例1中第二地层线圈数的一半。

图6为图2的等效电路，e、f端连接电源的相线，g、h端连接电源的中线，第三共模电感35由第二电感线圈2形成，第四共模电感36由第四电感线圈6形成，其电感量均为实施例1中的第一共模电感的一半，第五共模电感37由第一电感线圈1形成，第六共模电感38由第三电感线圈5形成，其电感量均为实施例1中第二共模电感的一半；

第一差模电容43由第一电感线圈1与第二电感线圈2之间的第一种高介电常数陶瓷介质形成，第二差模电容44由第三电感线圈5与第四电感线圈6之间的第一种高介电常数陶瓷介质形成。

图6中的第一共模电容45由第一地层线圈3与第二电感线圈2之间的第二种高介电常数陶瓷介质形成；

第二共模电容48由第二地层线圈4与第三电感线圈5之间的第二种高介电常数陶瓷介质形成；

第三共模电容46由第四地层线圈13与第四电感线圈6之间的第二种高介电常数陶瓷介质形成；

第四共模电容47由第三地层线圈10与第一电感线圈1之间的第二种高介电常数陶瓷介质形成；

其共模等效电路为两级低通滤波器。

在图6中，39、40、41和42分别为第一地层线圈电感、第二地层线圈电感、第三地层线圈电感和第四地层线圈电感。

本发明采用LC绕组实现构成平面EMI滤波器的元器件，其差模电感由共模电感的漏感实现；采用重叠交错绕组结构减小电感的等效并联电容；采用共模绕组与多层地结构耦合实现滤波器的两极滤波效果,从而实现平面EMI滤波器的小型化及其良好的高频性能。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于重叠交错绕组的平面EMI滤波器，其特征在于，包括由E型磁芯（9）和Ι型磁芯（8）构成的闭合磁路，在闭合磁路的中心磁芯上绕有矩形的FR4基板（7），在FR4基板（7）上方，从上到下依次绕第一电感线圈（1）、第二电感线圈（2）、第一地层线圈（3），所述第一电感线圈（1）与第二电感线圈（2）之间设有第一种高介电常数陶瓷介质，第二电感线圈（2）与第一地层线圈（3）之间设有第二种高介电常数陶瓷介质；

在FR4基板（7）下方，与FR4基板上方对称绕有第二地层线圈（4）、第三电感线圈（5）、第四电感线圈（6），所述第二地层线圈（4）与第三电感线圈（5）之间设有第二种高介电常数陶瓷介质、第三电感线圈（5）与第四电感线圈（6）之间设有第一种高介电常数陶瓷介质；

所述第一电感线圈（1）与第三电感线圈（5）级联，所述第二电感线圈（2）与第四电感线圈（6）级联。

2.根据权利要求1所述的一种基于重叠交错绕组的平面EMI滤波器，其特征在于，还包括第三地层线圈（10）和第四地层线圈（13），所述第三地层线圈（10）位于第一电感线圈（1）上方，且与第一电感线圈（1）之间设有第二种高介电常数陶瓷介质，所述第四地层线圈（13）位于第四电感线圈（6）下方，且与第四电感线圈（6）之间设有第二种高介电常数陶瓷介质。

3.根据权利要求1所述的一种基于重叠交错绕组的平面EMI滤波器，其特征在于，所述第一电感线圈（1）与第三电感线圈（5）级联构成第一共模电感，所述第二电感线圈（2）与第四电感线圈（6）级联构成第二共模电感。

4.根据权利要求1所述的一种基于重叠交错绕组的平面EMI滤波器，其特征在于，所述第一电感线圈（1）与第二电感线圈（2）之间的第一种高介电常数陶瓷介质构成第一差模电容，所述第三电感线圈（5）与第四电感线圈（6）之间的第一种高介电常数陶瓷介质构成第二差模电容。

5.根据权利要求1所述的一种基于重叠交错绕组的平面EMI滤波器，其特征在于，所述第一地层线圈（3）与第二电感线圈（2）之间的第二种高介电常数陶瓷介质构成第一共模电容，第二地层线圈（4）与第三电感线圈（5）之间的第二种高介电常数陶瓷介质构成第二共模电容。

6.根据权利要求2所述的一种基于重叠交错绕组的平面EMI滤波器，其特征在于，所述第三地层线圈（10）与第一电感线圈（1）之间设有第二种高介电常数陶瓷介质构成第三共模电容，所述第四地层线圈（13）与第四电感线圈（6）之间设有第二种高介电常数陶瓷介质构成第四共模电容。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种基于重叠交错绕组的平面EMI滤波器，其特征在于，所述第一种高介电常数陶瓷介质的相对介电常数为14000，第二种高介电常数陶瓷介质的相对介电常数为78。