CN111327285A - 新能源汽车用宽带大功率emi滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新能源汽车用宽带大功率EMI滤波器，其中的高压管式滤波器包括一圆柱形的密封壳体和一金属插针，所述密封壳体内同轴设置一管状的EMI磁芯L1，L1内插入有金属插针，外壁包覆有高压管式电容C1、C2，所述C1、C2与L1形成一管状整体，并连接成π型滤波器结构，密封壳体外壁套接有第二屏蔽环，所设有一屏蔽室，密封壳体两端分别伸入屏蔽室和外壳中，且第二屏蔽环两面分别与屏蔽室、外壳紧密贴合固定。本发明提供了一种高压管式滤波器结构，具有高压、宽带、大电流的特点，无需进行绝缘、耐压处理；能直接应用。采用两层防护的设计，充分发挥了滤波器滤波、屏蔽和接地的功能，多级屏蔽，满足了高频的滤波要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种EMI滤波器，尤其涉及一种新能源汽车用宽带大功率EMI滤波器。
背景技术
电磁干扰滤波器，又名EMI滤波器，是一种用于抑制电磁干扰，特别是电源线路或控制信号线路中噪音的电子线路设备。目前EMI滤波器技术较成熟，原有宽带、大功率EMI滤波器工作频率在1GHz以下，工作频率为150KHz～1GHz，工作电压在100VDC或220VAC，电流15A以内。
对于新能源汽车，急需满足带宽150KHz～2.5GHz的、高压700V的抗电磁干扰(EMI)电流25A，EMI滤波器产品，而目前已有技术无法达到上述标准。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种解决上述问题，提供一种带宽150KHz～2.5GHz的、高压700V的EMI滤波器，便于规模生产，且在特定频段上能满足电磁兼容的要求的，新能源汽车用宽带大功率EMI滤波器。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种新能源汽车用宽带大功率EMI滤波器，包括外壳、位于外壳两端的信号输入端、信号输出端、和滤波器电路，所述滤波器电路包括高压管式滤波器；
所述高压管式滤波器包括一圆柱形的密封壳体和一金属插针，所述密封壳体内同轴设置一管状的EMI磁芯，所述EMI磁芯内插入有金属插针，外壁包覆有高压管式电容第一电容、第二电容，所述第一电容、第二电容与EMI磁芯形成一管状整体，并连接成π型滤波器结构，管状整体外壁设有第一屏蔽环，密封壳体外壁套接有第二屏蔽环，所述金属插针两端从密封壳体两端穿出；
所述外壳靠近信号输入端处设有一屏蔽室，屏蔽室和外壳相对的面上分别设有一仅供密封壳体穿过的通孔，所述密封壳体靠近第一电容的一端经通孔伸入屏蔽室内，另一端经通孔伸入外壳内，且第二屏蔽环两面分别与屏蔽室、外壳紧密贴合固定；
金属插针一端从屏蔽室远离外壳的一端穿出，另一端位于外壳内；
所述外壳内还设有金属化聚脂薄膜电容第三电容和的低频电感；所述低频电感一端经金属插针连接EMI磁芯，一端连接信号输出端，第三电容一端连接在EMI磁芯、低频电感之间，另一端接地。
作为优选：所述高压EMI磁芯的材料为：在(Ni0.32Zn0.680)1-x(Fe2O3)x中添加0.4-0.6的Mn2+和Co2+，且回火处理时，先加热至300℃，再采用梯度回火工艺以消除应力。
作为优选：所述屏蔽室、屏蔽环采用导电率大于50的铁磁材料制成，用于屏蔽高频交变电磁场；所述外壳采用磁导率u>15000的铁磁材料制成，用于屏蔽低频交变电磁场。
作为优选：所述第一电容、第二电容整体尺寸为φ4×φ3×8mm，整体容量大于0.01μF；第三电容容量为0.1μF±20％；EMI磁芯频带为1GHz-2.5GHz，工作电压≥700V；低频电感工作电压≥700V。
作为优选：所述梯度回火工艺具体为：在2小时内升温至300℃，保温1小时后进行第一次控制降温，降温时间一小时，降至240℃，再保温1小时，进行第二次控制降温，降温时间1-2小时，每分钟降温1度-2度，最后第三次降温，随炉冷却至室温。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明提供了一种高压管式滤波器结构，由于EMI磁芯位于管式高压管式电容内部，其外壁尺寸受限制，所以要做到薄壁产品且拓展频率，就必须提升其性能。本发明中，对EMI磁芯材质进行了改进，在(Ni0.32Zn0.680)1-x(Fe2O3)x中添加约0.4-0.6质量比的Mn2+和Co2+，从而避免了Fe2+离子提高了材料的电阻率，另外在后处理过程中，采用了梯度回火工艺，先加热至300℃，再采用梯度回火工艺以消除应力，能有效拓展频率到2.5GHz。本发明的磁芯在1GHz～2.5GHz高频的阻抗较高，使本发明产品具有高压、宽带、大电流的特点，且无需进行绝缘、耐压处理；直接应用。
(2)本发明对结构进行了改进，首先，采用密封壳体进行第一次密封；再在密封壳体外壁设置第一屏蔽环，然后将密封壳体两头分别插入屏蔽室和外壳中，并通过焊接等工艺，使第一屏蔽环两面，分别与屏蔽室、外壳紧密贴合固定，用来阻挡因设置通孔等造成的泄漏，起到第二层防护。由于两层防护的设计，充分发挥了滤波器滤波、屏蔽和接地的功能，多级屏蔽，满足了高频的滤波要求。
(3)本发明对密封壳体、外壳、屏蔽室等材质也进行了限定，其中。屏蔽环、屏蔽室采用导电性好的铁磁材料：如铜材镀镍制成，主要屏蔽高频交变电磁场，外壳采用高磁导率铁磁材料：如低碳钢材镀镍制成，主要屏蔽低频、交变电磁场，且磁阻小，达到同样的屏蔽效果时可做的更轻薄。
(4)本发明产品具有工作频率宽(150KHz～2.5GHz)、工作电流大(25A)、抑制度高(＞50dB)；体积小、重量轻、易于安装等特点。主要用来吸收外来射频干扰信号，以及防止各单元间的信号相互串扰。该器件可直接或加以改进即可应用于新能源汽车系统的各类电子系统，可以提高新能源汽车控制系统的信噪比和抗干扰能力；也可应用于其他汽车、民用船舶系统，满足整机的电磁兼容性能要求，可以提高现代运输系统的电磁兼容能力。
(5)本发明大部分材料都采用通常的材料和元件，便于推广应用，利于规模化生产。抗电磁干扰(EMI)滤波器不仅用于汽车、还普遍用于工业控制及民品中。该产品可应用于通信、计算机等的数字接口和电源接口，有十分广阔的市场前景。
附图说明
图1为本发明电路原理图；
图2为本发明结构示意图；
图3为本发明左视图；
图4为高压管式滤波器结构示意图；
图5为EMI磁芯2.1MHz～2.5GHz吸收、频率特性曲线；
图6为本发明产品性能曲线；
图7为实施例4的产品结构示意图；
图8为图7的右视图；
图9为实施例5的产品结构示意图；
图10为本发明梯度回火工艺示意图。
图中：1、外壳；2、高压管式滤波器；3、第二屏蔽环；4、屏蔽室；5、第三电容；6、低频电感；7、金属插针；8、EMI磁芯；9、高压管式电容；10、背板；11、安装孔；12、第一屏蔽环；13、密封壳体。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1：参见图1-图6，一种新能源汽车用宽带大功率EMI滤波器，包括外壳1、位于外壳1两端的信号输入端、信号输出端、和滤波器电路，所述滤波器电路包括高压管式滤波器2；
所述高压管式滤波器2包括一圆柱形的密封壳体13和一金属插针7，所述密封壳体13内同轴设置一管状的EMI磁芯8，所述EMI磁芯8内插入有金属插针7，外壁包覆有高压管式电容9第一电容、第二电容，所述第一电容、第二电容与EMI磁芯8形成一管状整体，并连接成π型滤波器结构，管状整体外壁设有第一屏蔽环12，密封壳体13外壁套接有第二屏蔽环3，所述金属插针7两端从密封壳体13两端穿出；
所述外壳1靠近信号输入端处设有一屏蔽室4，屏蔽室4和外壳1相对的面上分别设有一仅供密封壳体13穿过的通孔，所述密封壳体13靠近第一电容的一端经通孔伸入屏蔽室4内，另一端经通孔伸入外壳1内，且第二屏蔽环3两面分别与屏蔽室4、外壳1紧密贴合固定；
金属插针7一端从屏蔽室4远离外壳1的一端穿出，另一端位于外壳1内；
所述外壳1内还设有金属化聚脂薄膜电容第三电容5和的低频电感6；所述低频电感6一端经金属插针7连接EMI磁芯8，一端连接信号输出端，第三电容5一端连接在EMI磁芯8、低频电感6之间，另一端接地。
为了方便在电路图中进行解释，在电路图图1中，第一电容、第二电容分别用符号C1、C2表示，EMI磁芯8用L1表示，低频电感6用L2表示。
实施例2：参见图1-图6，及图10，本实施例中：所述高压EMI磁芯8的材料为：在(Ni0.32Zn0.680)1-x(Fe2O3)x中添加0.4-0.6的Mn2+和Co2+，且回火处理时，先加热至300℃，再采用梯度回火工艺以消除应力。所述梯度回火工艺具体为：在2小时内升温至300℃，保温1小时后进行第一次控制降温，降温时间一小时，降至240℃，再保温1小时，进行第二次控制降温，降温时间1-2小时，每分钟降温1度-2度，最后第三次降温，随炉冷却至室温。其余与实施例1相同。
实施例3：参见图1-图6，本实施例中，所述屏蔽室4、屏蔽环采用导电率大于50的铁磁材料制成，用于屏蔽高频交变电磁场；所述外壳1采用磁导率u>15000的铁磁材料制成，用于屏蔽低频交变电磁场。所述第一电容、第二电容整体尺寸为φ4×φ3×8mm，整体容量大于0.01μF；第三电容5容量为0.1μF±20％；EMI磁芯8频带为1GHz-2.5GHz，工作电压≥700V；L2工作电压≥700V。其余与实施例1或实施例2相同。
从图5可见，EMI磁心从1MHz开始其阻抗特性明显，1MHz时约为100Ω，随频率的增加逐步递增，在约1GHz达到最高值约300Ω，然后减少，在2.5GHz处约113Ω。曲线表明，在1MHz～2.5GHz的高频段，本案EMI磁心有明显的吸收EMI及静电能量作用，相当于串联了一个电阻。
从图6可见，产品在100KHz～2.5GHz的损耗均大于25dB，最高近90dB达到了本案的要求。一般电源滤波器的在100KHz～30MHz频率的损耗大于25dB，本案为30MHz～2.5GHz，损耗稳定，与图5显示的性能直接相关。
实施例4：参见图7和图8，基于实施例1、2、3的基础，我们设计一种具体的新能源汽车用宽带大功率EMI滤波器，其外形结构及尺寸参见图7和图8。我们还设计了背板10和安装孔11，便于安装本产品。其中，各主要元件尺寸及参数见表1、表2，得到产品技术指标如下表3：
表1：实施例4电容元器件
表2：实施例4电感元器件
表3：实施例4产品技术指标
实施例5：参见图9，基于实施例1、2、3的基础，我们设计一种具体的新能源汽车用宽带大功率EMI滤波器，其外形结构及尺寸参见图9。其中，各主要元件尺寸及参数见表4、表5得到产品技术指标如下表6：
表4：实施例5电容元器件
表:5：实施例5电感元器件
表6：实施例5产品技术指标
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种新能源汽车用宽带大功率EMI滤波器，包括外壳、位于外壳两端的信号输入端、信号输出端、和滤波器电路，其特征在于：所述滤波器电路包括高压管式滤波器；
所述高压管式滤波器包括一圆柱形的密封壳体和一金属插针，所述密封壳体内同轴设置一管状的EMI磁芯，所述EMI磁芯内插入有金属插针，外壁包覆有高压管式电容第一电容、第二电容，所述第一电容、第二电容与EMI磁芯形成一管状整体，并连接成π型滤波器结构，管状整体外壁设有第一屏蔽环，密封壳体外壁套接有第二屏蔽环，所述金属插针两端从密封壳体两端穿出；
所述外壳靠近信号输入端处设有一屏蔽室，屏蔽室和外壳相对的面上分别设有一仅供密封壳体穿过的通孔，所述密封壳体靠近第一电容的一端经通孔伸入屏蔽室内，另一端经通孔伸入外壳内，且第二屏蔽环两面分别与屏蔽室、外壳紧密贴合固定；
金属插针一端从屏蔽室远离外壳的一端穿出，另一端位于外壳内；
所述外壳内还设有金属化聚脂薄膜电容第三电容和的低频电感；所述低频电感一端经金属插针连接EMI磁芯，一端连接信号输出端，第三电容一端连接在EMI磁芯、低频电感之间，另一端接地。
2.根据权利要求1所述的新能源汽车用宽带大功率EMI滤波器，其特征在于：所述高压EMI磁芯的材料为：在(Ni0.32Zn0.680)1-x(Fe2O3)x中添加0.4-0.6的Mn2+和Co2+，且回火处理时，先加热至300℃，再采用梯度回火工艺以消除应力。
3.根据权利要求1所述的新能源汽车用宽带大功率EMI滤波器，其特征在于：所述屏蔽室、屏蔽环采用导电率大于50的铁磁材料制成，用于屏蔽高频交变电磁场；所述外壳采用磁导率u>15000的铁磁材料制成，用于屏蔽低频交变电磁场。
4.根据权利要求1所述的新能源汽车用宽带大功率EMI滤波器，其特征在于：所述第一电容、第二电容整体尺寸为φ4×φ3×8mm，整体容量大于0.01μF；第三电容容量为0.1μF±20%；EMI磁芯频带为1GHz-2.5GHz，工作电压≥700V；低频电感工作电压≥700V。
5.根据权利要求2所述的新能源汽车用宽带大功率EMI滤波器，其特征在于：所述梯度回火工艺具体为：在2小时内升温至300℃，保温1小时后进行第一次控制降温，降温时间一小时，降至240℃，再保温1小时，进行第二次控制降温，降温时间1-2小时，每分钟降温1度-2度，最后第三次降温，随炉冷却至室温。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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