CN112117983A - 一种用于像增强器的emi滤波器及其装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于像增强器技术领域，具体提供一种用于像增强器的EMI滤波器及其装配方法，所述EMI滤波器为两级组合滤波结构，集成了电容、电感和磁珠元器件，采用柔性印制板单独设计版图，然后将设计好的柔性印制板叠层焊接在高压电源PCB上，对正面焊盘进行加固，对反面进行绝缘，和高压电源PCB一起弯折放入金属外壳，使用硅橡胶灌封，完成整体定型，最后将屏蔽线与金属外壳360°焊接。实现了EMI滤波器的合理放置，解决了小型像增强器不能直接使用EMI滤波器或放置位置、版图设计不理想问题，同时能够可靠装配到像增强器上，有效提高像增强器的电磁兼容性能，确保像增强器能够满足电磁兼容试验要求。

Description

一种用于像增强器的EMI滤波器及其装配方法

技术领域

本发明属于像增强器技术领域，具体涉及一种用于像增强器的EMI滤波器及其装配方法。

背景技术

像增强器是将目标物体反射的极弱光线通过阴极光电转换、微通道板电子倍增和荧光屏电光转换实现图像增强的真空电子成像器件，主要由真空像管和高压电源构成。高压电源将直流低压转换为高压给像管供电，并采样荧光屏电流以对供电电压的幅值、脉宽进行自动调整，保证像管的亮度在弱光和强光条件下都能保持稳定，实现亮度自动控制。

真空像管通常为T字形圆柱体结构，高压电源为环形壳体结构，真空像管和高压电源套装灌封。由于高压电源的环形壳体结构，导致现有高压电源只能采用长条形柔性PCB作为载体，同时由于PCB上元器件集成密度大，PCB外形尺寸长，需多处弯曲甚至来回折叠后才能入壳。因此，目前很难在16mm、18mm等小型像增强器的高压电源PCB上直接放置EMI滤波器，或者很难将EMI滤波器版图设计到合理的位置以及布局成理想的形状，导致滤波效果不理想。

EMI滤波是实现电磁兼容的主要手段之一，如果缺少EMI滤波器，高压电源自身产生的干扰和外界干扰很容易通过线路或空间杂散电容传导、耦合，使得像增强器在按GJB151B-2013进行RE102试验时辐射发射超标；在进行RS103试验时，外界电场干扰影响电源内部亮度自动控制电路，导致荧光屏显示出现高亮、闪烁、熄灭等敏感现象，严重影响观察使用。

另外，通过电磁兼容试验还发现即使通过外加EMI滤波器，像增强器也还会在特定频率范围内出现敏感现象，只有设计合适的EMI滤波器电路结构和元器件选型才能保证像增强器通过RE102和RS103试验。

发明内容

本发明设计了一种用于像增强器的EMI滤波器及其装配方法，在保证滤波器和高压电源相互绝缘和装配可靠性的基础上，有效解决了高压电源环形壳体结构限制EMI滤波器不能合理放置和版图设计不理想的问题；同时有效提高像增强器的电磁兼容性能，确保像增强器能够满足电磁兼容试验要求。

本发明提供的一种用于像增强器的EMI滤波器，所述EMI滤波器为两级组合滤波结构，具体由设置于柔性印制板正面的低频陶瓷电容C1、高频陶电容C2、高频共模电感L1、高频磁珠L2、高频磁珠L3和低频陶瓷电容C3组成，所述低频陶瓷电容C1的一端连接输入正和高频共模电感L1的1号引脚，所述低频陶瓷电容C1的另一端连接输入地和高频共模电感L1的4号引脚；所述高频共模电感L1的2号引脚连接高频陶电容C2的一端和高频磁珠L2的一端，所述高频磁珠L2的另一端连接输出正和低频陶瓷电容C3的一端；所述高频共模电感L1的3号引脚连接高频陶电容C2的另一端和高频磁珠L3的一端，所述高频磁珠L3的另一端连接输出地和低频陶瓷电容C3的另一端。

所述输入正引线和输入地引线采用具有防波套的屏蔽线，所述屏蔽线形成屏蔽层，所述屏蔽层末端接至高频共模电感L1的4号引脚，屏蔽层前端悬空。

本发明还提供了一种EMI滤波器的装配方法，包括版图设计和叠层装配；

其中版图设计包括如下步骤：

S1、沿着输入至输出方向依次将完成电连接的低频陶瓷电容C1、高频共模电感L1、高频陶电容C2、高频磁珠L2、高频磁珠L3和低频陶瓷电容C3设置于柔性印制板正面；

S2、在柔性印制板正面输入端设置单面输入正焊盘A和单面输入地焊盘B，在柔性印制板正面输出端两侧设计长条形焊条，在焊条末端设置有过孔的正反面输出正焊盘D和正反面输出地焊盘C；

S3、在柔性印制板反面进行铺铜屏蔽，以高频共模电感L1的输入侧和输出侧的焊盘距离作为间隔；

叠层装配包括如下步骤：

S4、将柔性印制板反面放置，将输出正焊盘D对准高压电源PCB上的焊盘E焊接固定，然后依次沿着折叠线a向右上90°弯折；沿着折叠线b向右90°弯折形成台阶，翻转至柔性印制板正面；

S5、依次沿着折叠线c向左下90°弯折，沿着折叠线d向右上90°弯折形成台阶，将输出地焊盘C对准高压电源PCB上的焊盘F焊接固定；

S6、将柔性印制板平整正对高压电源PCB，反面贴近高压电源PCB上的元器件，在输入正焊盘A和输入地焊盘B上焊接屏蔽线后同高压电源PCB一起弯折放入金属外壳，使用硅橡胶灌封，完成整体定型，最后将屏蔽线与金属外壳360°焊接。

所述柔性印制板为正面保护膜、基材、反面保护膜叠层结构；其中所述基材为压延铜、聚酰亚胺、压延铜叠层结构；所述正面保护膜、反面保护膜均为聚酰亚胺、环氧树脂胶叠层结构；所述正面保护膜根据版图设计阻焊开窗，所述反面保护膜仅对应输出正焊盘D和输出地焊盘C位置开窗。

本发明与现有技术相比具备以下有益效果：本发明在保证EMI滤波器和高压电源相互绝缘和装配可靠性的基础上，有效解决了高压电源环形壳体结构限制EMI滤波器不能合理放置和版图设计不理想的问题；采用柔性印制板单独设计EMI滤波器，使用两级组合滤波结构，对干扰进行最大程度的滤波和吸收；根据像增强器辐射超标频段和对电场干扰的敏感频段选择滤波元器件，在柔性印制板上集成片式滤波电容、共模电感和高频磁珠，然后将设计好的柔性印制板叠层焊接在高压电源PCB上，对正面焊盘进行加固，对反面进行绝缘，然后同高压电源PCB一起弯折放入金属外壳，使用硅橡胶灌封，完成整体定型，上述装配方式实现了EMI滤波器的合理放置，解决了其版图设计不理想问题；所述EMI滤波器的输入线采用电磁屏蔽线并按特定的方式接地，能够可靠装配到像增强器上，有效提高像增强器的电磁兼容性能，确保像增强器能够满足电磁兼容试验要求。

附图说明

图1为本发明中EMI滤波器的电路原理示意图；

图2为本发明中EMI滤波器的版图设计设计示意图；

图3为本发明中柔性印制板FPC的叠层装配结构设计示意图；

图4为本发明中柔性印制板FPC的反面绝缘和正面焊盘加固设计示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不得以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变更或改进，均属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明提供的一种用于像增强器的EMI滤波器，所述EMI滤波器由设置于柔性印制板正面的低频陶瓷电容C1、高频陶电容C2、高频共模电感L1、高频磁珠L2、高频磁珠L3和低频陶瓷电容C3组成；所述低频陶瓷电容C1的一端连接输入正和高频共模电感L1的1号引脚，所述低频陶瓷电容C1的另一端连接输入地和高频共模电感L1的4号引脚；所述高频共模电感L1的2号引脚连接高频陶电容C2的一端和高频磁珠L2的一端，所述高频磁珠L2的另一端连接输出正和低频陶瓷电容C3的一端；所述高频共模电感L1的3号引脚连接高频陶电容C2的另一端和高频磁珠L3的一端，所述高频磁珠L3的另一端连接输出地和低频陶瓷电容C3的另一端。

所述输入正引线和输入地引线采用具有防波套的屏蔽线，所述屏蔽线形成屏蔽层，所述屏蔽层末端接至高频共模电感L1的4号引脚，屏蔽层前端悬空。

如图2-3所示，本发明还提供了一种EMI滤波器的装配方法，包括版图设计和叠层装配；

其中版图设计包括如下步骤：

S1、沿着输入至输出方向依次将完成电连接的低频陶瓷电容C1、高频共模电感L1、高频陶电容C2、高频磁珠L2、高频磁珠L3和低频陶瓷电容C3设置于柔性印制板正面；

S2、在柔性印制板正面输入端设置单面输入正焊盘A和单面输入地焊盘B，在柔性印制板正面输出端两侧设计长条形焊条，在焊条末端设置有过孔的正反面输出正焊盘D和正反面输出地焊盘C；

S3、在柔性印制板反面进行铺铜屏蔽，以高频共模电感L1的输入侧和输出侧的焊盘距离作为间隔；

叠层装配包括如下步骤：

S4、将柔性印制板反面放置，将输出正焊盘D对准高压电源PCB上的焊盘E焊接固定，然后依次沿着折叠线a向右上90°弯折；沿着折叠线b向右90°弯折形成台阶，翻转至柔性印制板正面；

S5、依次沿着折叠线c向左下90°弯折，沿着折叠线d向右上90°弯折形成台阶，将输出地焊盘C对准高压电源PCB上的焊盘F焊接固定；

S6、将柔性印制板平整正对高压电源PCB，反面贴近高压电源PCB上的元器件，在输入正焊盘A和输入地焊盘B上焊接屏蔽线后同高压电源PCB一起弯折放入金属外壳，使用硅橡胶灌封，完成整体定型，最后将屏蔽线与金属外壳360°焊接。

如图4所示，所述柔性印制板为正面保护膜、基材、反面保护膜叠层结构；其中所述基材为压延铜、聚酰亚胺、压延铜叠层结构；所述正面保护膜、反面保护膜均为聚酰亚胺、环氧树脂胶叠层结构；所述正面保护膜根据版图设计阻焊开窗，所述反面保护膜仅对应输出正焊盘D和输出地焊盘C位置开窗。

实施例

图1为EMI滤波器的电路原理示意图，各元器件参数设计和选型如下。

所述低频陶瓷电容C1选用容量为数个uF的片式0603瓷介质电容，置于输入最前端用于降低输入端阻抗，避免接入线性稳定阻抗网络（LSIN）时输入电压谐振导致电源异常。

所述高频陶电容C2选用容量为数十个pF的高品质因素（Q值）的片式0402射频瓷介质电容，尤其要求在100MHz~1GHz之间具有较低的阻抗，主要为由外界RS103电场共模干扰耦合传入时因正、负线对大地阻抗不等而引起的差模电流提供低阻抗滤波路径。

所述高频共模电感L1选用片式0805共模电感，对外界高频共模干扰和电源自身产生的干扰呈现高阻抗而滤波，尤其要求在100MHz~1GHz频段内其阻抗达到数百至上千欧姆，具备磁屏蔽结构和能通过数百mA直流电流的能力。

所述高频磁珠L2、高频磁珠L3均选用片式0603高频磁珠，主要用于吸收前级差模传导干扰和外界耦合的高频共模干扰，尤其要求在100MHz~1GHz频段内其阻抗达到数十至上百欧姆，具备能通过数百mA直流电流的能力。

所述低频陶瓷电容C3选用容量为数个uF的片式0603瓷介质电容，主要是降低电源内部DC/DC工作时产生的低频纹波电流，抑制差模传导和发射。

所述低频陶瓷电容C1、高频陶电容C2和高频共模电感L1组成前级滤波结构，所述高频磁珠L2、高频磁珠L3和低频陶瓷电容C3组成后级滤波结构，形成两级滤波结构；选择体积小的片式元器件，并要求在像增强器敏感频段内，感性元件具备较高阻抗，电容元件具有较低阻抗，以实现EMI滤波。

图2为EMI滤波器的版图设计设计示意图。

沿着输入至输出方向依次将完成电连接的低频陶瓷电容C1、高频共模电感L1、高频陶电容C2、高频磁珠L2、高频磁珠L3和低频陶瓷电容C3设置于柔性印制板正面；上述元器件相互靠近，使得电流环路面积最小，以降低电磁感应和辐射发射。

在柔性印制板正面输入端设置单面输入正焊盘A和单面输入地焊盘B，在柔性印制板正面输出端两侧设计长条形焊条，在焊条末端设置有过孔的正反面输出正焊盘D和正反面输出地焊盘C；对整条焊条进行铺铜，便于弯折定形，为降低机械应力，对焊条和柔性印制板连接的区域进行导圆角，避免拉扯时撕裂。

在柔性印制板反面不放置元器件，进行大面积铺铜作为屏蔽，并以共模电感L1输入侧和输出侧的焊盘距离为间隔，尽量降低高频耦合，实现高频电流最低阻抗回流路径设计。

图3为本发明中柔性印制板FPC的叠层装配结构设计示意图。

第一步，如附图3（a）所示，首先将柔性印制板反面放置，按图所示将输出正焊盘D对准高压电源PCB上的焊盘E焊接固定，然后依次沿着折叠线a向右上90°弯折；沿着折叠线b向右90°弯折形成台阶，翻转至柔性印制板正面，得到附图3（b）结构。

第二步，依次沿着折叠线c向左下90°弯折，沿着折叠线d向右上90°弯折形成台阶，将输出地焊盘C对准高压电源PCB上的焊盘F焊接固定。

第三步，左右轻微移动调整焊条的折叠位置，使得柔性印制板平整正对高压电源PCB，反面贴近高压电源PCB上的元器件，在输入正焊盘A和输入地焊盘B上焊接屏蔽线后同电源PCB一起弯折放入金属外壳，使用硅橡胶灌封，完成整体定型，最后将屏蔽线与金属外壳360°焊接。

图4为本发明中柔性印制板FPC的反面绝缘和正面焊盘加固设计示意图。

所述柔性印制板为正面保护膜、基材、反面保护膜叠层结构；其中所述基材为压延铜、聚酰亚胺、压延铜叠层结构，具备良好的挠性；所述正面保护膜、反面保护膜均为聚酰亚胺、环氧树脂胶叠层结构，具有较高的黏附和绝缘强度；所述正面保护膜根据版图设计阻焊开窗，所述反面保护膜仅对应输出正焊盘D和输出地焊盘C位置开窗，其余全部覆盖保护膜，保证绝缘性；所述柔性印制板各层厚度设计为数十个um，最终实现整体厚度0.2mm左右，以满足挠性弯折需求。

版图焊盘尺寸设计比实际引脚焊盘大0.3mm，阻焊开窗则比实际引脚焊盘大0.1mm，这样通过0.2mm的保护膜压边，从而实现对焊盘的加固，另外版图设计时，铺铜压住焊盘，进一步提高可靠性。

Claims (4)

1.一种用于像增强器的EMI滤波器，其特征在于所述EMI滤波器由设置于柔性印制板正面的低频陶瓷电容C1、高频陶电容C2、高频共模电感L1、高频磁珠L2、高频磁珠L3和低频陶瓷电容C3组成，所述低频陶瓷电容C1的一端连接输入正引线和高频共模电感L1的1号引脚，所述低频陶瓷电容C1的另一端连接输入地引线和高频共模电感L1的4号引脚；所述高频共模电感L1的2号引脚连接高频陶电容C2的一端和高频磁珠L2的一端，所述高频磁珠L2的另一端连接输出正和低频陶瓷电容C3的一端；所述高频共模电感L1的3号引脚连接高频陶电容C2的另一端和高频磁珠L3的一端，所述高频磁珠L3的另一端连接输出地和低频陶瓷电容C3的另一端。

2.根据权利要求1所述的一种用于像增强器的EMI滤波器，其特征在于：所述输入正引线和输入地引线采用具有防波套的屏蔽线，所述屏蔽线形成屏蔽层，所述屏蔽层末端接至高频共模电感L1的4号引脚，屏蔽层前端悬空。

3.一种用于实现权利要求1至2任一所述的EMI滤波器装配的装配方法，其特征在于，包括版图设计和叠层装配；

其中版图设计包括如下步骤：

S1、沿着输入至输出方向依次将完成电连接的低频陶瓷电容C1、高频共模电感L1、高频陶电容C2、高频磁珠L2、高频磁珠L3和低频陶瓷电容C3设置于柔性印制板正面；

S2、在柔性印制板正面输入端设置单面输入正焊盘A和单面输入地焊盘B，在柔性印制板正面输出端两侧设计长条形焊条，在焊条末端设置有过孔的正反面输出正焊盘D和正反面输出地焊盘C；

S3、在柔性印制板反面进行铺铜屏蔽，以高频共模电感L1的输入侧和输出侧的焊盘距离作为间隔；

叠层装配包括如下步骤：

S4、将柔性印制板反面放置，将输出正焊盘D对准高压电源PCB上的焊盘E焊接固定，然后依次沿着折叠线a向右上90°弯折；沿着折叠线b向右90°弯折形成台阶，翻转至柔性印制板正面；

S5、依次沿着折叠线c向左下90°弯折，沿着折叠线d向右上90°弯折形成台阶，将输出地焊盘C对准高压电源PCB上的焊盘F焊接固定；

S6、将柔性印制板平整正对高压电源PCB，反面贴近高压电源PCB上的元器件，在输入正焊盘A和输入地焊盘B上焊接屏蔽线后同高压电源PCB一起弯折放入金属外壳，使用硅橡胶灌封，完成整体定型，最后将屏蔽线与金属外壳360°焊接。

4.根据权利要求3所述的装配方法，其特征在于所述柔性印制板为正面保护膜、基材、反面保护膜叠层结构；其中所述基材为压延铜、聚酰亚胺、压延铜叠层结构；所述正面保护膜、反面保护膜均为聚酰亚胺、环氧树脂胶叠层结构；所述正面保护膜根据版图设计阻焊开窗，所述反面保护膜仅对应输出正焊盘D和输出地焊盘C位置开窗。

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