CN1514532A - 一种抑制差模和共模电磁干扰的集成滤波器 - Google Patents

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本发明涉及一种滤波器，特别是涉及一种抑制差模和共模电磁干扰的集成滤波器，由大环高磁导率磁心1和线圈4、5组成，大环高磁导率磁心1制成环型或方环型，在大环高磁导率磁心1上对称地横置一对小环低磁导率磁心2、3，或在大环高磁导率磁心1上对称地横置一对开路的高磁导率磁心6、7，将线圈4、5绕在大环高磁导率磁心1和小环低磁导率磁心2、3上，或将线圈4、5绕在大环高磁导率磁心1和开路的高磁导率磁心6、7上，由于采用了上述结构，使差模磁通和共模磁通的共同路径最短，或完全不同路，从而避免了由于差模信号的影响而导致共模电感量的下降，而且差模电感量和共模电感量可以方便的实现单独调整，此外，这种结构的滤波器在实施时也很容易。

Description

一种抑制差模和共模电磁干扰的集成滤波器
技术领域
本发明涉及一种滤波器，特别是涉及一种抑制差模和共模电磁干扰(EMI)的集成滤波器。
技术背景
在开关电源、不间断电源(UPS)和变频器等电力电子装置中，以及在应用开关电源的电子装置中，如电视机、计算机等，一方面，由于这些装置的电路工作在开关状态，不可避免地会产生电磁干扰信号，这些干扰信号分为传导和辐射两种，传导干扰信号又分为差模和共模干扰信号，这些干扰信号不仅影响电路自身的正常工作，还会以传导和辐射的方式进入电网，污染电磁环境，危害其他设备；另一方面，电网中也不可避免地存在电磁干扰信号，也会通过传导或辐射的方式进入设备中，影响其正常工作，因此必须采取措施来抑制这些干扰信号。
目前，在该技术领域中，研制了一种将抑制共模和差模电磁干扰的电感集成在同一个磁心上的新技术。如美国Integrated PowerComponents公司开发的集成滤波器，专利号为US5083101，其磁心包括一个较大的大环型磁心和一个较小的小环型磁心，有两个线圈，其中，一个线圈只绕在大环磁心上，另一个线圈则同时绕在大环磁心和小环磁心上，大环磁心为共模干扰信号所产生的磁场提供磁路，用来抑制共模干扰，两线圈在大环磁心上的绕向相反，在大环磁心中所产生的差模干扰信号互相抵消；小环磁心为差模干扰信号所产生的磁场提供磁路，用来抑制差模干扰。这种结构的好处是将共模电感和差模电感集成在了一起，其缺点是由于在大环磁心的窗口中放了一个小环磁心，减小了大环磁心窗口的面积，为了能绕得下两个线圈，最终增大了磁心体积，且线圈的绕制工艺复杂，而且在线路中只有一个差模电感。
美国Motorola公司开发的一种差共模集成滤波器，专利号为US5313176，其磁心包括一个E型磁心和一个I型磁心，两线圈都绕在I型磁心上，磁通Φdm和Φcm分别为差模干扰信号和共模干扰信号所产生的磁通。这种结构的好处是两线圈可以用同一个线圈骨架，调节E型磁心三个磁柱的气隙便可调整差模电感量和共模电感量，但这种有气隙的磁心结构会使共模电感量受到影响，因为共模信号磁通路径上的气隙实际上不可能完全为零。另外，由于差模磁通和共模磁通的路径在磁心的整个外围重合，也会影响共模电感量，因为差模磁通会使磁心的有效磁导率降低。
美国Magnetek公司开发的一种差、共模集成滤波器，专利号为US5731666，它是在现有集成滤波器的基础上，将高磁导率磁心(如铁氧体)的中柱和气隙用一种具有分布气隙的低磁导率磁心(如铁粉芯)来替代，从而省去了磁心中柱的研磨过程。其中，一种是用两个高磁导率的U型磁心和一个低磁导率、高饱和磁密的I型磁心来实现的。另一种是用一个高磁导率的环型磁心和一个低磁导率、高饱和磁密的I型磁心来实现的，把I型磁心装配在U型磁心或环型磁心的窗口内。这种结构的缺点是I型磁心的长度要加工得比较精确，因为过长，会装不进U型或环型磁心的窗口中，过短，不好固定，此外，差模电感量也不好调整。
台达公司开发的一种差、共模集成滤波器，专利号为01121117.2，该方案是把I型磁心横置于口型或日型磁心的窗口上，其中，口型和日型磁心采用高磁导率材料以抑制共模干扰，I型磁心采用低磁导率、较高饱和磁密的材料以抑制差模干扰，这种结构的缺点是I型磁心不好固定，差模磁通和共模磁通在磁路中有很大一部分同路，影响共模电感量。
发明内容
本发明为克服以上技术不足，提供了一种实施方便，共模磁路无气隙，差、共模电感之间的影响小，性能好的抑制差模和共模电磁干扰的集成滤波器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：由大环高磁导率磁心和线圈组成，大环高磁导率磁心制成环型或方环型，在大环高磁导率磁心上对称地横置一对小环低磁导率磁心或横置一对开路的高磁导率磁心，将线圈绕在大环高磁导率磁心和小环低磁导率磁心上，或将线圈绕在大环高磁导率磁心和开路的高磁导率磁心上，小环低磁导率磁心制成环型或方环型，开路的高磁导率磁心制成I型、弧型或“[”型；大环高磁导率磁心的相对磁导率在1000以上，小环低磁导率磁心的相对磁导率在1000以下，一般在1～500之间。
本发明的有益效果是，由于采用了上述结构，使差模磁通和共模磁通的共同路径最短，或完全不同路，从而避免了由于差模信号的影响而导致共模电感的下降，而且差模电感量和共模电感量可以方便地实现单独调整，此外，这种结构的滤波器在实施时也很容易。
附图说明
以下结合附图以实施例具体说明。
图1示一种抑制差模和共模电磁干扰的集成滤波器的结构示意图。
图2示图1的实施例二的结构示意图。
图3示图1的实施例三的结构示意图。
图4示图1的实施例四的结构示意图。
图5示图1的实施例五的结构示意图。
图6示图1的实施例六的结构示意图。
图中，1-大环高磁导率磁心；2、3-小环低磁导率磁心；4、5-线圈；6、7-开路的高磁导率磁心；Icm-共模电流；Idm-差模电流；Φcm-共模磁通；Φdm-差模磁通
具体实施方式
实施例一，参照附图1，一种抑制差模和共模电磁干扰的集成滤波器，包括一个大环高磁导率磁心1、两个对称的小环低磁导率磁心2、3和两个线圈4、5，小环低磁导率磁心2、3横置在大环高磁导率磁心1的同侧或不同侧(本实施例放在同侧)，线圈4绕在大环高磁导率磁心1和小环低磁导率磁心2上，线圈5绕在大环高磁导率磁心1和小环低磁导率磁心3上，这种结构滤波器的特点是两差模电感的磁通路径及差模电感与共模电感的磁通路径完全独立，互不影响，从而避免了由于差模磁通或工作电流产生的磁通的影响而导致共模电感量的降低，通过调整小环低磁导率磁心2、3的尺寸或材料的磁导率，可以方便的调整差模电感量，而不影响共模电感量。共模电感量的调节可以通过改变大环高磁导率磁心1的尺寸或材料的磁导率来实现，也可以通过调整线圈4、5的匝数来实现。一般将线圈4、5的匝数及导线直径设置成相同。
实施例二，参照附图2，一种抑制差模和共模电磁干扰的集成滤波器，包括一个大环高磁导率磁心1、两个对称的弧型开路的高磁导率磁心6、7和两个线圈4、5；弧型开路的高磁导率磁心6、7横置在大环高磁导率磁心1的同侧或不同侧(本实施例放在同侧)，线圈4绕在大环高磁导率磁心1和弧型开路的高磁导率磁心6上，线圈5绕在大环高磁导率磁心1和弧型开路的高磁导率磁心7上.这种结构滤波器的特点是两差模电感的磁通路径及差模电感与共模电感的磁通路径完全独立，互不影响，从而避免了由于差模磁通或工作电流磁通影响而导致共模电感量的降低，而且滤波器的体积可以做到最小，通过调整磁心6、7的尺寸或材料的磁导率，可以方便地调整差模电感量，而不影响共模电感量。共模电感量的调整可以通过改变大环高磁导率磁心1的尺寸或材料的磁导率来实现，也可通过调整线圈4、5的匝数来实现，一般将线圈4、5的匝数及导线直径设置成相同。
实施例三，参照附图3，这种滤波器与实施例一基本相同，其结构上的差异在于将大环高磁导率磁心1制成方环型。
实施例四，参照附图4，这种滤波器与实施例二基本相同，其结构上的差异在于将弧型开路的高磁导率磁心6、7制成I型。
实施例五，参照附图5，这种滤波器与实施例四基本相同，其结构上的差异在于将I型开路的高磁导率磁心6、7制成“[”型。
实施例六，参照附图6，这种滤波器与实施例三基本相同，其结构上的差异在于将小环低磁导率磁心2、3制成方环型。上述实施例三、四、五、六四种形式的滤波器，其磁心可以采用平面UU型、平面UI型或扁环型等结构；其线圈4、5主要采用铜导线，也可以采用铜箔或印刷电路板。

Claims (7)

1、一种抑制差模和共模电磁干扰的集成滤波器，由大环高磁导率磁心(1)和线圈(4)、(5)组成，其特征在于大环高磁导率磁心(1)制成环型或方环型，在大环高磁导率磁心(1)上对称地横置一对小环低磁导率磁心(2)、(3)，或在大环高磁导率磁心(1)上对称地横置一对开路的高磁导率磁心(6)、(7)，将线圈(4)、(5)绕在大环高磁导率磁心(1)和小环低磁导率磁心(2)、(3)上，或将线圈(4)、(5)绕在大环高磁导率磁心(1)和开路的高磁导率磁心(6)、(7)上。
2、根据权利要求1所述的一种抑制差模和共模电磁干扰的集成滤波器，其特征在于小环低磁导率磁心(2)、(3)制成环型或方环型，小环低磁导率磁心(2)、(3)横置在大环高磁导率磁心(1)的同侧或不同侧。
3、根据权利要求1所述的一种抑制差模和共模电磁干扰的集成滤波器，其特征在于开路的高磁导率磁心(6)、(7)制成I型、弧型或“[”型，开路的高磁导率磁心(6)、(7)横置在大环高磁导率磁心的同侧或不同侧。
4、根据权利要求1所述的一种抑制差模和共模电磁干扰的集成滤波器，其特征在于大环高磁导率磁心(1)及开路的高磁导率磁心(6)、(7)的相对磁导率在1000以上。
5、根据权利要求1所述的一种抑制差模和共模电磁干扰的集成滤波器，其特征在于小环低磁导率磁心(2)、(3)的相对磁导率在1000以下。
6、根据权利要求1所述的一种抑制差模和共模电磁干扰的集成滤波器，其特征在于通过调整小环低磁导率磁心(2)、(3)及开路的高磁导率磁心(6)、(7)的尺寸或材料的磁导率可调整差模电感量。
7、根据权利要求1所述的一种抑制差模和共模电磁干扰的集成滤波器，其特征在于在实施例三、四、五、六中，磁心采用平面UU型、平面UI型或扁环型结构。
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