CN201656765U - 一种emi滤波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供了一种新型的EMI滤波器，所述EMI滤波器由差模-共模复合电感器(DCCC)、第一电阻(R)、第一电容(C_X)、第二电容(C_Y)和第三电容(C_Y’)所组成，其中：所述第一电阻(R)和第一电容(C_X)并联于所述差模-共模复合电感器(DCCC)的输入端；所述第二电容(C_Y)和第三电容(C_Y’)串联于所述差模-共模复合电感器(DCCC)的输出端，(C_Y)与(C_Y’)的串联结点接地。本实用新型提供的EMI滤波器对差模干扰电平有较强的抑制作用，且因可省去滤波网络中的差模电感器，而减少了EMI滤波器的体积、重量、成本和损耗。

Description

一种EMI滤波器

技术领域

本实用新型涉及电磁兼容EMC领域，是一种能有效地抑制传导电磁干扰的滤波器(EMI滤波器)，特别是一种采用θ型磁心差模-共模复合电感器的EMI滤波器。

背景技术

现今，从家用和商用电器、电气照明、医疗设备、电动工具、测试仪器至计算机、网络通讯、自动控制等广泛领域所使用的各种电气器具、电子设备和装置，都必需在其电源输入端装置EMI滤波器，以抑制传导电磁干扰，使其本身产生的电磁干扰不至于对电磁环境造成污染，亦使来自电磁环境的电磁干扰不至于影响其正常的工作。

EMI滤波器的设计，必须在一定的频带范围内将传导电磁干扰的电平抑制在各类相应的EMC标准所规定的限定值以下，使产品通过EMC认证。

如图1所示，为一种简单的EMI滤波器，它由共模电感器L_CM、电阻器R、电容器C_X、C_Y、C_Y’所组成。

如图2所示，为一种较完整的EMI滤波器，它由差模电感器L_DM、一共模电感器L_CM、电阻器R、电容器C_X1、C_X2、C_Y、C_Y’所组成。当干扰电平较高时，为使产品通过EMC认证，除增大共模电感以增强对共模干扰电平的抑制外，在滤波网络中加入差模电感器对抑制差模干扰电平有明显的效果。

但是，在滤波器网络中加入差模电感器将导至滤波器的体积、重量、成本和损耗增加。由于EMI滤波器的使用范围非常广泛，其使用数量又极其庞大，故改善EMI滤波器的性能，减少其体积、重量、成本和损耗，是一个重要的研究课题。

实用新型内容

为了改善现今EMI滤波器的性能，减少其体积、重量、成本和损耗，本实用新型提供了一种采用θ型磁心差模-共模复合电感器(Differential Modeand Common Mode Combination Choke，简称DCCC)的EMI滤波器。

本实用新型提供一种如图4所示的EMI滤波器，所述EMI滤波器由差模-共模复合电感器(DCCC)、第一电阻(R)、第一电容(C_X)、第二电容(C_Y)和第三电容(C_Y’)所组成，其中：所述第一电阻(R)和第一电容(C_X)并联于所述差模-共模复合电感器(DCCC)的输入端；所述第二电容(C_Y)和第三电容(C_Y’)串联于所述差模-共模复合电感器(DCCC)的输入出端，(C_Y)与(C_Y’)的串联结点接地。

本实用新型实施例提供的EMI滤波器与图1中的EMI滤波器相比较，因DCCC具有较大的差模电阻值，而使其对差模干扰电平有较强的抑制作用；与图2中的EMI滤波器相比较，则因可省去一个差模电感器，而减少了滤波器的体积、重量、成本和损耗。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为简单的EMI滤波器的电路图；

图2为较完整EMI滤波器的电路图；

图3A、图3B分别为圆形和长圆形θ型磁芯DCCC的结构示意图；

图4为采用一只DCCC的EMI滤波器的等效电路图；

图5A、图5B为θ型磁心DCCC的原理图，图5A为共模干扰电流作用下的DCCC，图5B为差模干扰电流作用下的DCCC；

图6A、图6B为现有磁环共模电感器的原理图，图6A为共模干扰电流作用下的磁环共模电感器，图6B为差模干扰电流作用下的磁环共模电感器；

图7A、图7B为实用新型实施例所采用的θ型磁心开槽磁环的外形图；

图8A、图8B为实用新型实施例所采用的θ型磁心磁桥的外形图；

图9A-图9D为实用新型实施例所采用的DCCC成品的外形图，图9A、图9B为立式，图9C、图9D为卧式；

图10A、图10B为本实用新型实施例EMI滤波器模块的外形图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型专利的保护范围。

为了改善现今EMI滤波器的性能，减少其体积、重量、成本和损耗，本实用新型提供了一种采用θ型磁心差模-共模复合电感器(Differential Modeand Common Mode Combination Choke，简称DCCC)的EMI滤波器。

所述θ型磁心是一种新型的复合磁心，如图3A所示，它是由在内圆对径方位开了两个槽的圆形磁环301和插在槽中的磁片302(称为磁桥)所组成；或是如图3B所示，由在内圆横向对径方位开了两个槽的长圆形磁环301和插在槽中的磁桥302所组成。因复合磁心形似希腊字母“θ”，故称为“θ型磁心”。θ型磁心的材质选用μ_i≥10000的高磁导率软磁铁氧体，其表面喷涂环氧树脂绝缘层。

如图3A、图3B所示，所述DCCC是由θ型磁芯和在磁芯上绕制的两个圈数相同、绕向一致的共模线圈303a、303b所构成。DCCC除具有符合设计要求的共模电感值L_CM外，还具有较大的差模电感值L_DM，一般L_DM≈0.05L_CM。

本实用新型实施例所提供的EMI滤波器，其电路图如图4所示，所述EMI滤波器由差模-共模复合电感器(DCCC)、第一电阻(R)、第一电容(C_X)、第二电容(C_Y)和第三电容(C_Y’)所组成，其中：所述第一电阻(R)和第一电容(C_X)并联于所述差模-共模复合电感器(DCCC)的输入端；所述第二电容(C_Y)和第三电容(C_Y’)串联于所述差模-共模复合电感器(DCCC)的输出端，(C_Y)与(C_Y’)的串联结点接地。其中，电阻R、电容C_X和C_Y可根据EMI滤波器技术条件的要求，按常规在下列范围内选取：R＝1-2MΩ，C_X＝0.1-1.0μF，C_Y≤10nF；而DCCC则为本实用新型EMI滤波器的核心器件，应根据EMI滤波器的工作电流和所需共模电感值的大小来进行设计和制造。图4为只采用了一只DCCC的EMI滤波器的等效电路图，图中分立的差模电感L_DM和共模电感L_CM与DCCC的L_DM和L_CM等值。与图1中的EMI滤波器相比较，因DCCC具有较大的L_DM，而使其对差模干扰电平有较强的抑制作用；与图2中的EMI滤波器相比较，则因可省去一个差模电感器，而减少了滤波器的体积、重量、成本和损耗。

由于θ型磁心中的连接磁环内圆对径方位的磁桥形成了一条磁分路，使在θ型磁心上绕制两个共模线圈所构成的DCCC，除具有符合设计要求的共模电感值外，还具有较大的差模电感值。

如图5A、图6A所示，在共模干扰电流作用下的DCCC与现有的磁环共模电感器一样，共模干扰电流流经图5A或图6A中的两个线圈303a、303b所产生的磁通304，在磁环内301内的方向一致，磁通304与两个线圈303a、303b交链，因磁路的磁阻小而具有大的共模电感值L_CM。但在差模干扰电流作用下的DCCC则与现有的磁环共模电感器不同，如图5B、图6B所示，差模干扰电流流经两个线圈303a、303b所产生的磁通304，在磁环301内的方向相反，故每个载流线圈只产生与自身交链的漏磁通，在DCCC中，如图5B所示，漏磁通304的磁路经磁环301的一半和磁桥302而闭合，因磁阻较小而具有较大的差模电感值(即漏电感值)L_DM，而在磁环共模电感器中，如图6B所示，漏磁通304的磁路经磁环301的一半和空气而闭合，因磁阻很大而只有很小的差模电感值。本实用新型所采用的DCCC，其差模电感值与共模电感值之比为：L_DM/L_CM≈5％，而一般磁环共模电感器此比值仅为：L_DM/L_CM＝(0.5-1.5)％。

本实用新型实施例的有益效果：

采用了本实用新型提供的以DCCC作为滤波电感器的新型EMI滤波器，因一只DCCC相当于现有EMI滤波器中分立的差模电感L_DM和共模电感L_CM两只电感器，而带来了如下的有益效果：

1、减小了EMI滤波器的体积、重量和线路板的面积；

2、节省了原材料，降低了成本；

3、减少了损耗，使EMI滤波器的效率提高，温升降低；

4、改善了EMI滤波器的性能，减少了对电磁环境的污染。

本实用新型实施例的设计方法：

1、根据EMI滤波器的技术要求，选择元件R、C_X、C_Y的参数。

2、DCCC的设计方法：

1)根据EMI滤波器的工作电流I(A)和所需的共模电感值L_CM(H)的大小，选择θ型磁心的材质和尺寸。

2)计算DCCC共模线圈的圈数N：

设所选定的θ型磁心的电感系数为AL(nH/N²)(AL值由磁心的生产厂家提供)，则：

$N=\sqrt{\frac{L_{\mathrm{CM}}}{\mathrm{AL}\×{10}^{-9}}}$ (圈)

3)选取铜线的直径d_Cu：

设铜线的并绕根数为n，当选取电流密度为j_Cu(A/mm²)时：

$d_{\mathrm{Cu}}=1.13\sqrt{\frac{I}{{\mathrm{nj}}_{\mathrm{Cu}}}}$ (mm)

其中，j_Cu的选取必须保证DCCC的温升不超过国际标准IEC 1046的规定。

例如：

设计V＝115/250V，I＝3A，L_CM＝2.7×10^-3H的EMI滤波器。

1、选择R、C_X、C_Y的参数(电阻R、电容C_X和C_Y可根据EMI滤波器技术条件的要求，按常规在下列范围内选取：R＝1-2MΩ，C_X＝0.1-1.0μF，C_Y≤10nF)，例如：

R＝1.0MΩ  0.25W

C_X＝0.22μF  275V_ac

C_Y＝4.7nF  275V_ac

2、DCCC的设计计算：

1)选择θ型磁心的材质和尺寸，例如：

磁环和磁桥的材质采用μ_i＝10000的高磁导率软磁铁氧体。

图7A-图7B所示为本实用新型实施例中θ型磁心开槽磁环的外形和几何尺寸：外圆半径8.0mm，内圆半径4.8mm，高7.8mm，槽宽2.1mm，槽深1.2mm。

图8A-图8B所示为本实用新型实施例中θ型磁心磁桥的外形和几何尺寸：长11.6mm，宽7.8mm，厚2.1mm。

将磁桥插入磁环槽中并在其表面喷涂环氧树脂绝缘层，复合的θ型磁心，其电感系数AL＝5000nH/N²±30％。

2)计算共模线圈的圈数：

$N=\sqrt{\frac{L_{\mathrm{CM}}}{\mathrm{AL}\×{10}^{-9}}}$

$=\sqrt{\frac{2.7\×{10}^{-3}}{5000\×{10}^{-9}}}$

$\≈23$ 圈

3)选取铜线的直径：

线圈用单线绕制，n＝1

选用电流密度j_Cu＝15A/mm²

$d_{\mathrm{Cu}}=1.13\sqrt{\frac{I}{{\mathrm{nj}}_{\mathrm{Cu}}}}$

$=1.13\sqrt{\frac{3}{1\×15}}$

$\≈0.5$ mm

4)DCCC样品的测试结果：

共模电感(@10KHz 100mV 25℃)L_CM＝2.6mH

差模电感(@10KHz 100mV 25℃)L_DM＝0.12mH

直流电阻(@25℃)DCR＝53mΩ

绕组温升(@40℃)ΔT＝56℃

本实用新型实施例的生产流程：

1、备齐所需的电阻、电容元件R、C_X、和C_Y。

2、DCCC的生产流程：

1)在θ型磁心磁桥两侧的窗口，用n根直径为d_Cu的漆包铜线，绕制两个绕向一致、圈数为N的共模线圈；

2)将组件安放在底座上，并将共模线圈的引线焊接在指定的针脚上；

3)测试电气参数及外观检查。

DCCC成品的外形图如图9A-图9D所示，DCCC可做成立式(图9A、图9B)或卧式(图9C、图9D)，供用户选择。

3、将DCCC、R、C_X、和C_Y等元件，按图4所示的电路图，可在各种电气器具、电子设备和装置的主机线路板的电源输入端，组装成EMI滤波器。

4、将DCCC、R、C_X、和C_Y等元件，按图4所示的电路图组装后，放入金属外壳，再与IEC插座、或IEC插座带保险丝、或IEC插座带保险丝和开关组装成可安装在各种电气器具、电子设备和装置的电源输入端使用的EMI滤波器模块。

如图10A、图10B所示，为本实用新型实施例EMI滤波器模块(带IEC插座901、保险丝902、开关903和金属外壳904)的外形图。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种EMI滤波器，其特征在于，所述EMI滤波器由差模一共模复合电感器(DCCC)、第一电阻(R)、第一电容(C_X)、第二电容(C_Y)和第三电容(C_Y’)所组成，其中：

所述第一电阻(R)和第一电容(C_X)并联于所述差模-共模复合电感器(DCCC)的输入端；

所述第二电容(C_Y)和第三电容(C_Y’)串联于所述差模-共模复合电感器(DCCC)的输出端，(C_Y)与(C_Y’)的串联结点接地。

2.根据权利要求1所述的EMI滤波器，其特征在于，所述差模-共模复合电感器由θ型磁心和在θ型磁心上绕制的两个共模绕线圈所构成。

3.根据权利要求2所述的EMI滤波器，其特征在于，所述θ型磁心由在内圆对径方位开了两个槽的圆形磁环和插在槽中的磁桥所组成。

4.根据权利要求2所述的EMI滤波器，其特征在于，所述θ型磁心由在内圆横向对径方位开了两个槽的长圆形磁环和插在槽中的磁桥所组成。

5.根据权利要求3或4所述的EMI滤波器，其特征在于，所述θ型磁心的材质为μ_i≥10000的高磁导率软磁铁氧体。

6.根据权利要求5所述的EMI滤波器，其特征在于，所述θ型磁心的表面喷涂有环氧树脂绝缘层。 

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