CN204808998U - 一种共模扼流圈、滤波电路以及抗电磁干扰的电源滤波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种共模扼流圈、滤波电路以及抗电磁干扰的电源滤波器。共模扼流圈包括由超微晶或非晶材料制成的磁环、第一绕组、第二绕组以及将第一绕组和第二绕组隔开的隔板；所述第一绕组绕制于所述超微晶或非晶材料制成的磁环外侧；所述第二绕组与所述第一绕组同向绕制于所述超微晶或非晶材料制成的磁环另一外侧。共模扼流圈具有高饱和磁感应强度、高初始导磁率以及居里温度高等优点，其能优异地抑制电磁干扰。滤波电路能优异地抑制由高频信号产生的电磁干扰。抗电磁干扰的电源滤波器不仅能够优异地抑制电源开关中来自于电源开关内部和外来电网的电磁干扰，而且还能够抑制来自外来电网的浪涌电流和电源开关动作产生的尖峰电压或电流。

Description

一种共模扼流圈、滤波电路以及抗电磁干扰的电源滤波器

技术领域

本实用新型涉及一种共模扼流圈、滤波电路以及抗电磁干扰的电源滤波器。

背景技术

非晶材料是一种新型功能材料，是利用制备非晶的工艺，一次形成厚度约30微米的薄带。当熔融的钢水采用先进的急冷快淬技术，将液态金属以1×10-6℃/sec冷却速度形成厚度为0.03mm左右的固体薄带，得到原子排列组合上具有短程有序，长程无序特点的非晶组织特征，不具备传统合金材料的晶体结构这就是非晶合金。这样快速冷却到厚度仅为几十微米的金属薄带时，钢水所具有的原子无序排列结构便被“冻结”，形成了所谓的“非晶态合金”。

随着开关型电源在工业和家用电器中越来越多的应用，电器之间的相互干扰成为日益严重的问题，电磁环境越来越为人们所关心。电磁干扰有很多种类，其中在10K～30MHz之间的共模干扰是非常重要的一类，它们主要以传导方式传播，对仪器的安全正常运行造成很大危害，必须加以控制。通常在输入端附加共模滤波器，以减轻外界共模干扰通过电源线进入用电器，同时防止用电器产生的共模干扰进入电网。通常采用共模滤波器滤除共模干扰更有效地滤除，而其核心即为共模电感，目前共模电感的磁芯通常选用频率特性较好、成本较低的铁氧体材料，如镍锌材料和锰锌材料，但是由于镍锌材料磁导率低，在低频不能达到高阻抗，因此适用于抑制频率高于20MHz以上的噪声，而锰锌材料虽在低频时磁导率较高，但在高频时衰减太快，适用于抑制10kHz到50MHz的低频噪声，并且铁氧体材料共模电感温度特性差、饱和磁感低、磁导率低等特性在应用时受到了诸多限制，不利于广泛推广。

实用新型内容

本实用新型为了克服现有技术的不足，其目的旨在提供一种共模扼流圈，其具有高饱和磁感应强度、高初始导磁率以及居里温度高等优点，其能优异地抑制电磁干扰。

本实用新型为了克服现有技术的不足，还提供一种滤波电路，其能优异地抑制由高频信号产生的电磁干扰。

本实用新型为了克服现有技术的不足，还提供一种抗电磁干扰的电源滤波器，其不仅能够优异地抑制电源开关中来自于电源开关内部和外来电网的电磁干扰，而且还能够抑制来自外来电网的浪涌电流和电源开关动作产生的尖峰电压或电流。

为了解决上述的技术问题，本实用新型提出的基本技术方案如下所述：

一种共模扼流圈，尤其的，包括由超微晶或非晶材料制成的磁环、第一绕组、第二绕组以及将第一绕组和第二绕组隔开的隔板；所述第一绕组绕制于所述超微晶或非晶材料制成的磁环外侧；所述第二绕组与所述第一绕组同向绕制于所述超微晶或非晶材料制成的磁环另一外侧。

进一步，所述隔板厚度为3.2mm。

进一步，所述隔板通过粘结剂设置在磁环中轴线上。

一种滤波电路，尤其地，所述滤波电路包括上述的共模扼流圈，还包括第一差模电容、第二差模电容、第一共模电容以及第二共模电容；

进一步，所述第一绕组的同名端和第一差模电容的一端连接，异名端分别与第二差模电容的一端和第一共模电容的一端连接，第一共模电容的另一端接至地端；所述第一差模电容的另一端和第二绕组的同名端连接，第二绕组的异名端分别与第二差模电容的一端和第二共模电容的一端连接，第二共模电容的另一端接至地端。

进一步，所述共模扼流圈的电感值为6.076mH，第一差模电容和第二差模电容的电容值均为105μF，第一共模电容和第二共模电容的电容值均为333nF。

一种抗电磁干扰的电源滤波器，尤其地，所述电源滤波器包括上述的滤波电路，还包括限压电路；所述限压电路和滤波电路连接，所述限压电路能够抑制由电源设备开关动作所引起的浪涌电压。

进一步，所述限压电路包括三个电阻、两个电容、一个稳压二极管以及一个MOS管；所述第一电阻的一端分别与火线和第一绕组的同名端连接，另一端分别与第二电阻的一端和稳压二极管的一端连接，第二电阻的另一端分别和第一电容的一端、MOS管的栅极以及第三电阻的一端连接，稳压二极管的另一端接至零线，第一电容的另一端和第二电容的一端连接，第二电容的另一端接至零线，第三电阻的另一端接至零线；所述MOS管的源极接至零线，漏极分别和第三电阻的另一端、第一差模电容的另一端以及第二绕组的同名端连接。

进一步，所述MOS管为增强型N沟道的开关管。

本实用新型的有益效果是：

1、由于共模扼流圈的磁芯采用由超微晶或非晶材料制成的磁环，而且超微晶或非晶材料制成的磁环具有高饱和磁感应强度和高初始导磁率，因此在满足与现有技术具有相同的性能条件下，共模扼流圈的体积制作可以更小，而且电感量也更大，因此节约了原料和成本。磁环的居里温度高，使共模扼流圈工作稳定可靠。

2、通过在磁环中轴线上设置隔板，隔板将第一绕组和第二绕组隔开，避免绕组间相互干扰。

3、在滤波电路中，共模扼流圈的电感值为6.076mH，第一差模电容和第二差模电容的电容值均为105μF，第一共模电容和第二共模电容的电容值均为333nF，采用此数值，滤波电路的插入损耗为最大值，从而使滤波效果最好。

4、电源滤波器不仅可以抑制电磁干扰的滤波电路，而且还可以抑制来自外来电网的浪涌电流和电源开关动作产生的尖峰电压或电流。

附图说明

图1为具体实施例的共模扼流圈结构图。

图2为具体实施例的滤波电路电路图。

图3为具体实施例中现有技术滤波电路电路图。

图4为具体实施例的等效共模电路图。

图5为具体实施例的等效差模电路图。

图6为具体实施例的电源滤波器的电路图。

具体实施方式

以下将结合附图1至6对本实用新型做进一步的说明，但不应以此来限制本实用新型的保护范围。为了方便说明并且理解本实用新型的技术方案，以下说明所使用的方位词均以附图所展示的方位为准。

如图1所示，实施例的共模扼流圈包括磁环10、第一绕组L11、第二绕组L12和隔板13。第一绕组L11绕制于磁环外侧，第二绕组L12与第一绕组L11同向绕制于磁环另一外侧，隔板13通过粘结剂设置在磁环10中轴线上，并且隔板厚度为3.2mm。

实施例的共模扼流圈工作原理：

1、当电路中的工作电流流经共模扼流圈时，电流会在第一绕组和第二绕组中产生反向的磁场而相互抵消。

2、当有共模电流流经线圈时，由于共模电流的同向性，电流会在第一绕组和第二绕组中产生相等大小的磁通而增大线圈的感抗，线圈高阻抗会产生较强的阻尼效果，以此衰减共模电流，达到滤波效果。实际应用中，将这个滤波电路一端接干扰源，另一端接被干扰的家电设备，则构成两组滤波器，可以使线路上的电磁干扰信号被控制在很低的水平。共模扼流圈既可以抑制外部的EMI信号传入，又可以衰减线路自身工作时产生的EMI信号。

实施例的共模扼流圈采用由一体成形的环状磁芯，相对于现有通过组装而成的磁芯结构，由于磁环没有气隙，因此，可进一步提高共模扼流圈的磁导通率30％以上以进一步减少线圈匝数，减少匝间分布电容，进而展宽频带。

实施例的共模扼流圈采用的磁芯由超微晶或非晶材料制成，其中，非晶或超微晶材料可以选用铁基非晶、铁基纳米晶和钴基非晶任意一种。采用非晶材质、锰锌铁氧体和坡莫合金特性参数如下表所示：

如上表所示，共模扼流圈采用由超微晶或非晶材料制成的磁芯，其具有

1、高饱和磁感应强度。非晶或超微晶材料的Bs超1.2T，是铁氧体的两倍以上。作为共模扼流圈，一个重要的原则是铁芯不能磁化到饱和，否则电感量急剧降低。而在实际应用中，有不少场合的干扰强度较大(例如大功率变频电机)，如果用普通的铁氧体作为共模扼流圈，铁芯存在饱和的可能性，不能保证大强度干扰下的噪声抑制效果。由于超微晶或非晶材料的高饱和磁感应强度，其抗饱和特性无疑明显优于铁氧体，使得纳米晶合金非常适用于抗大电流强干扰的场合。

2、高初始导磁率。超微晶或非晶材料的初始导磁率可达8万，远远高于铁氧体，因此用超微晶或非晶材料制造的共模扼流圈在低磁场下具有大的阻抗和插入损耗，对弱干扰具有极好的抑制作用。这对于要求极小泄漏电流的抗弱干扰共模滤波器尤其适用。在某些特定场合(如医疗设备)，设备通过对地电容(如人体)造成泄漏电流，容易形成共模干扰，而设备本身又对此要求极严。此时使用高导磁率的超微晶或非晶材料制造共模扼流圈可能是最佳选择。此外，超微晶或非晶材料的高导磁率可以减少线圈匝数，降低寄生电容等分布参数，因而将由于分布参数引起的在插入损耗谱上的共振峰频率提高。同时，超微晶或非晶材料的高导磁率使得共模扼流圈具有更高的电感量和阻抗值，或者在同等电感量的前提下缩小铁芯的体积。

3、卓越的温度稳定性。超微晶或非晶材料的居里温度高达500℃以上。在有较大温度波动的情况下，超微晶或非晶材料的性能变化率明显低于铁氧体，具有优良的稳定性，而且性能的变化接近于线性。一般地，超微晶或非晶材料在-50℃-130℃的温度区间内，主要磁性能的变化率在10％以内。相比之下，铁氧体的居里温度一般在220℃以下，磁性能变化率有时达到100％以上，而且呈非线性，不易补偿。超微晶或非晶材料的这种温度稳定性结合其特有的低损耗特性，为器件设计者提供了宽松的温度条件。

磁环10的中轴线上设置隔板13，隔板13的厚度为3.2mm。隔板13能够将第一绕组L11和第二绕组L12分隔开，并且分别使第一绕组L11线圈和第二绕组L12紧密结合，减少匝间分布电容和漏感的产生。隔板13还可以避免第一绕组L11和第二绕组L12之间漏感的相互干扰。因此，设置隔板13能够提高共模扼流圈的抗电磁干扰能力。

如图2所示，本实施例的滤波电路包括上述的共模扼流圈L、第一差模电容CX1、第二差模电容CX2、第一共模电容CY1以及第二共模电容CY2。其中，第一绕组L11的同名端A和第一差模电容CX1的一端连接，异名端B分别与第二差模电容CX2的一端和第一共模电容CY1的一端连接，第一共模电容CY1的另一端接至地端。第一差模电容CX1的另一端和第二绕组L12的同名端AA连接，第二绕组L12的异名端BB分别与第二差模电容CX2的一端和第二共模电容CY2的一端连接，第二共模电容CY2的另一端接至地端。

如图3所示，对于现有的滤波电路采用由共模扼流圈L_C、差模电感L_D、差模电容C_x和共模电容C_y构成的滤波电路。本实施例是在图3的基础上对电路改进，其中，通过推理而简化了图3的电路，避免加入了差模电感，避免电路受差模电感的影响。原理如下所示：

将图3的电路结构等效的划分为共模等效电路和差模等效电路，如图4和图5所示，其中

L_CM＝L+L_D

L_DM＝L_E+2L_D

C_X3＝C_X2+C_Y/2

L_E为在绕制共模扼流圈时产生的不平衡漏电感。一般情况下，L_D＜＜L，L_E＜2L_D且L_E＜＝L/100。

本实施例的滤波电路的插入损耗公式经推导如下：

$\mathrm{IL}=20\lg \left|\frac{a_{11}{R}_L+a_{12}+a_{21}{R}_L{R}_S+a_{22}{R}_S}{R_S+R_L}\right|$

R_L为负载电阻，R_S为线路损耗电阻

对于共模等效电路：

a₁₁＝1-w²L_CMC_Y

a₁₂＝jwL_CM

a₂₁＝jwC_Y

a₂₂＝1

其中w为角频率，L_CM为等效共模电感，C_Y为共模电容。

对于差模电路：

a₁₁＝1-w²L_DMC_X3

a₁₂＝jwL_DM

a₂₁＝jw(C_X1+C_X3-w²L_DMC_X3C_X1)

a₂₂＝1-w²L_DMC_X1

第一差模电容和第二差模电容的电容值均为105μF，第一共模电容和第二共模电容的电容值均为333nF。

插入损耗是滤波电路的一个重要参数，插入损耗越大，滤波效果越好。为了寻找插入损耗最优值，本实施例以频率为200KHz为起点，并根据上述公式进行测算共模扼流圈的电感最优值和差模电感最优值，结果如下：

对于等效共模电感的插入损耗：

f(MHz)	0.2	0.4	0.6	0.8	1	5	10
								IL(dB)	43	50	58	68	70	58	55
LCM(mH)	4.9	3	3.3	6	6.1	忽略	忽略

对于等效差模电感的插入损耗：

f(MHz)	0.2	0.4	0.6	0.8	1	5	10
								IL(dB)	50	56	68	66	70	64	58
LDM(mH)	7.5	1.9	忽略	忽略	忽略	忽略	忽略

结合上述两表和公式分析，可得出共模扼流圈最优电感值为6.076mH。相对应的，差模电感L_D值很小，可以忽略不计，因此可以不用差模电感。最终的电路结构如图2所示。

如图6所示，本实施例的电源滤波器包括上述的滤波电路，还包括限压电路。限压电路和滤波电路连接。限压电路包括三个电阻、两个电容、一个稳压二极管以及一个MOS管。第一电阻R1的一端分别与火线P和第一绕组L11的同名端连接，另一端分别与第二电阻R2的一端和稳压二极管D1的一端连接，第二电阻R2的另一端分别和第一电容C1的一端、MOS管Q1的栅极G以及第三电阻R3的一端连接，稳压二极管D1的另一端接至零线N，第一电容C1的另一端和第二电容C2的一端连接，第二电容C2的另一端接至零线N，第三电阻R3的另一端接至零线N。MOS管Q1的源极S接至零线N，漏极D分别和第三电阻R3的另一端、第一差模电容CX1的另一端以及第二绕组L12的同名端连接。其中，MOS管Q1为增强型N沟道的开关管。

限压电路能够抑制由电源设备开关动作所引起的浪涌电压，

限压电路主要是在电源刚开通时起作用，抑制由开关动作引起的浪涌电压。开关电源的通断由增强型N沟道的MOS管Q1控制。当电路由关断切换为开通时，由于C1、C2两端电压为零，串于零线的MOS管Q1栅极G无电压，电路并不能立即连通。只有电容两端的电压足够大，高于MOS管Q1的栅极G开启电压后电路才能连通。在电容的充电过程中，由开关动作引起的浪涌电压被抑制在很低的电压水平上。第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3为分压电阻，第一电容C1和第二电容C2为串联充电电容，稳压二极管D1，用于保护MOS管，以防MOS管被高压打坏。

根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。

Claims (8)

1.一种共模扼流圈，其特征在于：包括由超微晶或非晶材料制成的磁环、第一绕组、第二绕组以及将第一绕组和第二绕组隔开的隔板；所述第一绕组绕制于所述超微晶或非晶材料制成的磁环外侧；所述第二绕组与所述第一绕组同向绕制于所述超微晶或非晶材料制成的磁环另一外侧。

2.根据权利要求1所述的一种共模扼流圈，其特征在于：所述隔板厚度为3.2mm。

3.根据权利要求1或2所述的一种共模扼流圈，其特征在于：所述隔板通过粘结剂设置在磁环中轴线上。

4.一种滤波电路，其特征在于：所述滤波电路包括如权利要求1至3任一项所述的共模扼流圈，还包括第一差模电容、第二差模电容、第一共模电容以及第二共模电容；

所述第一绕组的同名端和第一差模电容的一端连接，异名端分别与第二差模电容的一端和第一共模电容的一端连接，第一共模电容的另一端接至地端；所述第一差模电容的另一端和第二绕组的同名端连接，第二绕组的异名端分别与第二差模电容的一端和第二共模电容的一端连接，第二共模电容的另一端接至地端。

5.根据权利要求4所述的一种滤波电路，其特征在于：所述共模扼流圈的电感值为6.076mH，第一差模电容和第二差模电容的电容值均为105μF，第一共模电容和第二共模电容的电容值均为333nF。

6.一种抗电磁干扰的电源滤波器，其特征在于：所述电源滤波器包括如权利要求4所述的滤波电路，还包括限压电路；所述限压电路和滤波电路连接，所述限压电路能够抑制由电源设备开关动作所引起的浪涌电压。

7.根据权利要求6所述的一种抗电磁干扰的电源滤波器，其特征在于：所述限压电路包括三个电阻、两个电容、一个稳压二极管以及一个MOS管；所述第一电阻的一端分别与火线和第一绕组的同名端连接，另一端分别与第二电阻的一端和稳压二极管的一端连接，第二电阻的另一端分别和第一电容的一端、MOS管的栅极以及第三电阻的一端连接，稳压二极管的另一端接至零线，第一电容的另一端和第二电容的一端连接，第二电容的另一端接至零线，第三电阻的另一端接至零线；所述MOS管的源极接至零线，漏极分别和第三电阻的另一端、第一差模电容的另一端以及第二绕组的同名端连接。

8.根据权利要求7所述的一种抗电磁干扰的电源滤波器，其特征在于：所述MOS管为增强型N沟道的开关管。