[发明专利]一种圆形PCB线匝构成的平面EMI滤波器集成模块

说明书

技术领域

本发明涉及一种圆形PCB线匝构成的平面EMI滤波器集成模块，属于EMI电源滤波器的平面磁集成结构。

背景技术

各种电力电子装置中功率器件的开关工作引起了极大的电压或电流脉冲，从而引发了严重的电磁干扰(EMI)。这些干扰经近场和远场耦合形成传导和辐射干扰，严重污染电磁环境和电源系统。对于传导干扰，采用EMI滤波器进行滤波是一种非常有效和经济的手段，将该类滤波器适当的接入电源和负载之间，不仅能防止电力电子装置产生的噪声传导进入电网，同时也能防止电网中的各种高频噪声通过传导耦合进入电力电子装置。

然而在高频时，由于分立元件的寄生参数，例如电感的并联寄生电容(EPC)、电容的串联寄生电感(ESL)等，使EMI滤波器在高频时的插入损耗明显降低，严重影响了EMI滤波器的高频性能。同时，由于传统的无源分立元件因其元件数量多、体积大，成为电力电子设备小型化发展过程中的障碍。将平面磁集成技术应用于EMI滤波器，在实现模块化和小型化的同时，可以有效减小其高频寄生参数。

平面集成LC结构是构成平面磁集成EMI滤波器的基本单元，弗吉尼亚理工大学的YingLin Zhao提出了一种广义传输线理论，通过该理论可以较好的预测平面LC结构的高频特性，Rengang Chen设计了应用于开关电源系统的平面EMI滤波器(图1)，该滤波器采用平面EI型磁芯(104)，由差模电容(101)、共模集成LC结构(102)及漏感层(103)组成，利用一匝的平面LC结构作为差模电容，在电路中采用四端点连接方式，以减小串联寄生电感，采用两个多匝的平面LC结构连接成低通滤波器结构，并联在一起作为共模扼流圈，该种结构实现了EMI电源滤波器的平面磁集成结构，减小了体积，大大提高了功率密度，并且减小了高频的寄生参数。图1所示的平面集成EMI滤波器，采用矩形的平面螺旋线圈。随着现代电力电子向高频方向发展，电流在直接拐角处分布很不均匀，严重影响滤波器性能。构成平面LC结构的螺旋线圈有部分在磁芯外，减小了导体的利用率，不能有效的产生足够大的电感，同时由于构成平面集成LC结构的PCB板采用高介电常数的陶瓷材料，陶瓷材料较脆，不易进行安装。

发明内容

本发明提供一种圆形PCB线匝构成的平面EMI滤波器集成模块，与现有技术相比，平面集成LC结构采用圆形的平面螺旋线圈，消除了高频时矩形螺旋线圈的拐角处电流分布不均带来的影响，同时，采用了壶型磁芯，螺旋线圈全部包含在磁芯内部，提高了导体的利用率，并且易于安装。本发明可应用于分布式电源系统的前端变换器中，与分立元件组成的EMI电源滤波器相比，体积明显减小，并且提高了滤波器的插入损耗，改善了滤波器的高频性能。

本发明为实现上述发明目的，采用如下技术方案：

一种圆形PCB线匝构成的平面EMI滤波器集成模块，其特征在于包括壶型磁芯、共模电感层、共模集成LC结构、漏感层和差模电容，其中共模电感层包括共模电感层I、共模电感层II、共模电感层III和共模电感层IV，共模集成LC结构包括共模集成LC结构I和共模集成LC结构II，差模电容包括差模电容I和差模电容II；共模电感层I、共模电感层II和共模集成LC结构I的左边线圈通过导线顺向串联在一起，形成一个左端顺向耦合结构，两个共模集成LC结构之间由漏感层隔离，共模电感层III、共模电感层IV及共模集成LC结构II的右边线圈通过导线顺向串联在一起，形成一个右端顺向耦合结构，差模电容I的一个端口作为整个滤波器的输入端口，差模电容II的一个端口作为整个滤波器的输出端，整个集成模块置于壶型磁芯的内部。

所述的共模电感层包括单层PCB板和平面螺旋线圈，平面螺旋线圈置于单层PCB板上方，所述的PCB板的板材为具有低介电常数的FR4，所述的平面螺旋线圈由同圆心的依次增大的半圆形PCB绕线首尾相接而构成。

所述的共模集成LC结构包括双面的PCB板、上层平面螺旋线圈和下层平面螺旋线圈，上层平面螺旋线圈和下层平面螺旋线圈分别置于双面的PCB板的上方和下方，所述的PCB板的板材采用介电常数为70-150的陶瓷材料NPO，所述的上层平面螺旋线圈和下层平面螺旋线圈分别由同圆心的依次增大的半圆形PCB绕线组成首尾相接而构成，上层平面螺旋线圈和下层平面螺旋线圈包含的半圆形PCB绕线匝数相同，并且完全对称。