[发明专利]一种多线圈集成LC单元构成的平面EMI滤波器

说明书

技术领域

本发明涉及一种EMI电源滤波器的平面磁集成结构，特别是由多线圈集成LC单元构成的平面EMI滤波器。

背景技术

我国加入WTO和实施强制产品EMC认证制度以来，电磁兼容的重要性和必要性已被普遍接受。由功率器件的开关工作引起了极大的电压或电流脉冲，从而引发的严重的电磁干扰(EMI)是电磁兼容问题的重要方面之一。这些干扰经近场和远场耦合形成传到和辐射干扰，严重污染电磁环境和电源系统。对于EMI传导干扰，采用EMI滤波器进行滤波是一种常用及有效的手段。将EMI滤波器适当的接入电网和开关电源之间，即能防止开关电源产生的噪声传导进入电网，也能防止电网中的各种高频噪声通过传导进入开关电源。

传统EMI滤波器采用分立式电感电容组成共模及差模滤波器。但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，如图1所示，其中：1、磁芯、2、介质，3、铜箔绕组，A、B、C、D为输入、输出端。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。故由南京航空航天大学本课题组提出环形平面EMI滤波器结构，如图2所示。该滤波器采用罐(P)型磁芯201，差模电容202和210，共模集成LC结构203、204、205、207、208以及209，及漏感层206组成。差模电容作为滤波器的输入，在电路中采用四端点连接方式。共模电感层与集成LC结构顺向串联耦合，两个共模LC结构并联构成共模扼流圈，同时通过漏感层漏感构成差模电感。该结构组成了平面EMI滤波器结构，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2所示的集成平面EMI结构是传统EMI滤波器结构。但由于电力电子的发展，现代EMI滤波器在一些情况下需使用多级滤波器，使用上述结构，会导致集成LC结构增多，体积增大。

发明内容

发明目的：

本发明提供一种双层多对线匝的平面EMI滤波器集成结构，可以在单个平面集成LC单元上实现多级共模滤波结构。与现有技术相比，平面集成LC结构由单板多对线圈构成，提高了陶瓷板利用率，同时，在同一集成LC单元上采用共模电感EPC消除技术，改善高频特性。本发明采用特制的罐型磁芯，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。本发明可应用于开关电源的前端变换器中，与传统的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。同时与现有的环形平面滤波器相比，改善了滤波器的高频性能。

发明内容：

本发明为实现上述发明目的，采用如下技术方案：

一种基于多线圈集成LC单元构成的平面EMI滤波器，包括罐型磁芯以设置在罐型磁芯内的第一共模集成LC结构、第二共模集成LC结构、第一差模电容、第二差模电容及一个漏感层，所述的漏感层位于所述的的两个共模集成LC结构之间，第一差模电容的一个端口作为滤波器输入、第二差模电容的一个端口作为滤波器输出，其特征在于：所述的罐型磁芯具有至少两个磁芯柱，所述的第一共模集成LC结构和第二共模集成LC结构均由陶瓷板以及两对平面螺旋线圈组成，所述的平面螺旋线圈分别套在所述的磁芯柱上，所述的成对平面螺旋线圈对称的设置在陶瓷板的上下层平面上，所述的上层平面上的线圈顺向串联耦合，所述下层平面上的线圈一点接地，所述的第一差模电容的第一输出端连接第一共模集成LC结构的输入端，第一差模电容的第二输出端连接第二共模集成LC结构的输入端，第一共模集成LC结构和第二共模集成LC结构的输出端分别连接第二差模电容的第一输入端和第二输入端。

在所述的陶瓷板的上下层表面上均设置有四个线圈。

所述的差模电容由双面PCB板构成，上下两面除磁芯所需过孔外全部喷镀PCB导线，且上下两层完全对称。

所述的PCB板的板材采用介电常数为10000-20000的陶瓷材料铌镁酸铅。

所述的漏感层采用高分子铁氧体复合磁材料。