專利名稱：一種濾波電容器寄生電感的消除裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種元器件寄生參數(shù)的消除裝置，特別是涉及一種濾波電容器寄
生電感的消除裝置。
背景技術(shù)：
電容器工作在高頻條件下，其等效模型由自身電容Cn、等效電感Ln及等效電阻Ru串聯(lián)構(gòu)成，如圖1所示。由于寄生電感的存在，電容支路上會(huì)發(fā)生諧振，高于諧振頻率的阻抗特性表現(xiàn)為感性，這使得電容器對(duì)高頻噪聲的旁路作用驟減，從而降低了電容器的高頻性能。 為了改善電容器的高頻特性，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)電容器寄生電感的消除，尤其是EMI濾波器中的電容器寄生電感的消除做了大量研究，目前在該技術(shù)領(lǐng)域，發(fā)展出了兩種方法 其一，為多電容器并聯(lián)方法，電容器的寄生電感和寄生電阻因并聯(lián)而變小。弗吉尼亞理工大學(xué)Wang S.提出了一種電容器交叉并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，經(jīng)電路等效后，可將濾波電容器的寄生電感消除。但是電容并聯(lián)需要增加電容器數(shù)量，使得EMI濾波器的體積變大。[0005] 其二，采用耦合電感法抵消濾波電容器的寄生電感。 圖2所示為2007年出現(xiàn)了一種消除EMI濾波器差模電容器寄生電感的新方法，(專利號(hào)US 7180389B2)，它利用一個(gè)3/4匝的線圈La緊貼在電容器Ca的一側(cè)，使得此線圈與這個(gè)電容器的寄生電感1^的互感等于此寄生電感L^從而消除電容器寄生電感的影響，提高整個(gè)濾波器的高頻特性。但是對(duì)于不同的電容器制作3/4匝線圈時(shí)存在較大的離散性，因此不易控制它與電容器寄生電感的互感值。 圖3A所示為美國(guó)學(xué)者T.C.Neugebauer等提出了一種消除電容器寄生電感的結(jié)構(gòu)，圖中線圈301為上層PCB繞線，302為下層PCB板繞線，在0點(diǎn)處由過(guò)孔連在一起，將其安裝在電容器的下方。此種方法在不增加EMI濾波器物理體積的情況下，應(yīng)用兩個(gè)平面螺線圈的互感有效地消除了電容器的寄生電感，這為EMI濾波器寄生效應(yīng)研究開(kāi)辟了新的途徑。圖3B為沿著M-N線的截面圖，上下兩線圈301和302正對(duì)分布，二者間的分布電容C31較大，因此將會(huì)帶來(lái)二次寄生效應(yīng)問(wèn)題，影響消除效果。

發(fā)明內(nèi)容發(fā)明目的 本實(shí)用新型的目的是為了提供一種電容器寄生電感的消除裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相
比，在消除電容器寄生電感時(shí)，減小了附加消除裝置之后帶來(lái)的二次寄生電容。 發(fā)明內(nèi)容 本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述實(shí)用新型目的，采用如下技術(shù)方案， —種濾波電容器寄生電感的消除裝置，包括印刷電路板、上層平面螺旋線圈、下層平面螺旋線圈，所述印刷電路板上表面設(shè)置上層平面螺旋線圈，印刷電路板下表面設(shè)置下層平面螺旋線圈，印刷電路板上還設(shè)置第一過(guò)孔、第二過(guò)孔，所述上層平面螺旋線圈與下層
平面螺旋線圈交錯(cuò)排布，上層平面螺旋線圈的異名端與下層平面螺旋線圈的同名端通過(guò)第
一過(guò)孔相連；第一過(guò)孔連接電容器的第一引腳、第二過(guò)孔連接電容器的第二引腳。 本實(shí)用新型濾波電容器寄生電感的消除裝置所述上層平面螺旋線圈、下層平面螺
旋線圈分別由im個(gè)半徑依次按繞線寬度增大的半圓型PCB繞線首尾相接而構(gòu)成，其中l(wèi)為
正整數(shù)，im根據(jù)寄生電感的大小確定。 本實(shí)用新型的上、下層平面螺旋線圈包含的半圓型PCB繞線個(gè)數(shù)可以相同，也可以不同。所述上下層平面螺旋線圈中半徑相同的半圓PCB繞線鏡像對(duì)稱，從而使得上下層平面螺旋線圈交錯(cuò)排布。然后上下層平面螺旋線圈通過(guò)一個(gè)過(guò)孔E串聯(lián)在一起，形成一個(gè)順向耦合結(jié)構(gòu)，即上下層螺旋線圈中的電流流向相同。同時(shí)過(guò)孔E作為放置電容器一個(gè)引腳之用，根據(jù)所述電容器的寄生電感值，通過(guò)控制上下層線圈中半圓型PCB繞線的個(gè)數(shù)，使得互感與寄生電感值相等。[0015] 有益效果 本實(shí)用新型采用了上述平面PCB繞線交錯(cuò)結(jié)構(gòu)，使得本實(shí)用新型不僅不會(huì)增加濾波器的體積和成本，而且上下兩層繞線的正對(duì)面積減小，有效降低了消除裝置的二次寄生電容對(duì)電容器高頻特性改善的影響。 本實(shí)用新型提供的電容器寄生電感的消除裝置可以方便控制上下層線圈之間的互感。 本實(shí)用新型可應(yīng)用于EMI濾波器、LC低通濾波器及帶通濾波器等含電容器的濾波裝置，改善電容器的高頻特性，以此提高濾波器的插入損耗。

圖1是一個(gè)實(shí)際電容器的模型。 圖2是US 7180389B2所示的3/4匝線圈消除電容器寄生電感的結(jié)構(gòu)圖。 圖3A是已有技術(shù)中一種電容器寄生電感消除裝置的結(jié)構(gòu)。 圖3B是沿著圖3A所示的M_N線的剖面放大圖。 圖4A是一種新型電容器寄生電感消除裝置。 圖4B是圖4A的等效電路。 圖4C是圖4B解耦合等效電路。 圖5是單層平面螺旋繞組結(jié)構(gòu)。 圖6是沿著圖4A所示的M-N線的剖面放大圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明 如圖4A所示的實(shí)例，本實(shí)用新型提供的電容器寄生電感的消除裝置包括一塊安裝電容器404的PCB板401，兩個(gè)PCB繞線線圈402和403，所述線圈分別在所述PCB板的上下兩層，并且為順向耦合，即上層線圈402的A端與下層線圈403的C端為同名端，B、 C端由過(guò)孔E相連。電容器404的引腳G和H分別安裝在過(guò)孔E和F上，按照上述連接，電容器的寄生電感可以被消除。[0030] 圖4B為圖4A的等效電路圖，上下層的PCB線圈402和403的電感值分別為L(zhǎng)41和 L42，M41為互感，C42為線圈402和403之間的分布電容，C41為電容器404的電容值，L43為電 容器404的寄生電感，1 41為電容器404的寄生電阻。圖4B解耦之后的等效電路如圖4C，產(chǎn) 生一個(gè)負(fù)電感，控制此負(fù)電感的大小，使之等于電容器的寄生電感L^就可以消除寄生電感 對(duì)電容器濾波效果的影響。 本實(shí)用新型的電容器寄生電感的消除裝置的單層電感繞組是由im個(gè)半徑依次 按繞線寬度增大的半圓型PCB繞線首尾相接構(gòu)成，上下層的匝數(shù)可以相等也可以不相 等，僅僅保證其互感與電容器寄生電感匹配即可。此實(shí)例中上下層線圈匝數(shù)相同，單層 線圈結(jié)構(gòu)的尺寸如圖5所示。Qi表示半圓，可描述為& = 0.5[2r,(i-l) (w+s) ] 、 & = 0.5[2巧+2w+(i-l) (w+s)]， (i = 1，2，3，4……)，^為第i個(gè)半圓內(nèi)半徑，&為第i個(gè)半圓 外半徑，din為最小半圓內(nèi)直徑，w為繞線寬度，s為繞線間距，為充分利用空間而又能實(shí)現(xiàn) 交錯(cuò)的目的，使得繞線間距與繞線寬度相等，即w二 s。另外，螺旋線圈的匝數(shù)定義為n =
i乂2，其中，im為單層繞組包含半圓個(gè)數(shù)。 所述互感由所述上下兩層PCB線圈的匝數(shù)、外半徑及PCB板的厚度h決定，常用 PCB板的厚度為固定值，繞線的寬度根據(jù)電流密度確定。因此可以通過(guò)改變繞線的匝數(shù)n以 及第一個(gè)半圓的半徑巧即可以控制互感值，使之與電容器寄生電感匹配。 可以根據(jù)^告爭(zhēng)2(n +《,，其中，^ =0.5[2n + 2w + (,m—D(w + ,)]為最大的半徑，為最 小半徑，①根據(jù)下列式子確定其數(shù)值， O =對(duì)(l + +丄P2 - —f +丄f V2 + !p4)ln^^^ + (l+^f -里f + ^V)ln^i^ — 4(1 +々2 - —丄《V)主arctan^ -1 + + -至《4 -丄f, +丄p4] 其中，^^^^，h為PCB板厚度。根據(jù)應(yīng)用中具體的電容器寄生電感的
值，以及電容器的封裝形式確定巧的大小，從而可以計(jì)算得到合適消除裝置的半圓個(gè)數(shù)im， 此數(shù)值取整。 圖6為圖4A中沿著M-N線的剖面圖，圖中電容C42為上下層線圈403和402之間 分布電容稱為二次寄生電容，本實(shí)用新型提供的電容器寄生電感消除裝置，其上下兩層PCB 電感線圈為交錯(cuò)排布，上層線圈403和下層線圈402在M-N處完全交錯(cuò)，有效減小了二次寄
生電容(;2的大小，降低了附件消除裝置之后給濾波電路帶來(lái)的二次寄生電容的影響。 上面詳細(xì)描述了本實(shí)用新型的一個(gè)上下層線圈的匝數(shù)相等的具體實(shí)例，但是應(yīng)當(dāng) 理解，本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不僅限于此，此實(shí)例僅用于幫助理解本實(shí)用新型，對(duì)本實(shí)用
新型所作的上下層匝數(shù)不同的實(shí)例，也應(yīng)包含在本實(shí)用新型的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求一種濾波電容器寄生電感的消除裝置，其特征在于包括印刷電路板(401)、上層平面螺旋線圈(402)、下層平面螺旋線圈(403)，所述印刷電路板(401)上表面設(shè)置上層平面螺旋線圈(402)，印刷電路板(401)下表面設(shè)置下層平面螺旋線圈(403)，印刷電路板(401)上還設(shè)置第一過(guò)孔(E)、第二過(guò)孔(F)，所述上層平面螺旋線圈(402)與下層平面螺旋線圈(403)交錯(cuò)排布，上層平面螺旋線圈(402)的異名端與下層平面螺旋線圈(403)的同名端通過(guò)第一過(guò)孔(E)相連；第一過(guò)孔(E)連接電容器(404)的第一引腳(G)、第二過(guò)孔(F)連接電容器(404)的第二引腳(H)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波電容器寄生電感的消除裝置，其特征在于所述上層平 面螺旋線圈(402)、下層平面螺旋線圈(403)分別由im個(gè)半徑依次按繞線寬度增大的半圓 型PCB繞線首尾相接而構(gòu)成，其中im為正整數(shù)，im根據(jù)寄生電感的大小確定。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種濾波電容器寄生電感的消除裝置，包含一個(gè)印刷電路板(401)，以及在所述印刷電路板(401)的上層平面螺旋線圈(402)和下層平面螺旋線圈(403)，所述上下兩層平面螺旋線圈是由im個(gè)半徑依次增大的半圓型PCB繞線首尾相接而構(gòu)成，且半徑相同的半圓PCB繞線鏡像對(duì)稱，從而使得上下層平面線圈交錯(cuò)排布，同時(shí)上下兩層平面螺旋線圈通過(guò)設(shè)置在印刷電路板(401)上的一個(gè)過(guò)孔E串聯(lián)在一起，形成一個(gè)順向耦合結(jié)構(gòu)，即上下層線圈中的電流流向相同。過(guò)孔E同時(shí)作為放置電容器一個(gè)引腳之用，根據(jù)所述電容器的寄生電感值，通過(guò)控制上下層線圈中半圓型PCB繞線的個(gè)數(shù)，使得互感與寄生電感值相等。
文檔編號(hào)H03H1/00GK201550083SQ20092025564
公開(kāi)日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2009年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月24日
發(fā)明者周小林, 崔永生, 武麗芳, 王世山 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)