集成共模電感、差模電感及差模電容的平面emi濾波器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種集成共模電感、差模電感及差模電容的平面EMI濾波器，包括罐型磁芯、平板磁芯、共模電容、集成感容結(jié)構(gòu)、漏感層，其中共模電容與集成感容結(jié)構(gòu)組成感容單元，兩個(gè)感容單元之間通過漏感層隔離，且對稱設(shè)置于漏感層的兩邊，共模電容、集成感容結(jié)構(gòu)均包括陶瓷基板及螺旋線圈，陶瓷基板上設(shè)置多個(gè)過孔，螺旋線圈的兩端均連接導(dǎo)電過孔，漏感層設(shè)置與陶瓷基板上多個(gè)過孔對應(yīng)的絕緣過孔，兩個(gè)共模電容之間、共模電容與集成感容結(jié)構(gòu)之間、兩個(gè)集成感容結(jié)構(gòu)之間均通過導(dǎo)電過孔連接。該濾波器實(shí)現(xiàn)了各模塊之間的無縫連接，使得共模電感、差模電感和差模電容三參數(shù)集成于一體，解決了現(xiàn)有技術(shù)中濾波器漏磁多、體積大、濾波效果差的問題。
【專利說明】集成共模電感、差模電感及差模電容的平面EMI濾波器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成共模電感、差模電感及差模電容的平面EMI濾波器，屬于濾波器領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力電子技術(shù)和電力系統(tǒng)的發(fā)展，使得開關(guān)電源技術(shù)也在不斷地改革和創(chuàng)新。目前，開關(guān)電源以其小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用幾乎所有的電子設(shè)備，已成為當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。由于開關(guān)電源的dv/dt，di/dt很高，因此產(chǎn)生了很大的電磁干擾，嚴(yán)重污染了電磁環(huán)境。這些干擾可以分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾，而EMI濾波器是解決該問題的有效途徑之一。
[0003]以往的分立元件所集成的EMI濾波器元件數(shù)量多、體積大、寄生參數(shù)大，嚴(yán)重影響了濾波器的高頻性能，因此漸漸的已被各種集成EMI濾波器所取代。現(xiàn)今，主要的集成型EMI濾波器主要有一下幾種；矩形平面EMI濾波器,環(huán)形平面EMI濾波器,母線型EMI濾波器以及基于柔性帶材的集成EMI濾波器。其中前三種均以硬質(zhì)陶瓷材料為基板，質(zhì)地脆，但能獲得稍大的電容值；后者介電常數(shù)低，電容值小，但其連接方式靈活?？偠灾?，將平面磁集成技術(shù)應(yīng)用于EMI濾波器，大大提高集成化和小型化的同時(shí)，可以有效減小其高頻寄生參數(shù)。
[0004]平面集成EMI濾波器的概念最早是由弗吉尼亞理工大學(xué)提出的，其中，YingLinZhao博士提出了一種廣義傳輸線理論，通過該理論可以較好的預(yù)測平面感容(簡稱LC)結(jié)構(gòu)的高頻特性，Rengang Chen博士在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了應(yīng)用于開關(guān)電源系統(tǒng)的平面EMI濾波器。圖1A是EMI電源濾波器的平面磁集成結(jié)構(gòu)，圖1B是其基本單元LC結(jié)構(gòu)，該濾波器不僅減小了體積，大大提高了功率密度，并且減小了高頻的寄生參數(shù)。但該種濾波器也存在一定的不足之處，電流在直角拐角處分布很不均勻，嚴(yán)重影響濾波器性能。因此，有人在此基礎(chǔ)上提出了環(huán)形平面EMI濾波器，有效的改善了電流分布，但該種濾波器的集成方式與矩形平面EMI濾波器相同，即集成LC結(jié)構(gòu)主要實(shí)現(xiàn)共模電感、差模電感及共模電容的集成，而差模電容靠獨(dú)立的差模電容器來實(shí)現(xiàn)。從結(jié)構(gòu)優(yōu)化的角度來看，源阻抗和負(fù)載阻抗一定的情況下，該種集成結(jié)構(gòu)組成的EMI濾波器由于差模電容獨(dú)立取值大，有利于對差模干擾的抑制，但是，對于共模噪聲較大的電路，這種結(jié)構(gòu)的濾波器由于共模電容小而無法達(dá)到很好的濾波效果。同時(shí)，以往的平面EMI濾波器通外部連線，無法實(shí)現(xiàn)片與片間的無縫連接，漏感較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種環(huán)形平面EM I濾波器，該濾波器兩個(gè)共模電容之間、共模電容與集成感容結(jié)構(gòu)之間、兩個(gè)集成感容結(jié)構(gòu)之間均通過導(dǎo)電過孔連接，實(shí)現(xiàn)了各模塊之間的無縫連接，使得共模電感、差模電感和差模電容三參數(shù)集成于一體，解決了現(xiàn)有技術(shù)中濾波器漏磁多、體積大、濾波效果差的問題。[0006]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，采用如下技術(shù)方案:
[0007]集成共模電感、差模電感及差模電容的平面EMI濾波器，包括罐型磁芯、平板磁芯、共模電容、集成感容結(jié)構(gòu)、漏感層，其中共模電容與集成感容結(jié)構(gòu)組成感容單元，兩個(gè)感容單元之間通過漏感層隔離，且對稱設(shè)置于漏感層的兩邊，漏感層兩邊的集成感容結(jié)構(gòu)順向耦合串聯(lián)，每個(gè)感容單元包括依次順向連接的至少兩個(gè)共模電容與一個(gè)集成感容結(jié)構(gòu)，漏感層一邊的共模電容作為濾波器的輸入端、漏感層另一邊的共模電容作為濾波器的輸出端，共模電容、集成感容結(jié)構(gòu)均包括陶瓷基板及螺旋線圈，罐型磁芯與平板磁芯分別設(shè)置于整個(gè)濾波器的兩端，陶瓷基板上設(shè)置多個(gè)過孔，螺旋線圈的兩端均連接導(dǎo)電過孔，漏感層設(shè)置與陶瓷基板上多個(gè)過孔對應(yīng)的絕緣過孔，兩個(gè)共模電容之間、共模電容與集成感容結(jié)構(gòu)之間、兩個(gè)集成感容結(jié)構(gòu)之間均通過導(dǎo)電過孔連接。
[0008]所述每個(gè)感容單元包括兩個(gè)共模電容及兩個(gè)集成感容結(jié)構(gòu)，分別為第一共模電容、第二共模電容、第一集成感容結(jié)構(gòu)、第二集成感容結(jié)構(gòu)，其中，第一共模電容、第二共模電容、第一集成感容結(jié)構(gòu)、第二集成感容結(jié)構(gòu)依次通過導(dǎo)電過孔連接，漏感層兩邊的第二集成感容結(jié)構(gòu)之間通過導(dǎo)電過孔連接。
[0009]所述共模電容為平板電容。
[0010]所述陶瓷基板上的多個(gè)過孔均勻分布于陶瓷基板的邊緣。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0012]1、與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于陶瓷基板采用高介電常數(shù)的CCTO材料，可獲得較大的電容值，使得差模電容可參與集成，且通過多片LC單元的串并聯(lián)可進(jìn)一步增大共模電感和差模電容，使其滿足設(shè)計(jì)要求。
[0013]2、通過導(dǎo)電過孔連接各模塊實(shí)現(xiàn)了各個(gè)單元片之間的“無縫”連接，螺旋線圈全部包含在磁芯內(nèi)部，提高了導(dǎo)體的利用率，并且易于安裝。
[0014]3、本發(fā)明可應(yīng)用于EMI濾波器的制作中，與以往的共模電感、差模電感和共模電容集成的LC單元相比，由于差模電容占據(jù)EMI濾波器的大部分體積，因此差模電容參與集成的新型LC結(jié)構(gòu)能明顯減小濾波器體積，改善濾波器性能，且該種濾波器更適用于對于共模噪聲的抑制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1A為現(xiàn)有技術(shù)中基于環(huán)形平面集成LC結(jié)構(gòu)的集成EMI濾波器。
[0016]圖1B為現(xiàn)有技術(shù)中LC結(jié)構(gòu)集成方式。
[0017]圖2A為本發(fā)明帶過孔的環(huán)形平面集成EMI濾波器。
[0018]圖2B為本發(fā)明環(huán)形平面集成EMI濾波器的等效集中參數(shù)電路。
[0019]圖3A為本發(fā)明平面集成LC結(jié)構(gòu)。
[0020]圖3B為本發(fā)明平面集成LC結(jié)構(gòu)在共模電流下的等效集中參數(shù)電路。
[0021]圖3C為本發(fā)明平面集成LC結(jié)構(gòu)在差模電流下的等效集中參數(shù)電路。
[0022]圖3D為本發(fā)明平面集成LC結(jié)構(gòu)串聯(lián)結(jié)構(gòu)。
[0023]圖4A為本發(fā)明環(huán)形共模電容單元。
[0024]圖4B為本發(fā)明環(huán)形共模電容單元的等效集中參數(shù)電路。
[0025]圖4C為本發(fā)明共模電容單元的并聯(lián)結(jié)構(gòu)。[0026]圖5A為本發(fā)明濾波器差模電流分布圖。
[0027]圖5B為本發(fā)明濾波器共模電流分布圖。
[0028]其中，圖中的標(biāo)示為:301-罐型磁芯；302_第一共模電容；303_第二共模電容；304-第一集成LC結(jié)構(gòu)；305_第二集成LC結(jié)構(gòu)；306_漏感層；307_第三集成LC結(jié)構(gòu)；308-第四集成LC結(jié)構(gòu)；309_第三共模電容；310_第四共模電容；311_平板磁芯。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明:
[0030]如圖2A所示的實(shí)例，集成共模電感、差模電感及差模電容的平面EMI濾波器，包括罐型磁芯301、平板磁芯311、共模電容、集成感容結(jié)構(gòu)、漏感層306，其中共模電容與集成感容結(jié)構(gòu)組成感容單元，兩個(gè)感容單元之間通過漏感層隔離，且對稱設(shè)置于漏感層的兩邊，其中漏感層左邊的感容單元為第一感容單元，漏感層右邊的感容單元為第二感容單元，漏感層兩邊的集成感容結(jié)構(gòu)順向耦合串聯(lián)，如圖3D所示，每個(gè)感容單元包括依次順向連接的至少兩個(gè)共模電容與一個(gè)集成感容結(jié)構(gòu)，其中共模電容基本結(jié)構(gòu)及等效電路分別如圖4A、4B所示，4C是兩個(gè)共模電容的連接結(jié)構(gòu)，漏感層左邊的共模電容作為濾波器的輸入端、漏感層右邊的共模電容作為濾波器的輸出端，共模電容、集成感容結(jié)構(gòu)均包括陶瓷基板及螺旋線圈，罐型磁芯與平板磁芯分別設(shè)置于整個(gè)濾波器的兩端，陶瓷基板上設(shè)置多個(gè)過孔，螺旋線圈的兩端均連接導(dǎo)電過孔，漏感層設(shè)置與陶瓷基板上多個(gè)過孔對應(yīng)的絕緣過孔，兩個(gè)共模電容之間、共模電容與集成感容結(jié)構(gòu)之間、兩個(gè)集成感容結(jié)構(gòu)之間均通過導(dǎo)電過孔連接。本發(fā)明共模電容選擇平板電容。
[0031]所述每個(gè)感容單元包括兩個(gè)共模電容及兩個(gè)集成感容結(jié)構(gòu)，第一感容單元為第一共模電容302、第二共模電容303、第一集成感容結(jié)構(gòu)304、第二集成感容結(jié)構(gòu)305依次連接，第二感容單元為第三共模電容307、第四共模電容308、第三集成感容結(jié)構(gòu)309、第四集成感容結(jié)構(gòu)310依次連接，感容單元中各模塊之間通過導(dǎo)電過孔連接，漏感層兩邊的集成感容結(jié)構(gòu)之間通過導(dǎo)電過孔連接。
[0032]第一共模電容302和第二共模電容303的上層Al、A2為輸入端,其引出的金屬直導(dǎo)線分別通過與輸入端相連的過孔，C1、C2(或D1、D2)共地。BpB2分別接集成LC單元(圖3A)的A、B點(diǎn)，第一集成LC結(jié)構(gòu)、第二集成LC結(jié)構(gòu)、第三集成LC結(jié)構(gòu)、第四集成LC結(jié)構(gòu)組成順向耦合串聯(lián)結(jié)構(gòu)，圖3D為第一集成LC結(jié)構(gòu)、第二集成LC結(jié)構(gòu)串聯(lián)示意圖，漏感層306在第二集成LC結(jié)構(gòu)和第三集成LC結(jié)構(gòu)之間，第三集成LC結(jié)構(gòu)、第四集成LC結(jié)構(gòu)、第三共模電容及第四共模電容的連接方式與前面相同，組成順向耦合串聯(lián)結(jié)構(gòu)，與前面所述的集成LC結(jié)構(gòu)的同名端在同一方向,第三共模電容和第四共模電容的D1和D2作為濾波器的輸出端口，如圖2B所示，兩者的Ap A2 (或者B2)共地，平板磁芯311為磨制加蓋。
[0033]由于上下螺旋線匝數(shù)、匝間距和導(dǎo)線寬度等完全相同，且除連接孔外上下基本對稱，因此可以忽略連接孔帶來的不對稱性。圖3B和圖3C分別為圖3A在通入共模電流和差模電流情況下的等效電路圖。
[0034]當(dāng)通入共模電流時(shí)，LC單元內(nèi)電流分布如圖5B所示。由于繞組基本完全對稱，使得每個(gè)單元的電壓降完全相同，其分布電容上的兩端電壓為零，不體現(xiàn)充放電的效應(yīng)。故當(dāng)通入共模電流時(shí)，可以忽略LC單元的電容效應(yīng)，只是等效為兩個(gè)互相耦合的平面線圈(圖 3B)。
[0035]當(dāng)其通入差模電流時(shí)，LC單元內(nèi)電流分布如圖5A所示。其中im_iUn為LC單元上層螺旋線單位電感電流，i’ m_i’⑶為LC單元下層螺旋線單位電感電流。
[0036]則由KCL可得任意電感單元上的電流為:
【權(quán)利要求】
1.集成共模電感、差模電感及差模電容的平面EMI濾波器，包括罐型磁芯、平板磁芯、共模電容、集成感容結(jié)構(gòu)、漏感層，其中共模電容與集成感容結(jié)構(gòu)組成感容單元，兩個(gè)感容單元之間通過漏感層隔離，且對稱設(shè)置于漏感層的兩邊，漏感層兩邊的集成感容結(jié)構(gòu)順向耦合串聯(lián)，每個(gè)感容單元包括依次順向連接的至少兩個(gè)共模電容與一個(gè)集成感容結(jié)構(gòu)，漏感層一邊的共模電容作為濾波器的輸入端、漏感層另一邊的共模電容作為濾波器的輸出端，共模電容、集成感容結(jié)構(gòu)均包括陶瓷基板及螺旋線圈，罐型磁芯與平板磁芯分別設(shè)置于整個(gè)濾波器的兩端，其特征在于，陶瓷基板上設(shè)置多個(gè)過孔，螺旋線圈的兩端均連接導(dǎo)電過孔，漏感層設(shè)置與陶瓷基板上多個(gè)過孔對應(yīng)的絕緣過孔，兩個(gè)共模電容之間、共模電容與集成感容結(jié)構(gòu)之間、兩個(gè)集成感容結(jié)構(gòu)之間均通過導(dǎo)電過孔連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成共模電感、差模電感及差模電容的平面EMI濾波器，其特征在于:所述每個(gè)感容單元包括兩個(gè)共模電容及兩個(gè)集成感容結(jié)構(gòu)，分別為第一共模電容、第二共模電容、第一集成感容結(jié)構(gòu)、第二集成感容結(jié)構(gòu)，其中，第一共模電容、第二共模電容、第一集成感容結(jié)構(gòu)、第二集成感容結(jié)構(gòu)依次通過導(dǎo)電過孔連接，漏感層兩邊的第二集成感容結(jié)構(gòu)之間通過導(dǎo)電過孔連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的集成共模電感、差模電感及差模電容的平面EMI濾波器，其特征在于:所述共模電容為平板電容。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的集成共模電感、差模電感及差模電容的平面EMI濾波器，其特征在于:所述陶瓷基板上的多個(gè)過孔均勻分布于陶瓷基板的邊緣。
【文檔編號(hào)】H01F17/04GK103986436SQ201410193585
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月8日
【發(fā)明者】王世山, 龔敏 申請人:南京航空航天大學(xué)