一种用于大功率场合的平面EMI滤波器

摘要

本发明公开了一种用于大功率场合的平面EMI滤波器，包括E型磁芯(201)、第一差共模电容集成模块(202)、第一电感线圈(203)、第二电感线圈(204)、第二差共模电容集成模块（205)，其中E型磁芯(201)上设有凸起件和盖板(201a)，所述凸起件和盖板(201a)之间依次设置第一差共模电容集成模块(202)、第一电感线圈(203)、第二电感线圈(204)、第二差共模电容集成模块（205)。本发明的差共模集成模块集成了差模电容和共模电容，电感线圈集成了共模电感和差模电感；差共模集成模块的U形铜条传输功率能量，铜条的载流能力强、能够承受的电压等级高，由于差共模集成模块和电感线圈均可用于较高的功率场合使得该滤波器在大功率场合的应用得到保障。

权利要求

1.一种用于大功率场合的平面EMI滤波器，其特征在于：包括E型磁芯(201)、第一差共模电容集成模块(202)、第一电感线圈(203)、第二电感线圈(204)、第二差共模电容集成模块(205)，其中E型磁芯(201)上设有凸起件和盖板(201a)，所述凸起件和盖板(201a)之间依次设置第一差共模电容集成模块(202)、第一电感线圈(203)、第二电感线圈(204)、第二差共模电容集成模块(205)；所述第一差共模电容集成模块(202)和第二差共模电容集成模块(205)上均设有输入端口和输出端口，其中输入端口包括第一和第二输入端子，输出端口包括第一和第二输出端子；所述第一差共模电容集成模块(202)的第一和第二输入端子均作为滤波器的输入端口，所述第一差共模电容集成模块(202)的第一输出端子与第一电感线圈(203)的输入端口连接，所述第一差共模电容集成模块(202)的第二输出端子与第二电感线圈(204)的输入端口连接；所述第一电感线圈(203)的输出端口与第二差共模电容集成模块(205)的第一输入端子连接；所述第二电感线圈(204)的输出端口与第二差共模电容集成模块(205)的第二输入端子连接；所述第二差共模电容集成模块(205)的第一和第二输出端子均作为滤波器的输出端口；所述第一差共模电容集成模块(202)和第二差共模电容集成模块(205)均包括依次设置的第一共模衰减器(206)、第一U形铜条(207)、差模衰减器(208)、第二U形铜条(209)、第二共模衰减器(210)，其中，所述第一U形铜条(207)与第二U形铜条(209)形状相同且彼此呈平行投影设置，所述第一共模衰减器(206)与第一U形铜条(207)的直臂相对应设置在第一U形铜条(207)的一侧；所述第二共模衰减器(210)与第二U形铜条(209)的直臂相对应设置在第二U形铜条(209)的一侧；

所述差模衰减器(208)分别与第一、第二U形铜条的直臂相对应设置在第一U形铜条(207)另一侧、第二U形铜条(209)的另一侧之间。

2.根据权利要求1所述的一种用于大功率场合的平面EMI滤波器，其特征在于：所述第一电感线圈(203)和第二电感线圈(204)均由两个跑道型线圈(211)和跑道型基板(212)构成，所述两个跑道型线圈分别设置在跑道型基板(212)的两侧。

3.根据权利要求1所述的一种用于大功率场合的平面EMI滤波器，其特征在于：所述第一共模衰减器(206)和第二共模衰减器(210)均是在矩形陶瓷板N1250两侧喷镀对称的矩形镍层而成。

4.根据权利要求1所述的一种用于大功率场合的平面EMI滤波器，其特征在于：所述差模衰减器(208)是在矩形陶瓷板BaTiO3两侧喷镀对称的矩形镍层而成。

说明书

一种用于大功率场合的平面EMI滤波器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种的平面EMI滤波器，尤其涉及一种用于大功率场合的平面EMI滤波器。

背景技术

[0002] EMI滤波器是开关电源中抑制传导电磁干扰的重要手段，由电感器、电容器等分立元件组成的无源滤波器以其成本低、可靠性高而得到广泛应用。然而由于分立元件数量多、形状各异，空间利用率低，成为开关电源小型化过程中的主要障碍。磁性元件与电容元件集成的研究为进一步减小EMI滤波器体积奠定了基础。集成EMI滤波器的研究已经成为电力电子技术中一个新颖的研究热点。国外主要研究单位有美国电力电子研究中心(CPES，Center for Power Electronic System)、美国伊利诺大学电气工程与计算机科学学院(UIC)、美国阿肯色大学电力电子研究小组等。美国通用电气(GE)公司、美国国际整流器公司(IR)、日本日置电机株式会社(Hioki)、德国赛米控(Semikron)公司、瑞士ABB公司等一些有实力的企业也加入其中。

[0003] CPES目前在该领域的研究中处于核心地位，所研究的内容最为广泛，产出的文献和研究成果数量最多，在一定程度上引领着国际电力电子集成技术研究的主流方向。CPES研究的平面EMI滤波器在结构上最具代表性，其基本单元集成LC元件，是在陶瓷介质基板的两侧喷镀对称矩形螺旋绕组而成，高介电常数介质基板和平面磁芯可以增大矩形螺旋绕组单位电容和电感值，达到电感电容集成之效果。但是该种以矩形LC单元为核心部件的平面EMI滤波器存在电流在导线直角拐角处分布很不均匀，严重影响滤波器的性能。在此基础上人们提出一种基于环形LC单元的平面型EMI滤波器，其基本元件环形LC单元是在陶瓷介质基板的两侧喷镀对称螺旋绕组而成，该结构集成了共模电感和共模电容。但是由于材料以及制造工艺的限制，该LC单元存在受热后螺旋线圈会从陶瓷基板上弹出的问题，因此该种结构不能承受很大功率的能量，目前只能用于100W以下的场合。且该种结构的差模电容是通过在一个介电常数很高的陶瓷基板两侧喷镀对称单匝螺旋线圈而成，由于普通的陶瓷板难以拥有很高的介电常数，制作过程中采取用多个差模电容并联以实现目标的电容值，多个差模电容的并联会造成滤波器体积过大，不利于电力电子系统的小型化、模块化。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种用于大功率场合的平面EMI滤波器，该结构包括E型磁芯、第二差共模电容集成模块、第一电感线圈、第二电感线圈、第二差共模电容集成模块，其中差共模集成模块集成了差模电容和共模电容，电感线圈集成了共模电感和差模电感。由于差共模集成模块和电感线圈均可用于较高的功率场合使得该滤波器在大功率场合的应用得到保障。

[0005] 本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

[0006] 本发明提供一种用于大功率场合的平面EMI滤波器，包括E型磁芯、第一差共模电容集成模块、第一电感线圈 、第二电感线圈、第二差共模电容集成模块，其中E型磁芯上设有凸起件和盖板，所述凸起件和盖板之间依次设置第一差共模电容集成模块、第一电感线圈、第二电感线圈、第二差共模电容集成模块；所述第一差共模电容集成模块和第二差共模电容集成模块上均设有输入端口和输出端口，其中输入端口包括第一和第二输入端子，输出端口包括第一和第二输出端子；所述第一差共模电容集成模块的第一和第二输入端子均作为滤波器的输入端口，所述第一差共模电容集成模块的第一输出端子与第一电感线圈的输入端口连接，所述第一差共模电容集成模块的第二输出端子与第二电感线圈的输入端口连接；所述第一电感线圈的输出端口与第二差共模电容集成模块的第一输入端子连接；所述第二电感线圈的输出端口与第二差共模电容集成模块的第二输入端子连接；所述第二差共模电容集成模块的第一和第二输出端子均作为滤波器的输出端口。

[0007] 作为本发明的一种优选技术方案：所述第一电感线圈和第二电感线圈均由两个跑道型线圈和跑道型基板构成，所述两个跑道型线圈分别设置在跑道型基板的两侧。

[0008] 作为本发明的一种优选技术方案：所述第一差共模电容集成模块和第二差共模电容集成模块均包括依次设置的第一共模衰减器、第一U形铜条、差模衰减器、第二U形铜条、第二共模衰减器，其中所述第一U形铜条与第二U形铜条形状相同且彼此呈平行投影设置，所述第一共模衰减器与第一U形铜条的直臂相对应设置在第一U形铜条的一侧；所述第二共模衰减器与第二U形铜条的直臂相对应设置在第二U形铜条的一侧；所述差模衰减器分别与第一、第二U形铜条的直臂相对应设置在第一U形铜条另一侧、第二U形铜条的另一侧之间。

[0009] 作为本发明的一种优选技术方案：所述第一共模衰减器和第二共模衰减器均是在矩形陶瓷板N1250两侧喷镀对称的矩形镍层而成。

[0010] 作为本发明的一种优选技术方案：所述差模衰减器是在矩形陶瓷板BaTiO3两侧喷镀对称的矩形镍层而成。

[0011] 本发明采用上述技术方案能产生如下技术效果：

[0012] 本发明提供的用于大功率场合的平面EMI滤波器，其中差共模集成模块集成了差模电容和共模电容，电感线圈集成了共模电感和差模电感。且差共模集成模块的U形铜条传输功率能量，而铜条的载流能力强、能够承受的电压等级高，该结构可以用于大功率场合。差共模集成模块以铜条传输功率能量，铜条的截面积较大使得该结构的散热性能好。电感线圈由普通的PCB线圈构成，一定宽度的PCB线圈可以承受较大的电流以及较高的电压，同样可以实现在大功率场合的应用。由于差共模集成模块和电感线圈均可用于较高的功率场合使得该滤波器在大功率场合的应用得到保障。

附图说明

[0013] 图1为本发明的一种用于大功率场合的平面EMI滤波器的结构示意图。

[0014] 图2为本发明的差共模电容集成模块的结构示意图。

[0015] 图3为本发明的电感线圈集成模块的结构示意图。

[0016] 图4为本发明的等效的电气原理图。

[0017] 其中标号解释：201-E型磁芯，201a-E型磁芯的盖板，202-第一差共模电容集成模块，203-第一电感线圈，204-第二电感线圈，205-第二差共模电容集成模块，206-第一共模衰减器，207-第一U形铜条，208-差模衰减器，209-第二U形铜条，210--第二共模衰减器，211-跑道型线圈，212-跑道型基板。

具体实施方式

[0018] 下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

[0019] 如图1所示，本发明设计了一种用于大功率场合的平面EMI滤波器，包括E型磁芯201、第一差共模电容集成模块202、第一电感线圈203、第二电感线圈204、第二差共模电容集成模块205，其中E型磁芯201上设有凸起件和盖板201a，所述凸起件和盖板201a之间依次设置第一差共模电容集成模块 202、第一电感线圈 203、第二电感线圈 204、第二差共模电容集成模块205；所述第一差共模电容集成模块 202和第二差共模电容集成模块205上均设有输入端口和输出端口，其中输入端口包括第一和第二输入端子，输出端口包括第一和第二输出端子；所述第一差共模电容集成模块 202的第一和第二输入端子均作为滤波器的输入端口，所述第一差共模电容集成模块 202的第一输出端子与第一电感线圈 203的输入端口连接，所述第一差共模电容集成模块 202的第二输出端子与第二电感线圈 204的输入端口连接；所述第一电感线圈 203的输出端口与第二差共模电容集成模块205的第一输入端子连接；所述第二电感线圈 204的输出端口与第二差共模电容集成模块205的第二输入端子连接；所述第二差共模电容集成模块205的第一和第二输出端子均作为滤波器的输出端口。

[0020] 如图3所示，第一电感线圈203和第二电感线圈204均由两个跑道型线圈211和跑道型基板212构成，所述两个跑道型线圈分别设置在跑道型基板212的两侧。而如图2所示，第一差共模电容集成模块 202和第二差共模电容集成模块205均包括依次设置的第一共模衰减器206、第一U形铜条207、差模衰减器208、第二U形铜条209、第二共模衰减器210，其中所述第一U形铜条207与第二U形铜条209形状相同且彼此呈平行投影设置，所述第一共模衰减器206与第一U形铜条207的直臂相对应设置在第一U形铜条207的一侧；所述第二共模衰减器210 与第二U形铜条209的直臂相对应设置在第二U形铜条209 的一侧；所述差模衰减器208分别与第一、第二U形铜条的直臂相对应设置在第一U形铜条207另一侧、第二U形铜条209的另一侧之间。其中，第一共模衰减器206和第二共模衰减器210均是在矩形陶瓷板N1250两侧喷镀对称的矩形镍层而成，而差模衰减器208是在矩形陶瓷板BaTiO3两侧喷镀对称的矩形镍层而成。

[0021] 该滤波器以第一差共模集成模块202的输入端口作为滤波器的输入端口，从第一差共模集成模块202的输入端口输出后，第一输入端子接入第一电感线圈203的输入端口且第二输入端子接入第二电感线圈204的输入端口，第一电感线圈203和第二电感线圈204的输出端口分别接入第二差共模电容集成模块205的两个输入端子，第二差共模电容集成模块205的输出端口作为整个滤波器的输出端口。第一差共模电容集成模块202和第二差共模电容集成模块205的共模衰减器分别接地。

[0022] 该平面滤波器中差共模电容集成模块集成了差模电容和共模电容，电感线圈集成了差模电感和共模电感，其中差模电感通过共模电感的漏感实现，通过上述的连接方式整个滤波器相当于由分立元件构成的典型的EMI滤波器，如图4，第一差共模电容集成模块202集成了图4中的CY1、CX1，第一电感线圈203集成了LCM1、LDM1，第二电感线圈204集成了LCM2、LDM2，第二差共模电容集成模块205集成了CY2、CX2。由于结构的对称性，CY1= CY2，CX1= CX2，LCM1= LCM2，LDM1=LDM2。

[0023] 第一差共模电容集成模块202和第二差共模电容集成模块205中的共模衰减器是在矩形陶瓷板N1250两侧喷镀对称的矩形镍层而成，其集成的共模电容值：

[0024]

[0025] 其中 是空气的介电常数， 是共模衰减器中陶瓷板N1250的介电常数， 是共模衰减器中陶瓷板的厚度， 是共模衰减其中镍层的面积。

[0026] 第一差共模电容集成模块202和第二差共模电容集成模块205中的差模衰减器是在矩形陶瓷板BaTiO3两侧喷镀对称的矩形镍层而成，其集成的差模电容值：

[0027]

[0028] 其中， 是空气的介电常数， 是差模衰减器中陶瓷板BaTiO3的介电常数， 是镍层的面积， 是差模衰减器中陶瓷板的厚度。

[0029] 第一电感线圈203集成了LCM1、LDM1，第二电感线圈204集成了LCM2、LDM2：

[0030]

[0031] le 和Ae为有效磁路长度和面积，μr是磁芯的相对磁导率，真空的磁导率-7μ0=4π×10 H/m，N 为电感线圈的匝数。

[0032] 因此，本发明的差共模集成模块集成了差模电容和共模电容，电感线圈集成了共模电感和差模电感。由于差共模集成模块和电感线圈均可用于较高的功率场合使得该滤波器在大功率场合的应用得到保障。