一种用于平面EMI滤波器的平面集成EMI扼流圈

摘要

本发明涉及一种用于平面EMI滤波器的平面集成EMI扼流圈，由一对EDT磁芯、一对I型磁芯两两相对组成的外磁环，以及设置在所述EDT磁芯与I型磁芯之间的内磁环；其中所述内磁环包括彼此相对设置、且两端均为对称环形的两个PCB板，PCB板的基板两端的环形部均设置有环形通孔，在每个EDT磁芯的内壁上分别设置有一个突出件，该突出件依次贯穿于与其相对的两个PCB板上的环形通孔。本发明用两个磁导率不同的磁芯实现了差模电感与共模电感的集成，并且实现了差、共模电感的独立调节，有效增大差模电感的同时不影响共模电感特性，所需元件较分立的也少，加工简单。该集成结构阻抗对称性较分立的也占优势，有效防止差、共模噪声的转换，滤波效果好。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于平面EMI滤波器的平面集成EMI扼流圈。

背景技术

目前电力电子系统内电磁干扰以传导干扰为主，EMI滤波器是抑制该类干扰的有效手段。差模和共模扼流圈是占用整个EMI滤波器体积以及重量最大的元部件，扼流圈的集成是符合电力电子系统小型化、集成化的发展趋势。通过查阅相关文献我们发现，分立元件扼流圈的集成主要分为两种：一是辽宁工程科技大学的杨玉岗教授提出的选用一高磁导率大磁环外加两个低磁导率小磁环的扼流圈集成方式，差模激励下，大磁环磁芯内磁通相互抵消，小磁环为磁通提供通路增大了差模电感；共模激励下，由于小磁环磁导率较低，主磁通在大磁环内相互加强，产生较大的共模电感，但该集成结构仍需要三个环形磁芯，相对于分立的并无减少，且磁芯窗口利用率太低；二是CPES采用一种新型绕制方法，仅用两个磁导率不同的磁芯便实现了扼流圈集成，差、共模电感可独立调节，但绕法复杂，寄生容也明显增大。弗吉尼亚理工大学的Rengang Chen针对平面型滤波器提出了一种扼流圈平面磁集成结构，并利用共模电感的漏感实现差模电感，漏感层的插入可增大差模电感，但同时也减弱了共模电感，且差模电感不易调节。

发明内容

针对以上问题，本发明提出一种用于平面EMI滤波器的平面集成EMI扼流圈， EMI扼流圈平面集成新结构，该平面磁集成扼流圈在实现了差、共模电感的集成，且有效增大差模电感的同时不影响共模电感特性，所需元件较分立的也少，加工简单。

本发明为解决上述技术问题，采用如下技术方案：

一种用于平面EMI滤波器的平面集成EMI扼流圈，包括由一对EDT磁芯、一对I型磁芯两两相对组成的外磁环，以及设置在所述EDT磁芯与I型磁芯之间的内磁环；其中所述内磁环包括彼此相对设置、且两端均为对称环形的第一、第二PCB板，所述第一、第二PCB板均由基板、覆盖在基板上的线圈组成，且第一、第二PCB板的基板两端的环形部均设置有环形通孔；在每个EDT磁芯的内壁上分别设置有一个突出件，该突出件依次贯穿于与其相对的第一、第二PCB板上的环形通孔；其中，所述第一PCB板的基板上覆盖的线圈是分别沿第一PCB板两端的两个环形通孔的圆周螺旋绕置，形成双环形螺旋线圈；其线圈具有第一端口A与第二端口C；所述第二PCB板的基板上覆盖的线圈是沿第二PCB板两端的两个环形通孔的外周相连所形成的通道绕置，形成跑道型线圈；其线圈具有第一端口B与第二端口D；

所述EMI扼流圈分别以所述双环形螺旋线圈的第一端口A、跑道型线圈的第一端口B作为EMI扼流圈的输入端口，以所述双环形螺旋线圈的第二端口C、跑道型线圈的第二端口D作为EMI扼流圈的输出端口；

当EMI扼流圈流过共模电流时，外磁环中产生的磁通相互加强，内磁环产生的磁通相互抵消；当EMI扼流圈流过差模电流时，外磁环中产生磁通相互抵消，内磁环产生的磁通相互加强。

作为本发明的一种优选技术方案：所述两两相对设置的EDT磁芯和I型磁芯之间垫有隔片。

作为本发明的一种优选技术方案：所述隔片为纸片或塑料片。

作为本发明的一种优选技术方案：所述双环形螺旋线圈的两个环形螺旋线圈的线圈匝数、跑道型线圈的线圈匝数一致。

作为本发明的一种优选技术方案：所述第一、第二PCB板上覆盖的线圈均为铜箔线圈。

作为本发明的一种优选技术方案：所述第一、第二PCB板的基板采用环氧树脂材料。

作为本发明的一种优选技术方案：所述EMI扼流圈的外磁环的导磁率大于内磁环的导磁率。

如上所述，本发明提出一种用于平面EMI滤波器的平面集成EMI扼流圈，该平面集成EMI扼流圈用两个磁导率不同的磁芯实现了差模电感与共模电感的集成并且实现了差、共模电感的独立调节，且有效增大差模电感的同时不影响共模电感特性，所需元件较分立的也少，加工简单。该集成结构阻抗对称性较分立的也占优势，有效防止差、共模噪声的转换，滤波效果好。

附图说明

图1是本发明设计的EMI扼流圈平面集成的结构示意图。

图2 是本发明设计的第一PCB板的结构示意图。

图3 是本发明设计的第二PCB板的结构示意图。

图4A是本发明设计的共模电流下的磁通耦合示意图。

图4B是本发明设计的差模电流下的磁通耦合示意图。

图5 是本发明设计的集成扼流圈的等效电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

如图1、图2及图3所示，本发明为包括由一对EDT磁芯、一对I型磁芯两两相对组成的外磁环，以及设置在所述EDT磁芯与I型磁芯之间的内磁环；其中所述内磁环包括彼此相对设置、且两端均为对称环形的第一、第二PCB板，所述第一、第二PCB板均由基板、覆盖在基板上的线圈组成，且第一、第二PCB板的基板两端的环形部均设置有环形通孔；在每个EDT磁芯的内壁上分别设置有一个突出件，该突出件依次贯穿于与其相对的第一、第二PCB板上的环形通孔；

其中，所述第一PCB板203的基板上覆盖的线圈是分别沿第一PCB板203两端的两个环形通孔的圆周螺旋绕置，形成双环形螺旋线圈207；其线圈具有第一端口A与第二端口C；所述第二PCB板204的基板上覆盖的线圈是沿第二PCB板204两端的两个环形通孔的外周相连所形成的通道绕置，形成跑道型线圈209；其线圈具有第一端口B与第二端口D；所述EMI扼流圈分别以所述双环形螺旋线圈的第一端口A、跑道型线圈的第一端口B作为EMI扼流圈的输入端口，以所述双环形螺旋线圈的第二端口C、跑道型线圈的第二端口D作为EMI扼流圈的输出端口；当EMI扼流圈流过共模电流时，外磁环中产生的磁通相互加强，内磁环产生的磁通相互抵消；当EMI扼流圈流过差模电流时，外磁环中产生磁通相互抵消，内磁环产生的磁通相互加强。

如图2和图3所示，第一PCB板203由连接在一起的双螺旋线圈207和环氧树脂208构成，该PCB板以环氧树脂为基板，在环氧树脂的上层覆有双螺旋线圈，环氧树脂的底层不做改变。第二PCB板204由跑道型铜箔线圈209和环氧树脂210构成，该PCB板以环氧树脂为基板，在环氧树脂的上层覆有跑道型铜箔线圈，环氧树脂的底层不做改变。通过在两两相对的EDT磁芯和I型磁芯之间垫有隔片，以降低磁导率，如在第一EDT磁芯201和第一I型磁芯205之间垫有隔片，以降低第一EDT磁芯201的磁导率，在第二ETD磁芯202和第二I型磁芯206之间垫有隔片，以降低第二ETD磁芯202的磁导率。其中，隔片可以为和空气磁导率近似的物质，如低磁导率的纸片或塑料片或其他片层。

为方便磁路分析，本发明将两个ETD磁芯等效成磁导率高低不一的两个磁环，外磁环磁导率高，内磁环低。如图4A所示，当集成扼流圈流过共模电流时，外磁环中产生磁通Φ_{H_CM1}和Φ_{H_CM2}，相互加强；内磁环产生磁通Φ_{L_CM1}和Φ_{L_CM2}，相互抵消，暂不考虑漏磁通。当线圈匝数一致时，则有：

如图4B所示，当集成扼流圈流过差模电流时，外磁环中产生磁通Φ_{H_DM1}和Φ_{H_DM2}，相互抵消；内磁环产生磁通Φ_{L_DM1}和Φ_{L_DM2}，相互加强。当线圈匝数一致时，则有：

由上述分析可知，该集成结构扼流圈的差、共模电感值可由以下公式近似给定：

其中，N为线圈匝数，A为磁芯有效截面积，l为平均磁路长度，μ₀为空气磁导率，μ_r-H为第二ETD磁芯202的磁导率，μ_r-L为E第一ETD磁芯201的磁导率，该磁导率通过在ETD磁芯和I型磁芯间垫隔片降低了磁导率。通过调节μ_r-L从而可以独立调节差模电感量L_DM同时共模电感量L_CM不受其影响。该集成扼流圈的等效电路如图5所示。

本发明由南京航空航天大学研究生创新基地(实验室)开放基金资助。上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。