利用PCB线圈消除滤波电容器的寄生电感.doc

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1、第n期龚敏，等：环形“感容”单元的三参数功能集成模块及其在开关电源中的应用5环形“感容”单元的三参数集成滤波器模块及其在开关电源中的应用龚敏，王世山，宋峥江苏省新能源发电与电能变换重点实验室(南京航空航天大学)，江苏南京210016摘要：“电感”和“电容”的模块(简称“LC单元”)是组成EMI滤波器的核心元件，采用不同的连接方式可实现不同的参数集成。本文提出一种新型连接方式的LC单元，实现了共模电感、差模电感和差模电容的三参数集成。当通入共模(CM)电流时，由于上下线圈完全对称，对应线匝电位分布相同，则电容效应可忽略，LC单元可等效为两个平绕线圈

2、；当通入差模(DM)电流时，单位电感的感应电动势相互抵消为零，电感效应消失，LC单元等效为一个电容。本文在分析其耦合方式的基础上，给出了差、共模电流作用下的等效电路，并采用错位过孔连接技术完成EMI滤波器的连接，最终将其运用于小功率电源PFC电路中，通过实验验证其有效性和优越性。关键词：LC单元；差模电流；共模电流；小功率PFC电路中图分类号：TN713.4文献标识码：A第n期龚敏，等：环形“感容”单元的三参数功能集成模块及其在开关电源中的应用51引言平面EMI滤波器是消除电力电子系统传导电磁干扰的主要滤波器之一，以其体积小、集成度高具有较大的优

3、势。其核心部件是将“电感”和“电容”集成于一体的“LC单元”[1,2]，结合适当的连接方式，则可以组成完整的滤波器，对提高开关电源的工作性能有很好的参考意义。早期平面EMI滤波器的概念来源于弗吉尼亚理工大学(VirginiaTech)提出的矩形LC线圈[3]，该类滤波器适用于高度方向要求低的场合。且改进后的环形EMI滤波器，不但改善了导线内电流分布，也增强了抗外界电磁干扰的能力。但两种平面EMI滤波器共同之处是：其LC单元都是用于实现共模电感、差模电感和共模电容，而差模电容往往依赖外接大电容来实现。因此，多片LC单元串联产生足够共模电感的同时，很

4、大程度上减小了共模电容。收稿日期：2013-11-27基金项目：国家自然科学基金(51177071)；台达环境与教育基金会《电力电子科教发展计划》（DREK2013004）资助。作者简介：龚敏(1989-)，女，江苏籍，硕士研究生，研究方向为电力电子与电磁兼容；王世山(1967-)，男，陕西籍，博士，副教授，研究方向为电磁场数值计算与电力电子电磁兼容；宋峥(1991-)，男，江苏籍，硕士研究生，研究方向为电力电子与电磁兼容。与“平面型EMI滤波器”有异曲同工之处的是“柔性EMI滤波器”[4]，该类滤波器采用柔性介质材料完成了“感容”集成，其灵活的

5、连接方式为平面型EMI滤波器的制作具有很好的参考意义。文献[5]提出了几种滤波器的集成结构，第一种为共模电感、差模电感和共模电容的集成，主要侧重于共模电感的增大。这种集成方式是集成EMI滤波器中最常用的一种，其实现需要两个薄膜绕制线圈，滤波器体积较大，不利于小型化的实现；第二种集成参数与第一种类似，区别仅在于两个基本单元的绕向，更有利于差模电感的增加。以上两种集成方式差模电容由外部分立电容实现，可取较大值有利于差模干扰的消除；第三种为共模电感、差模电感和差模电容的集成，该方式仅需一个单元就可实现，连接方便，且有利于共模噪声的抑制。但由于差模电容参

6、与集成，对大电容材料提出严苛的要求。相对于柔性多层带材的滤波器，硬质陶瓷材料能很好的改善差模电容不足问题，将第三种结构运用于环形滤波器中，有利于改善滤波效果，提高功率密度。鉴于如上原因，本文基于环形LC单元，通过适当连接方式实现“差模电容”、“共模电感”和“差模电感”的集成，本文称之为“三参数功能模块”，并探索该类新型模块化的参数组合特性，并将其置于阻抗匹配的小功率变换系统中进行实验验证。2三参数元件(LCM、LDM、CDM)的集成原理2.1环形感容单元(LC)(a)环形LC单元(b)LC单元的串联(a)annularLCunit(b)serie

7、sconnectionofLCunit图1环形LC单元Fig.1AnnularLCunit第n期龚敏，等：环形“感容”单元的三参数功能集成模块及其在开关电源中的应用5LC单元是组成环形EMI滤波器的基本单元[6]，如图1所示，其结构是在高介电常数的陶瓷板两侧镀上均匀的螺旋线，一般有两种结构：正反面螺旋方向相同和正反面螺旋方向相反，采用何种结构根据具体连接要求和实现功能而定。由于环形EMI滤波器旋转任意角度均对称，单元之间的连接可以通过“过孔”实现交错并联[7]，从而不影响其平面性，实现无缝连接。同时，可通过某一单元的多片交错连接增加电感、电容值，

8、使其达到滤波要求。1.1“共模电感”LCM+“差模电容”CDM的形成LC单元中，每一部分的电感之间都存在着耦合。当通入共模电流时，电流分