椭圆线匝构成的平面无源集成EMI滤波器的特性研究.docVIP

DOI：10.13234/j.issn.2095-2805. 中图分类号：TM 12 文献标志码：A 椭圆形平面无源集成EMI滤波器的特性研究 杨玉岗，陈晓静，靳明智 （辽宁工程技术大学电气与控制工程学院，葫芦岛 125105） 摘要：为了减小开关电源的体积，提高功率密度，提出一种椭圆形平面LC线圈结构的平面无源集成EMI（electromagnetic interference,电磁干扰）滤波器。通过对矩形、椭圆形平面LC线圈进行有限元仿真，对比其综合因素确定了椭圆形平面LC线圈作为EMI 滤波器的基本组成单元，并基于该结构实现了无源集成EMI 滤波器。在考虑共模电感的寄生电容和共模电容的寄生电感以及它们的等效电阻情况下，建立了平面无源集成 EMI 滤波器的高频等效电路模型；利用二端口网络A参数矩阵推导了插入损耗的计算公式。仿真和实验表明了该结构的有效性，以及高频模型和插入损耗公式的正确性。 关键字：EMI滤波器；高频等效电路；共模电感；插入损耗 Characteristics Research for Elliptic Planar Passive Integrated EMI Filter YANG Yugang ，CHEN Xiaojing，JIN Mingzhi （） By comparing the simulated results of these two coils, it can be seen that the elliptic planar LC coil may be used as the basic EMI filter unit, as well as planar passive EMI filter. The high-frequency common-mode equivalent circuit model is established taking into account the EPC of common-mode inductor and the ESL of common-mode capacitor and their ESR. The insertion loss formulas are deduced with “A” para- meter matrix of two-port network. The simulation and prototype experiment results are presented showing the effectiveness of the new integrated EMI filter structure and its high-frequency common-mode equivalent circuit model and insertion loss formulas. KEY WORDS:EMI filter；high-frequency equivalent circuit；common-inductance；insertion loss 引言 传统的EMI滤波器由分立器件构成，其元件数量多，体积大，功率密度小，容易产生寄生参数。随着现代电力电子设备小型化，模块化，平面化的 发展 ，文献[1-]实现了电感、电容等无源元件的集成，减少了无源元件的数量，提高了功率密度。目前，平面EMI滤波器主要有两种实现方法，一种是由文献[-4]提出的矩形平面LC单元线圈，主要是降低了滤波器的高度；另一种由文献[5]提出的柔性带材绕组，主要是减小了滤波器的占地面积，但不属于平面结构。两者均处于研究阶段，还未实现在功率电路中的应用。因此，平面EMI滤波器有着潜在的研究价值。 代表性的是矩形LC线圈平面磁集成EMI滤波器该平面滤波器有很多缺陷：矩形平面LC线圈结构导线拐角处呈直角，传导电流严重分布不均匀；磁通密度主要由磁芯内部的导体产生，外部导体周围的磁通密度几乎为零，导体利用率低。 针对上述提出一种椭圆形平面LC线圈结构。 1 两种LC线圈对比分析 为了研究平面LC线圈中的电流密度及电流产生的磁密分布情况，分别以矩形平面LC线圈和椭圆形平面LC线圈通过Maxwell3D仿真软件建立三维仿真模型。由于结构的相似性，只建立局部元件，并分析其特性。 LC线圈导体中电流密度分布情况如图1所示。 矩形LC线圈 （b） 椭圆形LC线圈 1 线圈PCB导体电流密度分布情况 Fig.1 Current density distribution in conductor of PCB coil 由图1（a，b），可以看出，在矩形线圈外施加1A的电流时，矩形线圈内角处电流密度比较大，外角处比较小，且由内而外减小；椭圆形线圈通入相同电