椭圆形平面无源集成EMI滤波器的特性研究

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电磁干扰EMI(electromagnetic interference)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。     

基于环形“感容”集成结构单元的平面EMI滤波器设计理论及实施

平面EMI滤波器以其体积小、高频性能好等优点在电力电子领域有较好的应用前景,然而目前尚未形成一个完整的理论体系用于指导该类滤波器的设计。本文首次提出一种圆环形"感容"集成结构(LC单元),以其作为平面EMI滤波器的基本组成单元;提出一种广义弧形传输线理论,基于该理论建立了LC单元的分布参数模型,利用模量转换法将LC单元等效为二端口网络;利用有限元法提取了LC单元线匝间的电磁参数,为准确研究该单元以及滤波器的电磁特性奠定了基础;详细阐述了整个平面EMI滤波器的设计流程及实施过程,并给出了相关结构尺寸初始值的经验取值。根据具体技术指标设计了若干基于LC单元的平面EMI滤波器,对其共模插入损耗特性进行了理论计算与测量,验证了设计理论的可行性。     

应用于平面EMI滤波器集成LC元件寄生电容的提取

为有效预估和分析平面EMI滤波器的高频特性,必须考虑平面电感的寄生电容对滤波器高频性能的影响.本文分别建立了应用于平面EMI滤波器集成LC元件的2D和3D有限元静电场模型来计算各匝间的寄生电容,由此得到PCB导线组成的多匝平面绕组的集总参数模型,进一步得到平面绕组的等效并联电容.讨论了介电常数对匝间电容的影响,并分析了...     

PCB导线分裂技术在平面EMI滤波器中的应用

EMI滤波器以其抑制开关电源中传导电磁干扰的有效性而得到越来越多的重视。相比于分立元件构成的滤波器,平面EMI滤波器拥有整体体积小、高频性能好等优点。然而,该类滤波器对电感的等效并联电容(EPC)和等效串联电阻(ESR)有其特殊要求。本文基于EMI滤波器的基本原理,分析其PCB导线截面设计对共模电感工作性能的影响;在现有技术条件下,提出一种基于分股并联结构的平面集成LC单元;分析了分股并联结构LC单元共模电感部分的EPC和ESR特性,并与单股导线结构的对应性能进行了比较。     

平面集成滤波器LC单元的阻抗特性

集成LC结构利用电感箔式绕组层间分布电容实现了电感与电容的集成,是构成平面磁集成EMI滤波器的基本单元,建立该单元的高频模型为准确评估EMI滤波器的高频特性具有重要意义。本文讨论了传输线结构在电路中两种不同连接方式下电场和磁场的分布情况,分析了其等效电路。基于广义传输线理论建立了集成LC线圈的高频模型,将其看作一个二端口网络,利用模量转换法推导了阻抗矩阵。计算了模型中单位长度的电磁参数,最后分别将集成LC线圈连接成串联谐振和并联谐振结构,在有磁芯和无磁芯两种情况下测量出其阻抗特性,与计算值进行了比较,验证了模型的准确性。     

频率对平面滤波器LC单元电磁参数的影响

集成LC单元结构是对平面磁集成技术的应用,其电磁参数由R,L,C,G组成。确立LC单元电磁参数随频率变化特点对于精确建模和分析集成LC单元高频特性有重要意义。基于广义弧线传输线模型建立了环形集成LC线圈的高频模型,推导了以电磁参数为关键分量的矩阵方程。采用ANSYS有限元分析工具,对3匝环形LC单元建立模型,算例仿真,得到不同频率下各电磁参数的数值分布。通过对仿真结果分析,获得了一些有益的结论。     

差共模噪声相互转化机理及在平面EMI滤波器设计中的应用

EMI滤波器是抑制传导干扰的重要元件。论文对差、共模混合噪声电路在"阻抗失配"的基础上,可以分离为两部分独立的等效通道。对两个通道各自加载差模和共模噪声,求解电路网络,在负载端可以得到差、共模干扰噪声。由此,可以得到由于支路阻抗的不对称而引起的差、共模噪声之间的相互转化。基于环形结构的平面EMI滤波器是本课题组提出的一种新型结构,但是仍然存在对应支路阻抗不对称问题引起噪声相互转化的问题。为此,本文提出一种单面完全覆金属的"感容"集成模块(LC单元),与双面均为螺旋型LC单元进行比较表明,所提出的模块具有良好对称性,能更好地抑制平面滤波器差、共模噪声之间的相互转化。     

寄生参数效应的共模扼流圈集中参数建模

为分析传导EMI用共模扼流圈寄生参数的效应和预测EMI滤波器的高频特征,需要建立其寄生参数的模型,为此提出了基于阻抗测量实现共模扼流圈集中参数的建模方法,模型包括共模电感、漏感、绕组寄生电容等参数。基于阻抗测量,阐述求解寄生电容的基本原理;运用电路等效原理,将磁心的损耗等效为电阻的损耗,经适当简化,该电阻仅是频率的函数,将非线性的磁心损耗用一个与频率有关的电阻元件来等效,适合于电路的设计和仿真。最后通过样品实验,用所提出的方法建立了共模扼流圈的高频模型。     

构成平面EMI滤波器元件电磁参数的提取

平面型电磁干扰(electromagnetic interference,EMI)滤波器因其易于进行磁集成、寄生参数小、抗电磁干扰强等优点在航空领域具有很好的应用前景。论文提出一种以"圆环型"结构为基础的EMI共模、差模模块,其中,前者通过将"电感和电容"(LC单元)集成于一体构成,后者利用前者泄漏的磁场而形成的漏感和一个独立的差模电容器构成。提取这些模块单位长度的电磁参数是分析各模块甚至整个滤波器特性的基础。论文建立LC单元的轴对称静电场模型,提取各线匝之间的部分电容;建立LC单元线匝系统的时谐磁场模型,在计及线匝导体集肤效应、邻近效应、磁芯损耗的基础上,提取了各线匝电感、电阻;建立LC单元形成漏感的时谐场模型,并提取该漏感,该漏感即为差模电感;差模电容可以直接采用平行板的近似表达式求得。结合适当的边界条件,利用所建立模块的分布参数模型对其阻抗的频率特性进行了测试,验证了提取参数方法的正确性和数值的准确性。     

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

"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;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。     

铁氧体环形电感器寄生电容的提取

铁氧体电感器在较高频率时可等效为"电阻、电感"的串联支路与一寄生电容的并联,该电容的存在对电感器的高频性能有重要影响.建立铁氧体环形电感器2D平行平面场和3D静电场有限元模型,分别计算任意两线匝之间的杂散电容,由此得到其等效电容网络.若在电感器输入和输出线匝间加一单位电流,基于节点电压方程,则可求解得到电感器的容性集中参数——寄生电容.在假定该寄生电容与频率无关时,利用测试电感器的谐振频率,可得到该寄生电容.计算与实验对比显示,电感器的边缘效应在静电场的模型建立中占据非常重要的地位,即包括线匝杂散电容计算在内的静电场分析必须以3D模型进行.若仅考虑相邻3匝间的杂散电容,则电感器等效寄生电容值可达考虑所有线匝间杂散电容时寄生电容的95%以上,寄生电容与铁氧体磁心和导线绝缘材料的介电常数呈线性关系,且绝缘材料的介电常数对寄生电容的影响更大.     

60kV高频高压变压器分布参数的研究

在高压直流开关电源中,高压高频变压器是升压、传递能量和安全隔离的关键部件,其性能好坏将直接影响原边和副边电路运行。高频高压变压器的分布参数主要是漏感和分布电容。首先分析高压高频变压器分布电容产生的机理及规律,提出了四次级高压高频变压器的等效模型。然后采用解析法根据高压高频变压器的几何参数对其分布电容进行推导,并对比两种不同绕组连接方式下高压高频变压器的动态电容。最后设计一台60 kV高压高频变压器,并对其分布电容进行测试,结果与理论相符合。     

利用平面磁集成技术减小滤波器绕组间寄生电容的研究

由于由分立元器件组成的滤波器在高频状态下的寄生参数、绕组连接方式和布线等的影响,使得滤波器在高频时的性能变差,为了解决这一问题,本文提出一种平面磁集成LP滤波器结构,通过减少绕组间的分布电容来提高滤波器的高频幅-频性能,并在理论分析的基础上,用Saber仿真验证了这一结构的有效性。     

尖脉冲干扰滤波器设计的关键问题

提出了用磁芯电感器与穿心电容器相结合的尖脉冲干扰滤波器设计方案.论述了磁芯电感器滤波原理,给出并分析了该滤波器设计中的关键问题:采用LC滤波器,其中L为分布电容可以忽略的高磁导率磁芯电感器,C为寄生电感很小的穿心电容器;尖脉冲干扰滤波器放在低压电源滤波电解电容器之后;选择无气隙环形高磁导率铁氧体材料的磁芯;按所提出的计算方法确定线圈匝数和磁芯截面积.该方案能保证所设计的滤波器是经济、实用的.     

一种印制板罗氏线圈的结构参数和电磁参数影响研究

设计了一种具有单面线圈结构的印制板罗氏线圈,对其结构参数和电磁参数之间的相互影响以及它们对线圈动态特性的影响进行了研究,并归纳了影响其电磁参数和动态特性的重要因素。获得了所设计的具有单面线圈结构的印制板罗氏线圈的幅频特性和相频特性的试验曲线,利用它测量了脉冲功率源中的脉冲大电流。实验表明,所得出的有关分析和优选印制板罗氏线圈的结构参数和电磁参数的分析方法,对于快速设计具有合理结构、最优电磁参数和良好动态特性的印制板罗氏线圈,具有指导价值。