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。     

一种新型的平面无源集成EMI滤波器结构

为了减小电磁干扰(EMI)滤波器的体积,提高开关电源的功率密度,提出一种堆积式交错并联平面无源集成EMI滤波器结构,将滤波器的共模电感、差模电感、共模电容和差模电容集成为一个单元模块,解决了现有结构难于集成大电容的问题,减小了集成电容的等效串联电阻(ESR)和等效串联电感(ESL);在考虑共模电感的等效并联电容(EPC)和共模电容的ESL以及它们的ESR情况下,建立了平面无源集成EMI滤波器的高频共模等效电路模型;利用二端口网络的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,以及高频模型和插损公式的正确性。     

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...     

计及寄生参数效应的铁氧体共模扼流圈二端口网络的建立

共模扼流圈的寄生参数在高频时对滤波器的性能有重要影响,准确建立其对应的差模和共模二端口模型对设计电磁兼容滤波器以及改善其性能具有重要意义。对差模电路,通过建立静电场模型并计算匝间部分电容可得到等效寄生电容,进而获得二端口内各支路的电容参数;测量其谐振频率,可得到差模漏电感。对共模电路,通过建立时谐磁场模型,采用类比有限元法可求解磁心等效电感和电阻;测量其谐振频率,可得到考虑环境因素后的寄生电容。测量扼流圈二端口在输入、输出匹配状态下的散射参数,间接得到滤波器差、共模电路对应的二端口网络各支路的阻抗或导纳。散射参数法的测试与"谐振频率+有限元法"建立的阻抗取得较好的一致,说明模型的准确性和测试方法的合理性。     

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。     

环形平面EMI滤波器差模电感的提取与实现

平面EMI滤波器是电力电子系统小型化、模块化和集成化的一条有效途径,其差模电感是由两个具有对称结构的共模电感产生的漏感实现。作为抑制EMI差模传导干扰噪声的重要部件,差模电感必须得到精确计算和设计。本文求解了应用于环形平面EMI滤波器中共模电感之间漏感计算的解析表达式,建立了漏感提取的数值计算模型,并通过计算与测量结果将两种方法进行了比较。在此基础上,分析了共模电感绕组主要结构尺寸对漏感值的影响,总结了设计中调整漏感值的途径。本文实现了该类漏感结构,实验结果说明建立的数值模型的精确性,调整漏感值措施的可行性,为平面滤波器差模电感的实现提供有益指导。     

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。     

基于覆铜箔层压板的无源集成EMI滤波器设计

一种基于CCL交错并联的平面无源集成EMI滤波器结构,运用此结构可将共模电感,差模电感,共模电容集成为一个元件;相比传统EMI滤波器,集成的EMI滤波器实现了电容等效串联电感的最小化。给出了相关参数的计算,仿真集成EMI滤波器和传统EMI滤波器的共模插入损耗。最后制作了实验样机并得出了实验结果,验证了所提结构的正确性与可行性。     

一种双磁芯差共模电感集成EMI滤波器

滤波电感集成是减小EMI滤波器体积的重要方法之一。在此提出了一种双磁芯差共模电感集成的EMI滤波器结构,分析了共模与差模电感的集成原理,利用磁路分析推导了集成共模与差模电感计算公式,给出了差共模集成电感的设计方法,并分析了磁芯磁阻不平衡对差共模电感的影响,给出了磁阻不平衡应满足的范围。利用二端口模型建立了差共模电感二端口等效电路,并利用A参数矩阵推导了集成EMI滤波器插入损耗。利用有限元分析提取了差共模电感的高频参数,并与实验样机测试结果进行了对比,结果表明有限元分析法获取的参数可以用于理论分析。利用频谱分析仪测试了集成EMI滤波器样机插入损耗测试曲线,测试曲线与计算和仿真曲线对比结果表明,二端口建模理论分析的正确性与二端口等效电路的准确性。     

直流电网挂接单个三相逆变器的差模传导干扰

为研究挂接单个三相逆变器的直流电网的差模传导干扰,分析了干扰源和耦合路径并建立了差模传导干扰的频域等效电路,在10 kHz~30 MHz频率范围内分析了实验测得的相关器件参数。结果表明计算得到的差模传导干扰频谱和实测频谱一致,证明提出的差模传导干扰频域等效电路及其分析的正确性。研究阻性和感性负载变化下的差模传导干扰所得结论在实测和计算下基本一致。     

利用耦合电感改善EMI电源滤波器高频幅频特性的研究

高频开关电源的传导性电磁干扰EMI（ElectroMagnetic Interference）是电力电子装置应用的主要障碍之一,EMI电源滤波器能有效抑制其干扰传导。在高频状态下．EMI电源滤波器的电容器和电感器所带有的等效寄生参数会影响EMI高频性能,基于此提出了利用高频元器件的等效寄生参数间的互感耦合改善滤波器高频性能的措施,考虑了差模电感与电容器的寄生串联电感之间存在互感耦合以及2个串联支路的串联电感之间存在耦合电感2种情况。在分析带有寄生参数的差模等效电路的基础上,进行了仿真研究。结果表明,利用寄生参数的互感耦合使得EMI电源滤波器的高频性能有所改善。     

电动汽车永磁同步电机分布参数提取研究

电动汽车驱动系统通常由电池组、逆变器以及永磁同步电机构成。由于逆变器中功率半导体器件高频地开关,驱动系统会产生电磁干扰EMI（electromagnetic interference）。永磁同步电机为共模电磁干扰和差模电磁干扰提供了传播路径,其寄生参数增强了电磁干扰,因此它是电动汽车驱动系统EMI模型的重要组成部分。在分析电机物理结构的基础上,基于永磁同步电机的集总参数模型,将模型中的电路元件与电机寄生参数联系起来;然后通过理论计算和有限元仿真分析相结合的方法,提出了绕组电感、相间互感、寄生电容、铜耗电阻和铁损电阻的获取方法,并通过实验测量验证了理论计算方法的正确性。基于所提参数提取方法,得到了集总参数模型参数,通过仿真和网络分析仪实验测量进行了所提方法的验证。     

AC/DC变换器传导EMI实验分析

开关电源传导EMI问题一直都备受关注,目前国内外的研究主要还是定性研究,而定量的分析可以更加准确细致的找出传导EMI形成的机理。针对两种典型工作状态下的AC/DC变换器,测试得到了其传导EMI的频域波形,MOSFET漏极与源极间电压波形以及提取了电路中的主要寄生参数,通过对比与定量的分析计算,找出了其传导EMI几处重要峰值形成的原因。最后得出了变压器原边与副边漏感、MOSFET源极与漏极间寄生电容以及MOSFET与散热片之间的寄生电容,是影响开关电源的传导EMI的重要因素。在开关器件导通或者关断时,开关电源的工作状态发生改变,此时漏感或者器件的寄生电容中的剩余能量会引起高频振荡,进而引起了传导EMI尖峰。     

磁阻旋转变压器位置检测的电磁干扰抑制方法

由于航空发动机用高速起动发电机电感低、频率高,控制器对起动发电机进行控制时会对磁阻旋转变压变压器产生干扰.为保证良好的位置检测,需对电磁干扰进行抑制.通过对磁阻旋转变压器的磁场耦合和电场耦合电磁干扰的分析,确定了减小旋转变压器绕组匝数的磁场耦合干扰抑制策略,和在磁阻旋转变压器输出参考地与机壳地间添加电容的电场耦合抑制策...     

圆环线匝构成的平面共模EMI滤波器的特性研究

平面LC线圈是组成平面EMI滤波器的基本单元,其匝间寄生电容及所用磁心磁导率的非线性对滤波器的高频性能有重要影响。本文首次提出环形平面LC线圈结构,并对矩形和环形平面LC线圈进行了3D有限元仿真,通过对比其特性确定了环形LC线圈作为组成EMI滤波器的基本组成单元,并基于该结构实现了平面共模EMI滤波器。考虑了匝间寄生电容、相邻导体间的互感及有效磁导率的非线性,建立了环形LC线圈的等效集中参数电路,利用节点电压法求解了当其连接成低通滤波器时的插入损耗。基于环形平面LC线圈设计了一台平面共模滤波器样机,计算与实验对比显示,匝间寄生电容和磁导率的非线性对滤波器的高频性能有重要影响。     

基于“负参数”理论的EMI滤波器寄生参数的双重消除

EMI滤波器是抑制传导电磁干扰的有效器件,但分立元件的自有寄生参数对其高频段性能有重要影响。本文利用两个同侧耦合电感器等效出"负电感"和在电感器中心处连接电容器等效出"负电容"的方法,消除滤波器中的寄生电感和寄生电容。为有效控制二次寄生参数对消除效果的影响,设计了一种新型平面"消除器"和双线并绕串联结构的电感器,其中前者为上、下交错排列的PCB导线构成的圆形线圈,采用3D有限元法计算了两交错线圈的互感,为设计该类消除器提供了一种数值计算方法;后者通过高耦合度的线圈中间节点与地之间接一4倍于寄生电容的电容器,可有效消除电感器的一次及二次寄生电容。将此类具有消除器的元件应用于EMI共模滤波器,以此消除对应的寄生参数,实验表明滤波器的高频性能得到了明显改善。     

EMI滤波器性能影响因素的仿真研究

为了解EMI滤波器性能的影响因素及其具体影响,以滤波器的插入损耗为研究对象,建立了电容和电感的高频等效电路模型,研究了滤波器电容和电感的分布参数、源端和负载端阻抗及滤波器级数对插入损耗的影响,结果表明:电容和电感的分布参数降低了滤波器的整体滤波效果,电容的分布电感主要影响电容支路谐振点之后的高频段部分的滤波性能,电感的分布电容值的改变没有明显改变插入损耗的值;滤波器源端匹配低阻抗时滤波性能较好,滤波器负载端匹配高阻抗时滤波性能较好;滤波器级数每增加一级,插入损耗值增加量约为一个单级时的值,但谐振点没有改变.本文的结论对于EMI滤波器的设计有一定参考价值.     

大容量光伏逆变器LCL滤波器参数优化设计

对于大容量联网光伏逆变器系统,其配置的LCL滤波器总电感量大小直接关系到系统的尺寸和成本。为此,提出了一种根据滤波性能要求,使总电感量最小的LCL参数优化设计方法。该方法以电容支路消耗无功大小,注入电网谐波电流与对应频次谐波电压幅度比作为滤波器性能考核参数。通过引入电容支路与网侧电感支路对高频谐波电流的分流比参数,建立了总电感量与主要设计参数之间的函数关系,给出了总电感量最小的参数条件及其求解方法。设计算例及仿真结果验证了所提出设计方法的实用性与有效性。