一種基于平面型耦合電感的3-d全集成emi濾波器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種基于平面型耦合電感的3-D全集成EMI濾波器，包括平面磁芯，共模電容層，差模電容層和上下、兩層結(jié)構(gòu)的繞組層以及繞在繞組層的繞層。平面磁芯磁芯、共模電容層，差模電容層和繞組層上分別打有兩排穿孔，通過兩個(gè)繞組依次穿過相鄰對(duì)角線上的穿孔，構(gòu)成耦合電感。本發(fā)明的平面型結(jié)構(gòu)易于集成，體積小，增大了功率密度；易于自動(dòng)化生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率，保證寄生參數(shù)的一致性。
【專利說明】—種基于平面型耦合電感的3-D全集成EMI濾波器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電子設(shè)備，尤其涉及一種平面型耦合電感的3-D全集成EMI濾波器。
【背景技術(shù)】
[0002]模塊化，小型化，高功率密度是現(xiàn)在電力電子設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)。一方面要求盡量減小電力電子設(shè)備中的每個(gè)元件的體積，另一方面針對(duì)嚴(yán)重的電磁干擾EMI (電磁干擾，Electromagnetic Interference)問題,對(duì)EMI濾波器的性能也要求越來越高。
[0003]傳統(tǒng)分立型EMI濾波器，包括共模電感，共模電容和差模電容等。由于元件數(shù)量多，體積大，造成其空間利用率低。同時(shí)，對(duì)于傳統(tǒng)的采用環(huán)形磁芯的共模電感，往往需要人工繞制，無法機(jī)械化生產(chǎn)，這嚴(yán)重降低的生成效率，增加了生產(chǎn)成本，人工繞制也造成了寄生參數(shù)的不可控性。
[0004]平面集成LC結(jié)構(gòu)是構(gòu)成平面磁集成EMI濾波器的基本單元，弗吉尼亞理工大學(xué)的Renggang Chen提出了能應(yīng)用于開關(guān)電源系統(tǒng)的平面EMI濾波器(圖1),如圖1所示，該濾波器采用平面EI磁芯(100，106)，由共模集成LC結(jié)構(gòu)(102，104)，差模電容(101，105)及漏感層(103)組成，該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了 EMI濾波器的平面集成結(jié)構(gòu)，減小了體積，提高了功率密度。但是由于平面集成LC結(jié)構(gòu)以質(zhì)地較脆的陶瓷板為基板制成，磁芯外部由于沒有磁芯保護(hù)而容易斷裂，在實(shí)際應(yīng)用中不易進(jìn)行安裝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提出一種平面型耦合電感的3-D全集成EMI濾波器，可機(jī)械化生產(chǎn)基于平面型耦合電感的3-D集成EMI濾波器，從而減小了其體積，增大功率密度，提高了生產(chǎn)效率。
[0006]本發(fā)明具體是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
一種基于平面型耦合電感的3-D全集成EMI濾波器，包括平面磁芯，共模電容層，差模電容層和上下、兩層結(jié)構(gòu)的繞組層以及繞在繞組層的繞層，其中平面磁芯包括第一平面磁芯201和第二平面磁芯206,共模電容層包括第一共模電容層203和第二共模電容層204,差模電容層包括第一差模電容層202和第二差模電容層205，繞組包括第一繞組和第二繞組；第一平面型磁芯201和第二平面磁芯206分別位于EMI濾波器的兩側(cè)，第一繞組和第二繞組分別穿過第一磁芯201，第一差模電容層202，第一共模電容層203，第二共模電容層204,第二差模電容層205和第二磁芯層206,構(gòu)成稱合電感；第一繞組的一個(gè)端口 400和第二繞組的一個(gè)端口 500用導(dǎo)線引出，作為EMI濾波器的輸入端；第一繞組的另一個(gè)端口410和第二繞組的另一個(gè)端口 510用導(dǎo)線引出，作為EMI濾波器的輸出端；第一差模電容層202,第二差模電容層205,第一共模電容層203和第二共模電容層204都分別由兩個(gè)極板和極板之間的介電質(zhì)材料層組成，第一差模電容層的兩個(gè)極板601，602與濾波器的輸入端相連，第二差模電容層的兩個(gè)極板701，702與濾波器的輸出端相連；第一共模電容層的一個(gè)極板801和第二共模電容層的一個(gè)極板902與濾波器的輸出端相連，第一共模電容層的另一個(gè)極板802與第二共模電容層的第二個(gè)極板902相連作為濾波器的公共地端。
[0007]進(jìn)一步地，所述第一平面磁芯201，第二平面磁芯206，第一差模電容層202，第二差模電容層205，第一共模電容層203和第二共模電容層204上都分別設(shè)有兩排穿孔，且所述繞層穿過該穿孔；
進(jìn)一步地，兩排穿孔之間的距離是每排穿孔與該層邊緣之間距離的兩倍；
進(jìn)一步地，所述繞層由第一繞組和第二繞組都分別由兩部分組成，第一繞組由PCB繞組組成，位于第一平面磁芯201和第二平面磁芯206的表面；第二繞組由銅柱組成，為每個(gè)穿孔中的部分，第一繞組和第二繞組都分別從位于各自相鄰的對(duì)角線上的穿孔依次穿過；進(jìn)一步地，第一差模電容層202與第一差模電容層202的電容值相等,第一共模電容層203和第二共模電容層204的電容值保持相等；
進(jìn)一步地,所述介電質(zhì)材料為陶瓷BaTiO3 ；
進(jìn)一步地，第一平面磁芯201和第二平面磁芯206采用鐵氧體材料。
[0008]本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果為:本發(fā)明由于采用了平面型的磁芯和電容，易于電感和電容集成，大大減小了 EMI濾波器的體積，提高了功率密度；同時(shí)，電感的繞組由PCB繞組和銅柱組成，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械化生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，也有利于寄生參數(shù)的控制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0010]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的基于矩形平面集成LC結(jié)構(gòu)的集成EMI濾波器；
圖2為本發(fā)明的分解式結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明的組合式結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明的等效電路圖；
圖5為本發(fā)明第一繞組的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6為本發(fā)明第二繞組的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7為本發(fā)明第一差模電容層結(jié)構(gòu)示意圖；
圖8為本發(fā)明第二差模電容層結(jié)構(gòu)示意圖；
圖9為本發(fā)明第一共模電容層結(jié)構(gòu)示意圖；
圖10為本發(fā)明第二共模電容層結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0012]本發(fā)明實(shí)施例通過采用平面型耦合電感和平面型電容對(duì)EMI濾波器進(jìn)行集成，減小濾波器的體積，增大整體功率密度；同時(shí)，通過采用PCB繞組和銅柱組構(gòu)成電感繞組，使得易于機(jī)械化生產(chǎn)，提供生產(chǎn)效率，保證寄生參數(shù)的一致性。
[0013]如圖2?3所示，本發(fā)明的平面型3-D全集成EMI濾波器，包括平面磁芯，共模電容層，差模電容層和上下、兩層結(jié)構(gòu)的繞組層200，207以及繞在繞組層的繞層，構(gòu)成耦合電感，其中平面磁芯包括第一平面磁芯201和第二平面磁芯206，共模電容層包括第一共模電容層203和第二共模電容層204,差模電容層包括第一差模電容層202和第二差模電容層205，繞層包括第一繞組和第二繞組。平面磁芯，共模電容層，差模電容層和上下、兩層結(jié)構(gòu)的繞組層的每層上都設(shè)有兩排穿孔，用于繞組穿過。為了保證磁芯合理利用，兩排穿孔之間的距離分別為兩側(cè)距離的兩倍。磁芯201和206采用鐵氧體磁芯。由于鐵氧體具有很好的屏蔽性能，因此，磁芯201和206位于EMI濾波器的兩側(cè)。繞層由第一繞組和第二繞組都分別由兩部分組成，第一繞組由PCB繞組組成，位于第一平面磁芯201和第二平面磁芯206的表面；第二繞組由銅柱組成，為每個(gè)穿孔中的部分，第一繞組和第二繞組都分別從位于各自相鄰的對(duì)角線上的穿孔依次穿過。
[0014]如圖4所示本發(fā)明的等效電路圖，圖中第一差模電容層形成電容301，第二差模電容層型形成電容306，第一繞組形成電感302，第二繞組形成電感303，第一共模電容層形成電容304，第二共模電容層形成電容305。
[0015]如圖5、圖6所示，第一繞組由繞組層200，207上的PCB繞組401，402，403，404和銅柱405，406，407，408，409組成，第二繞組由PCB繞組層200，207上的繞組501，502，503，504和銅柱505，506，507，508，509組成。第一繞組的一個(gè)端口 400和第二繞組的一個(gè)端口500用導(dǎo)線引出，作為濾波器的輸入端；第一繞組的另一個(gè)端口 410和第二繞組的另一個(gè)端口 510用導(dǎo)線引出，作為濾波器的輸出端。
[0016]如圖7、圖8所不,第一差模電容層202,第二差模電容層205,第一共模電容層203和第二共模電容層204都分別由兩個(gè)極板和極板之間的介電質(zhì)材料層組成，第一差模電容層的兩個(gè)極板601，602與濾波器的輸入端相連，第二差模電容層的兩個(gè)極板701，702與濾波器的輸出端相連，第一差模電容層202由極板601,602和電介質(zhì)材料層603組成,第二差模電容層由極板701, 702和電介質(zhì)材料層703組成；第一差模電容層的第一個(gè)極板601與第一繞組的一個(gè)端口 400相連，第二個(gè)極板602與第二繞組的一個(gè)端口 500端相連；第二差模電容層的第一個(gè)極板701與第一繞組的另一個(gè)端口 410相連，第二個(gè)極板702與第二繞組的一個(gè)端口 500相連。為保證第一差模電容層與第二差模電容層大小一致,第一差模電容層的極板601，602與第二差模電容層的極板701，702面積都為S1,第一差模電容層的電介質(zhì)材料層603與第二差模電容層的電介質(zhì)材料層703所用材料都為高介電常數(shù)的陶瓷材料BaTiO3，其相對(duì)介電常數(shù)為，厚度為屯。
[0017]如圖9、10所示，第一共模電容層由極板801，802和電介質(zhì)材料803組成，第二共模電容層由極板901，902和電介質(zhì)材料層903組成。第一共模電容層的第一個(gè)極板801與第一繞組的另一個(gè)端口 410相連，第一共模電容層的第二個(gè)極板802與第二共模電容層的第一極板901相連，作為濾波器的公共地端，第二共模電容層的第二個(gè)極板902與第二繞組的另一個(gè)端口 510相連。為了減小連接線路，第一共模電容層與第二共模電容層位于相鄰的位置；為保證第一共模電容層與第二共模電容層大小一致，第一共模電容層的極板801，802與第二共模電容層的極板901，902的面積都為S2，第一共模電容的電介質(zhì)材料803與第二共模電容的電介質(zhì)材料層903所用材料也都為高介電常數(shù)的陶瓷材料BaTi03，其相對(duì)介電常數(shù)為εr2-，厚度為d2。
[0018]為保持耦合電感的對(duì)稱性，第一繞組和第二繞組的匝數(shù)都為n，其等效磁路的長(zhǎng)度都為7，平面磁芯的相對(duì)磁導(dǎo)率為μ e，平面磁芯截面積為A，單邊共模電感的大小為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于平面型耦合電感的3-D全集成EMI濾波器，其特征在于，包括平面磁芯，共模電容層，差模電容層和上下、兩層結(jié)構(gòu)的繞組層以及繞在繞組層的繞層，其中平面磁芯包括第一平面磁芯(201)和第二平面磁芯(206)，共模電容層包括第一共模電容層(203)和第二共模電容層(204),差模電容層包括第一差模電容層(202)和第二差模電容層(205),繞組包括第一繞組和第二繞組；第一平面型磁芯(201)和第二平面磁芯(206)分別位于EMI濾波器的兩側(cè)，第一繞組和第二繞組分別穿過第一磁芯(201)，第一差模電容層(202)，第一共模電容層(203),第二共模電容層(204),第二差模電容層(205)和第二磁芯層(206),構(gòu)成耦合電感；第一繞組的一個(gè)端口(400)和第二繞組的一個(gè)端口(500)用導(dǎo)線引出，作為EMI濾波器的輸入端；第一繞組的另一個(gè)端口(410)和第二繞組的另一個(gè)端口(510)用導(dǎo)線引出，作為EMI濾波器的輸出端；第一差模電容層(202),第二差模電容層(205),第一共模電容層(203)和第二共模電容層(204)都分別由兩個(gè)極板和極板之間的介電質(zhì)材料層組成，第一差模電容層的兩個(gè)極板(601，602)與濾波器的輸入端相連,第二差模電容層的兩個(gè)極板(701，702)與濾波器的輸出端相連；第一共模電容層的一個(gè)極板(801)和第二共模電容層的一個(gè)極板(902)與濾波器的輸出端相連，第一共模電容層的另一個(gè)極板(802)與第二共模電容層的第二個(gè)極板(902 )相連作為濾波器的公共地端。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于平面型耦合電感的3-D全集成EMI濾波器，其特征在于，所述第一平面磁芯(201)，第二平面磁芯(206)，第一差模電容層(202)，第二差模電容層(205)，第一共模電容層(203)和第二共模電容層(204)上都分別設(shè)有兩排穿孔，且所述繞層穿過該穿孔。
3.如權(quán)利要求2所述的一種基于平面型耦合電感的3-D全集成EMI濾波器，其特征在于，兩排穿孔之間的距離是每排穿孔與該層邊緣之間距離的兩倍。
4.如權(quán)利要求2所述的一種基于平面型耦合電感的3-D全集成EMI濾波器，其特征在于，所述繞層由第一繞組和第二繞組都分別由兩部分組成，第一繞組由PCB繞組組成，位于第一平面磁芯(201)和第二平面磁芯(206)的表面；第二繞組由銅柱組成，為每個(gè)穿孔中的部分，第一繞組和第二繞組都分別從位于各自相鄰的對(duì)角線上的穿孔依次穿過。
5.如權(quán)利要求1所述的一種基于平面型耦合電感的3-D全集成EMI濾波器，其特征在于，第一差模電容層(202)與第一差模電容層(202)的電容值相等,第一共模電容層(203)和第二共模電容層(204)的電容值保持相等。
6.如權(quán)利要求1所述的一種基于平面型耦合電感的3-D全集成EMI濾波器，其特征在于，所述介電質(zhì)材料為陶瓷BaTi03。
7.如權(quán)利要求1所述的一種基于平面型耦合電感的3-D全集成EMI濾波器，其特征在于，第一平面磁芯(201)和第二平面磁芯(206)米用鐵氧體材料。
【文檔編號(hào)】H03H7/01GK103997311SQ201410249271
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年6月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月9日
【發(fā)明者】鄭峰, 彭根齋, 饒仲海, 鄒托武, 張義濤 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué), 武漢市歐力普能源與自動(dòng)化技術(shù)有限公司