平面磁集成EMI滤波器的等效并联电容分析

时间:2010-09-03 08:25来源:世纪电源网

摘要:0引言电磁干扰问题通常由于电路中表现不明显的耦合路径弄得很复杂,其明确而有效地解决方法一般都依赖于工程师的经验或建立在经典模型上的数模仿真。令工程师们高兴的是,如果所有的非接触电磁干扰都能够用传统的集总元件建模,而这种模型可以与转换电路图表相结合来描绘全部传导干扰和耦合干扰。这样分...

0  引言

电磁干扰问题通常由于电路中表现不明显的耦合路径弄得很复杂,其明确而有效地解决方法一般都依赖于工程师的经验或建立在经典模型上的数模仿真。令工程师们高兴的是,如果所有的非接触电磁干扰都能够用传统的集总元件建模,而这种模型可以与转换电路图表相结合来描绘全部传导干扰和耦合干扰。这样分析和预测就变得比较容易了。

集总元件电路模型适合分析和预测频段在0~30 MHz的电磁干扰。在许多先前的研究和引出用于分析的所谓简单模型过程中,了解重要的路径通常至关重要。但是,在可能存在微小的耦合路径的情况下,这些参数都很难获得。为此,本文利用一种可用于分析所有容易产生非接触电磁干扰的普通集总电路模型,来准确地分析平面型PCB EMI集成滤波器。由于该模型更接近真实情况,因此更能如实反应平面型PCB EMI集成滤波器的滤波性能。

传统的分立元器件在低频状态下,往往作为理想器件(即当作纯电阻、纯电感、纯电容)来考虑。但在较高频率下,器件特性将远远偏离其理想特性,因此,就必须考虑高频分布参数对器件特性的影响。EMI电源滤波器中的主要元器件是电感和电容,为此,本文主要讨论电感和电容的高频分布参数对其滤波性能的影响。

因为EMI滤波器主要用于滤除高频噪声和高频干扰信号,而由于电容器电感器的等效寄生参数将严重影响电源滤波器的高频性能,因此,提高EMI电源滤波器的高频性能就应该重点提高EMI滤波器的高损耗,减小共模电感线圈的等效并联电容,同时减小电容器的等效串联电感。为了达到上述目的,本文提出了EMI电源滤波器的平面磁集成结构。

1 EMI电源滤波器的平面磁集成结构

为了实现EMI电源滤波器的平面磁集成结构,这里引入了如图1所示的L-C平面磁集成结构。

图1中的这个结构是通过在平面绝缘板的两面直接嵌入两绕组导体而形成的,它通过控制绕组的连接点,使A、D为输入点,C、D为输出点。从而可等效得到如图2所示的低通滤波器。

1.1  集成CM(共模)滤波器的实现

在共模励磁下,EMI滤波器可以等效为两个并联的低通滤波器。因此,集成CM滤波器可以通过如图3所示的两个集成L-C绕组线圈来实现,图3中的两个集成L-C绕组线圈都被连接成为低通滤波器形式,它们之间有很强的磁耦合,其对应的等效电路如图4所示。

1.2  集成DM(差模)滤波器的实现

差模滤波器的等效电路是一个崩型低通滤波器,其滤波电感值很小。大约在10~20 μH范围内,两个滤波电容值较大,其值在0.1~1 μF范围内。与分立EMI滤波器相同的是,在集成EMI滤波器中,差模电感也是利用集成CM扼流圈的漏感来实现的。在控制漏感值方面,平面CM扼流圈具有更多的灵活性,它可以在两个绕组线圈中间插入一层额外的磁性材料。因此不需要改变CM电感器的匝数,这样,漏感值就可以通过调整磁性材料的磁导率和有效面积来进行改变。这就给DM和CM电感器的解耦提供了一个机会。图5所示是集成滤波器差模电感模型,图6所示是集成滤波器差模电感的等效电路示意图。

DM电容器可以用另一个连接成电容器的集成L-C绕组线圈来实现。它只有一匝或不到一匝,图7和图8所示分别是其差模电容及其等效电路。

图9和10分别是平面型PCB EMI集成滤波器的二维结构和三维结构,该滤波器的所有参数都是通过该模型仿真得出的。

 

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