开关电源EMI滤波器平面无源集成的研究

论文摘要

随着开关电源工作频率的不断提高,电磁干扰（electromagnetic interference, EMI）问题变得日益严峻。为了抑制传导EMI,通常在电源线和变换器输入端之间接入EMI滤波器。然而传统的分立EMI滤波器一方面体积大,空间利用率低,从而降低了开关电源的功率密度;另一方面分立元件的寄生参数也损害了EMI滤波器的高频性能。为了改善分立EMI滤波器的这些缺点以及克服采用低介电常数的介质材料集成EMI滤波器电容的困难,本文提出了基于积木式交错并联L-C绕组的平面无源集成EMI滤波器结构,选用PCB绕组和集成L-C结构将EMI滤波器的差共模电感,共模电容以及部分差模电容集成到一幅平面磁芯中。在此基础上,根据差模噪声的频段,选用X7R实现差模电容的集成,提出了平面EMI滤波器的全集成结构。建立了集成EMI滤波器的差共模等效电路高频模型,并通过理论分析,仿真以及实验验证了所提结构的可行性和有效性。为了提高集成EMI滤波器的性能,本文通过引进输入和输入回路电感来消除电容的等效串联电感（Equivalent series inductance,ESL）。给出了消除电感等效并联电容（Equivalent Parallel Capacitance, EPC）的方法,分析了耦合系数和插入地层对消除EPC的影响;并采用Pispice进行了仿真验证。为了克服集成结构差模电感的实现和调节困难,本文将平面EE型磁芯由中柱垂直劈开,提出了平面阵列式集成EMI滤波器结构。通过理论分析和仿真得出了此集成结构的优点。最后从温度和频率特性分析了集成EMI滤波器的性能稳定性,为无源集成EMI滤波器材料的选取提供了参考。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 电磁兼容
• 1.2.1 电磁兼容简介
• 1.2.2 电磁兼容研究现状
• 1.3 EMI 滤波器
• 1.3.1 EMI 滤波器简介
• 1.3.2 EMI 滤波器的研究现状
• 1.4 EMI 滤波器无源集成技术简介
• 1.4.1 磁集成技术简介
• 1.4.2 EMI 滤波器差共模电感的集成技术
• 1.4.3 变压器与电容的集成技术
• 1.4.4 电感与电容的集成技术
• 1.5 EMI 滤波器无源集成的研究现状
• 1.5.1 平面无源集成EMI 滤波器
• 1.5.2 基于FML 集成的 EMI 滤波器结构
• 1.6 本文的选题意义和研究内容
• 1.6.1 选题的意义
• 1.6.2 主要研究内容
• 1.7 本章小结
• 2 寄生参数对EMI 滤波器性能的影响
• 2.1 EMI 滤波器的寄生参数
• 2.1.1 电感的高频特性
• 2.1.2 电容的高频特性
• 2.2 EMI 滤波器的高频模型
• 2.3 几个关于EMI 滤波器的基本概念
• 2.4 寄生参数对EMI 滤波器插入损耗的影响
• 2.5 本章小结
• 3 基于积木式交错并联L-C 绕组的平面集成EMI 滤波器结构
• 3.1 集成EMI 滤波器L-C 结构联接方式的选择
• 3.2 基于积木式交错并联L-C 绕组的集成EMI 滤波器结构的提出
• 3.3 平面集成EMI 滤波器的理论分析及参数计算
• 3.3.1 PCB 绕组寄生电容的计算
• 3.4 平面集成EMI 滤波器等效电路高频模型的建立
• 3.4.1 共模等效电路高频模型的建立
• 3.4.2 差模等效电路高频模型的建立
• 3.5 实验和仿真验证
• 3.6 存在的问题
• 3.7 平面全集成EMI 滤波器结构
• 3.7.1 平面全集成EMI 滤波器结构的提出
• 3.7.2 平面全集成EMI 滤波器的理论分析及参数计算
• 3.7.3 差模等效电路高频模型的建立
• 3.7.4 实验和仿真验证
• 3.8 存在的问题
• 3.9 本章小结
• 4 平面集成EMI 滤波器寄生参数的消除
• 4.1 平面集成EMI 滤波器ESL 的消除
• 4.2 平面集成EMI 滤波器EPC 的消除
• 4.2.1 电场能的转移和重新分布的介绍
• 4.2.2 电感绕组寄生电容的中点消除法
• 4.2.3 电感绕组寄生电容的通用消除法
• 4.3 影响EPC 消除的因素
• 4.3.1 绕组间的耦合系数对消除EPC 的影响
• 4.3.2 插入地层的电感和电阻对消除EPC 的影响
• 4.4 本章小结
• 5 平面阵列式EMI 滤波器及性能稳定性研究
• 5.1 平面阵列式集成EMI 滤波器结构的提出
• 5.2 平面阵列式集成EMI 滤波器的实现
• 5.2.1 共模电感的集成
• 5.2.2 差模电感的集成
• 5.2.3 平面阵列式集成EMI 滤波器的具体结构
• 5.3 平面阵列式集成EMI 滤波器结构的分析及验证
• 5.3.1 理论分析
• 5.3.2 仿真验证
• 5.3.3 实验验证
• 5.4 平面阵列式集成磁件的优点
• 5.5 平面无源集成EMI 滤波器性能稳定性分析
• 5.5.1 温度稳定性分析
• 5.5.2 频率稳定性分析
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集