基于柔性多層繞組的集成EMI濾波器

如圖5所示為一種柔性多層帶材的圖形描述，由兩層導(dǎo)體、一層介質(zhì)及一層絕緣組成。當(dāng)把這種帶材繞制在磁心上，就可以同時(shí)得到一定的電感和電容。

我們提出的基于柔性多層帶材繞組的集成EMI結(jié)構(gòu)如圖6所示。采用一組UU（或UI）磁心，在磁心的兩個(gè)柱上分別繞了一個(gè)柔性多層帶材繞組。這樣的一種結(jié)構(gòu)可以把共模電感、差模電感和共模電容集成為一個(gè)元件。按照?qǐng)D7所示的連接方法，加上外加的差模電容，就可以得到一個(gè)完整的EMI濾波電路。

集成EMI濾波器的等效電路如圖8所示，虛線框中的電路部分為集成元件的等效電路。兩個(gè)柔性繞組通過磁心形成的閉合磁路耦合形成共模電感LCM，每個(gè)繞組中的兩層銅箔與中間的介質(zhì)層形成共模電容CCM，且由于差模電感通常只有共模電感1%大小，所以可以利用兩個(gè)繞組漏感實(shí)現(xiàn)。而如果漏感比所需要的差模電感小時(shí)，可以采用一些增大漏感的方法。

如圖9所示給出了4種增大漏感的方法。圖9（a)在基本結(jié)構(gòu)的頂部增加一個(gè)U形磁心，它的邊柱上分別繞有若干匝導(dǎo)線用于實(shí)現(xiàn)差模電感，它與基本結(jié)構(gòu)的主磁心公用一部分磁路。采用這種方法可以很容易的得到所需的差模電感，代價(jià)是整個(gè)濾波器的高度和體積都有所增加。由于可以利用漏感來實(shí)現(xiàn)DM電感，所以可以采用一些減小兩個(gè)柔性繞組之間的耦合系數(shù)的方法，使得漏感增大。圖9（b）~（d)所示為基于此的不同實(shí)現(xiàn)途徑。如增加低磁導(dǎo)率材料的中柱、增加帶氣隙的中柱或者在兩邊繞組外包裹導(dǎo)磁帶材都可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。

圖9. 增加差模電感的方法

下面將給出一些重要的公式和限制條件。基于這些公式，可以根據(jù)選定的參數(shù)設(shè)計(jì)合適的集成EMI濾波器。

共模電感計(jì)算：

這里µeff磁心的等效相對(duì)磁導(dǎo)率，n為匝數(shù)，Ae磁心有效截面積，le為等效磁路長(zhǎng)度。

差模電感由繞組間的漏感實(shí)現(xiàn)。由于差模電流磁通在主磁路中絕大部分互相抵銷，因此磁通密度的限定值由DM電感和電流峰值決定：

這里B為DM電感形成的磁通密度。它必須小于磁心材料的飽和磁通密度以防止磁心飽和。
共模電容：