二端口网络散射参数理论及其在平面EMI滤波器测试中的应用

EMI滤波器以其抑制开关电源中传导电磁干扰的有效性而得到越来越多的重视。相比于分立元件构成的滤波器,平面EMI滤波器拥有整体体积小、高频性能好等优点。但是现有的方法尚不能精确的预测其在实际电源系统中工作特性。本文提出采用散射参数法测量平面滤波器特性:分析推导了EMI滤波器散射参数与EMI滤波器插入增益的函数关系,提出预测不同的外部阻抗条件下EMI滤波器插入增益的方法;建立平面滤波器近场耦合模型,利用散射参数与阻抗参数关系,提出近场耦合模型中互感提取方法;完成一台平面EMI滤波器样机,对其不同阻抗条件下的插入增益特性进行了理论计算与实际测量,同时推导其差模结构的近场耦合模型并计算模型在标准阻抗条件下的插入增益,与实际测量进行比较,验证了理论的可行性。

差共模噪声相互转化机理及在平面EMI滤波器设计中的应用

EMI滤波器是抑制传导干扰的重要元件。论文对差、共模混合噪声电路在"阻抗失配"的基础上,可以分离为两部分独立的等效通道。对两个通道各自加载差模和共模噪声,求解电路网络,在负载端可以得到差、共模干扰噪声。由此,可以得到由于支路阻抗的不对称而引起的差、共模噪声之间的相互转化。基于环形结构的平面EMI滤波器是本课题组提出的一种新型结构,但是仍然存在对应支路阻抗不对称问题引起噪声相互转化的问题。为此,本文提出一种单面完全覆金属的"感容"集成模块(LC单元),与双面均为螺旋型LC单元进行比较表明,所提出的模块具有良好对称性,能更好地抑制平面滤波器差、共模噪声之间的相互转化。

基于积木式交错并联的平面全集成EMI滤波器

为了减少电磁干扰(EMI)滤波器的体积,提高开关电源的功率密度,提出一种基于积木式交错并联的平面全集成EMI滤波器。根据差、共模噪声的频段分布规律,采用温度稳定性较高的薄膜介质材料进行交错并联来实现共模电容的集成,采用电气性能较稳定的Ⅱ类陶瓷材料X7R来实现差模电容的集成,采用PCB绕组来实现共模电感和差模电感的集成,给出了平面全集成EMI滤波器高频差、共模等效电路及其插入损耗的计算公式。仿真和实验验证了所提出的平面全集成EMI滤波器的有效性及其高频差、共模等效电路和插入损耗公式的正确性。

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。

PCB导线分裂技术在平面EMI滤波器中的应用

EMI滤波器以其抑制开关电源中传导电磁干扰的有效性而得到越来越多的重视。相比于分立元件构成的滤波器,平面EMI滤波器拥有整体体积小、高频性能好等优点。然而,该类滤波器对电感的等效并联电容(EPC)和等效串联电阻(ESR)有其特殊要求。本文基于EMI滤波器的基本原理,分析其PCB导线截面设计对共模电感工作性能的影响;在现有技术条件下,提出一种基于分股并联结构的平面集成LC单元;分析了分股并联结构LC单元共模电感部分的EPC和ESR特性,并与单股导线结构的对应性能进行了比较。

基于环形LC单元的新型连接方式及其在平面EMI滤波器中的应用

LC单元是指"感容"集成的模块,是组成EMI滤波器的重要元件之一。理想情况下,LC单元由双面螺旋线构成。基于环形LC单元的不同连接方式,提出了一种新型结构———完成共模电感和差模电容的集成。本文建立了LC单元的等效模型,并在此基础上分析了该结构在差、共模电流作用下的参数模型。实验和理论研究表明,所提出的模块能有效增大共模电感值。

永磁交流伺服驱动系统共模EMI噪声的预测及抑制

永磁交流伺服驱动系统中高du/dt、di/dt在系统中寄生参数作用下感应出的电磁干扰,随着开关频率的不断提高,已逐渐影响到其在高精密场合下的可靠运行。电磁干扰(Electromagnetic Interference,EMI)模型的研究,是电磁干扰分析、预测及其抑制的基础。本文研究出一种永磁交流伺服驱动系统共模EMI噪声的预估方案:针对典型系统中的智能功率模块(IPM)装置,通过分析开关管状态切换过程中IPM桥臂中点电位的跳变,等效出共模噪声源模型;在阐述共模干扰传播路径的基础上,利用不同方法提取了传播通道中所涉及的各主要部件(变流器、屏蔽线缆及永磁同步电机)的高频参数;在150k Hz^30MHz频段内,对其共模EMI噪声进行了实际测量,与仿真结果的对比验证了本文所建模型的正确性。根据样机实测EMI噪声,对于超出电磁兼容标准部分,提出了通过设计平面EMI滤波器滤除的方案,最终通过实验对该新型滤波器噪声抑制效果的有效性进行了验证。

平面耦合EMI滤波器电容和电感的确定

EMI滤波器是抑制传导电磁干扰的重要手段,但分立元件型滤波器由于其自身的缺点性能受到限制,而平面耦合型滤波器能够很好改善传统分立元件型EMI滤波器的缺点。在介绍平面耦合型滤波器结构的基础上,指出电感和电容参数是该类滤波器的最重要技术参数。通过对滤波器元件数值计算模型的建立和论证,说明共模和差模电容可以通过解析表达式计算;差模电感,即共模模块形成的漏感也可以采用解析表达式确定。但是,各线匝的电感由于与频率密切相关,无法采用对应的解析表达式确定。

基于交错多地层结构的平面磁集成EMI滤波器设计

逆变器作为光伏并网发电系统中重要的功率转换装置,其开关频率提高带来的电磁兼容问题不可忽视。传统分立电磁干扰(electromagnetic interference,EMI)滤波器的电感和电容体积大,导致功率密度低。对EMI滤波器的无源器件采用磁集成技术,将多个磁性元件绕组集成在一个磁性结构上,对于减少磁元件数量、缩减磁元件尺寸、降低损耗和成本具有重要意义。文中通过选择合适的磁心将共模电感和差模电感的印刷电路板平面线圈集成在一个磁心上,实现平面磁集成。通过插入电介质板和层连接方式的规划,集成滤波电容,进一步减小EMI滤波器体积。通过搭建单相逆变器实验平台,对平面磁集成的EMI滤波器进行实验分析,验证所提方法的可行性。

基于高频等效模型的平面集成电源滤波器仿真

建立了平面集成EMI电源滤波器的高频等效电路模型。通过分析其高频特性,对滤波器高频耦合参数进行了简化。同时为了改善平面集成EMI滤波器的高频性能,提出了在两平面电感绕组层之间嵌入一层接地导电层以减小等效并联电容(EPC),并应用PSpice仿真软件对其进行了验证。

薄介质型集成模块传输线间耦合电容的提取

滤波器是抑制传导干扰的重要元件,平面滤波器以寄生参数小、抗电磁干扰强的优点在电力电子领域有较好的应用前景。提出一种以"桶壁型"感容结构为基础的EMI滤波器,它与平面型滤波器可以统称为薄介质型滤波器,其线匝间部分电容对该类滤波器性能有重要影响。以薄介质型滤波器为研究对象,建立轴对称静电场模型并计算任意线匝间的耦合电容。若分别将正对位置的两线匝看作微型平行板电容器和微型同轴圆柱电容器,则由解析表达式可以计算其耦合电容并与采用有限元法计算的电容值比较,并研究影响二者误差的相关因素。研究发现,在一般工程应用中,解析表达式的精度符合要求,可以不必采用数值计算方法计算匝间耦合电容,为该类滤波器的设计带来极大的方便。

一种平面全集成EMI滤波器结松

为了减少EMI滤波器的体积，提高开关电源的功率密度，本文提出了一种平面全集成EMI滤波器结构。采用此结构，可以将EMI滤波器的共模电感，差模电感，共模电容和差模电容全部集成到一幅平面磁芯中。给出集成EMI滤波器差共等效电路的高频模型，并推导了其插入损耗的计算公式，实验样机表明实验结果和理论分析以及仿真结果吻合较好。