基于柔性多层绕组的集成EMI滤波器

    4、磁心材料非线性的影响

    根据如图10所示的一种铁氧体磁心材料的复磁导率曲线，磁导率的实部表示电感元件的阻性部分也就是损耗，虚部代表感性部分。可以看到随着频率的增加，磁导率的实部和虚部并不是一根直线，存在着与频率有关的非线性。

    铁氧体磁心材料的复磁导率计算公式如下： 

    L₀表示当相对磁导率为1时的电感值：

图11. 共模电感理论与测试阻抗曲线

    由于EMI滤波器的有效工作频率为150kHz～30MHz，必须考虑磁心材料的非线性特性。否则对于集成EMI滤波器的模型分析在高频时将与实际情况差别较大，也就失去了分析的意义。图11中给出了CM电感的计算与测试阻抗曲线，其中分别给出了考虑磁心非线性和不考虑磁心非线性的阻抗曲线。可以看到，考虑磁心非线性的模型在高频段与测试曲线吻合的更好。

    5、实验

    根据前面提出的集成结构与方法，设计并制作了一个集成EMI滤波器的样机，图12中给出了它的照片。磁心选用的为东磁的UF33，材料为R10K，初始磁导率为10000。在磁心的两个边柱上分别绕制了一个柔性多层带材绕组，匝数为19匝。此绕组由4层带材结构组成：

 
    ⑴　绝缘层，厚度60um；
    ⑵　铜箔层，厚度70um;
    ⑶　介质层，厚度23um；
    ⑷　铜箔层，厚度18um。

    绕组的总长度为1160mm。铜箔宽度为8mm。采用的介质材料为聚丙烯。采用的绝缘材料为聚酰亚胺。

    图13用网络/频谱分析仪测量得到集成EMI滤波器的共模插入损耗，图14为集成EMI滤波器的差模插入损耗。在开关电源中通常共模干扰占主导。集成EMI滤波器的共模插入曲线在150kHz~30MHz范围内具有较好的衰减性能，不过在4MHz~6MHz处有一个反向的尖峰可能对性能造成影响。

    为了检验样机的滤波特性，采用了一台单相的前端变换器产品，把集成EMI滤波器嵌入其中，如图15所示。