一种兼具EMI滤波与防雷的平面模块制造技术

本实用新型专利技术公开一种兼具EMI滤波与防雷的平面模块，所述平面模块采用带有TVS瞬态抑制二极管的底板PCB，将防雷器件与滤波器件匹配、集成为一个模块；所述平面模块包含EMI滤波电路与防雷电路两部分，所述EMI滤波电路为平面化矩形结构；所述底板PCB上为防雷电路，且在所述底板PCB上设有方形过孔，所述EMI滤波电路各模块安装至所述方形过孔内。本申请在平面滤波器基础上设计一块带有TVS瞬态抑制二极管的底板PCB，将防雷器件与滤波器件匹配、集成为一个模块，同时易于平面滤波器各模块连接与后期的安装固定。安装固定。安装固定。

【技术实现步骤摘要】
一种兼具EMI滤波与防雷的平面模块


[0001]本技术属于电子电路滤波防护领域，特别涉及一种兼具EMI滤波与防雷的平面模块。

技术介绍

[0002]为解决电力电子设备电磁兼容干扰问题，特别是电源线传导发射，电源滤波器被广泛应用于各类电子设备中。随着电子元器件小型集成化发展，对所用滤波器体积、重量的要求更为严格，传统EMI滤波器采用分离元器件，由于电容、电感等元器件形状不一，空间利用率不足，重量大的同时功率密度较低。针对传统滤波器的劣势，国内外学者提出了一种平面EMI滤波器，实现电感与电容叠层放置和安装，在减小体积的同时，提高空间利用率。该类滤波器电路拓扑采用和传统滤波器相同拓扑结构，电感实现方式为采用的平面螺旋线圈，电容实现方式为直接在高介电常数陶瓷介质板两侧敷铜，电容和电感结构选用平面矩形结构或圆形结构。
[0003]南京航空航天大学王世山教授的团队提出了一种圆形平面PCB线匝构成的平面EMI滤波器集成结构(CN 103780216 B)，该结构采用壶型磁芯，电容金属极板、螺旋线圈绕组等模块全部包含在磁芯内部，导致各模块间连接难度较大，滤波器整体散热性较差；辽宁工程技术大学杨玉岗教授提出一种基于积木式交错并联的平面全集成EMI滤波器(电工技术学报)，该结构将集成LC单元进行改进，可增大平面集成电容，但薄膜介质材料的陶瓷基板本身较脆，多块LC单元集成叠加增加了安装难度。这两种结构的平面滤波器除了以上缺点外，还存在额定电流小、电感量小的缺点，在应用上有很大局限性。
[0004]目前平面EMI滤波器与传统EMI滤波器皆没有防雷功能，雷电防护功能由独立的模块实现，所占空间较大且无法与EMI电源滤波器位置形成最优匹配。为了减小滤波器与防雷模块的占用体积，考虑将滤波电路与防雷电路集成为一独立模块。

技术实现思路

[0005]本技术针对当前平面滤波器与雷电防护模块存在的技术缺陷，提出一种兼具EMI滤波与防雷的平面模块。
[0006]为了实现以上目的，本技术采用以下技术方案：
[0007]本技术为一种兼具EMI滤波与防雷的平面模块，所述平面模块采用带有TVS瞬态抑制二极管的底板PCB，将防雷器件与滤波器件匹配、集成为一个模块；
[0008]所述平面模块包括EMI滤波电路与防雷电路两部分，所述EMI滤波电路为平面化矩形结构；所述底板PCB上为防雷电路，且在所述底板PCB上设有方形过孔，所述EMI滤波电路各部分安装至所述方形过孔内。
[0009]进一步的，所述EMI滤波电路包括平面磁芯、差模电容层、共模电感层、集成LC单元层和漏感层；所述平面磁芯为一套，包括对称的磁芯：第一磁芯101和第二磁芯201，其贯穿差模电容层、共模电感层、集成LC单元层和漏感层，并将所述差模电容层、共模电感层、集成
LC单元层和漏感层夹装于对称的磁芯内部；所述集成LC单元层与共模电感层PCB板，使用引针并联连接。
[0010]第一差模电容层102和第二差模电容层202分别由上下两个金属极板和介质基板503组成；
[0011]所述共模电感层由磁芯和绕组实现，其中绕组以PCB印刷导线的形式制作，分别作为共模电感原、副边绕组，绕组板中间开孔穿过磁芯中柱形成电感。
[0012]所述集成LC单元层104和204在共模电感基础上集成共模电容。
[0013]进一步的，所述集成LC单元层包括集成LC单元层绕组601、第二金属极板602和介质基板603，其中集成LC单元层绕组601与所述共模电感层中的绕组结构相同，所述集成LC单元层绕组601作为共模电容的一块金属极板，第二金属极板602与所述差模电容层的金属极板501相同。
[0014]更进一步的，所述防雷电路采用瞬态抑制二极管，包括两个双向瞬态抑制二极管：第一双向瞬态抑制二极管105和第二双向瞬态抑制二极管205，瞬态抑制二极管D1(105)一端与电源输入端正极相连，另一端接地，瞬态抑制二极管D2(205)一端与电源输入端负极相连，另一端接地。
[0015]作为本申请的一种优选实施方式，所述平面模块选用骨架为E型的磁芯，所述差模电容层、共模电感层、集成LC单元层依次设置形成一个模块，所述的磁芯中柱穿过以上各个模块。
[0016]作为本申请的一种优选实施方式，所述差模电容层通过电镀工艺将陶瓷介质板与两层金属板焊接为完整的平面电容。
[0017]作为本申请的一种优选实施方式，在所述底板PCB上设有八个方形过孔，分布在所述底板PCB上的上下两排，每排各四个；所述共模电感层中绕组的原边安装于上面一排的较大的两个过孔中，副边安装于下面一排的两个较大过孔中。第一共模电容层安装在上面一排的两个较小过孔中，第二共模电容层安装在下面一排的两个较小过孔中。
[0018]作为本申请的一种优选实施方式，所述平面模块中，各层材料的性能参数为：
[0019]差模电容介质材料相对介电常数为ε1，ε0为真空介电常数，值为8.854
×
10
‑
12
F/m，s1为导电板正对面积，d1为介质板厚度，电容大小为：
[0020]C
DM
＝ε0ε1s1/d1[0021]同理，共模电容计算公式为：
[0022]C
CM
＝ε0ε2s2/d2[0023]共模电感计算公式为：
[0024][0025]其中μ0为真空磁导率，值为4π
×
10
‑7H/m；μ
eff
为磁芯有效相对磁导率；N为绕组匝数；A
e
为磁芯有效截面积，l
e
为磁芯有效磁路长度。
[0026]差模电感由漏感形成，其值为共模电感的0.5％～5％。
[0027]本技术公开了一种兼具EMI滤波与防雷的平面模块，其有益效果在于：在平面滤波器基础上设计一块带有TVS瞬态抑制二极管的底板PCB，将防雷器件与滤波器件匹配、集成为一个模块，同时易于平面滤波器各模块连接与后期的安装固定。
[0028]共模电感层与集成LC单元层采取并联连接方式，在保证线圈匝数相同的情况下，选用多块PCB电感线圈来提高额定电流。
[0029]电感线圈可以根据所需电感量大小适当选择双层板、四层板或六层板线圈，六层板线圈电感量可以达到mH级别。电感设计值范围变大，有利于提高滤波器的插入损耗。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本技术中的技术方案，下面将对本技术中所需要使用的附图进行简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其它附图。
[0031]图1为差模电容结构图；
[0032]图2为差模电容等效电路图；
[0033]图3为共模电感结构图；
[0034]图4为共模电感等效电路图；
[0035]图5为集成LC单元结构图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种兼具EMI滤波与防雷的平面模块，其特征在于，所述平面模块采用带有TVS瞬态抑制二极管的底板PCB，将防雷器件与滤波器件匹配、集成为一个模块；所述平面模块包括EMI滤波电路与防雷电路两部分，所述EMI滤波电路为平面化矩形结构；所述底板PCB上设计有防雷电路，并设有方形过孔，所述EMI滤波电路各部分安装至所述方形过孔内。2.根据权利要求1所述的一种兼具EMI滤波与防雷的平面模块，其特征在于，所述EMI滤波电路包括平面磁芯、差模电容层、共模电感层、集成LC单元层和漏感层；所述平面磁芯为一套，包括对称的磁芯，每边磁芯均贯穿一组差模电容层、共模电感层、集成LC单元层和漏感层，并将所述差模电容层、共模电感层、集成LC单元层和漏感层夹装于对称的磁芯内部；集成LC单元层PCB板与共模电感层PCB板，使用引针并联连接；所述差模电容层分别由上下两个金属极板和差模电容介质基板（503）组成；所述共模电感层由磁芯和绕组实现，其中绕组以PCB印刷导线的形式制作，分为共模电感原、副边绕组，绕组板中间开孔穿过磁芯中柱形成电感；所述集成LC单元层在共模电感基础上集成共模电容。3.根据权利要求2所述的一种兼具EMI滤波与防雷的平面模块，其特征在于，所述集成LC单元层包括集成LC单元层绕组（601）、第二金属极板（602）和集成LC单元介质基板（603...

【专利技术属性】
技术研发人员：王壮，陈旸，顾杰，吕弘，彭飞，
申请(专利权)人：南京模拟技术研究所，
类型：新型
国别省市：