張曉娟 吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 132021

差模濾波器多導(dǎo)體廣義傳輸線結(jié)構(gòu)模型的優(yōu)化

張曉娟 吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 132021

針對差模濾波器多導(dǎo)體廣義傳輸線結(jié)構(gòu)模型存在的缺點，在原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，詳細地分析該濾波器的高頻特性，建立了改善高頻損耗模型，并建立了個案，仿真效果較好。

差模濾波器；EMI濾波器；高頻特性；高頻損耗模型

1 引言

根據(jù)參考文獻可知，廣義傳輸線結(jié)構(gòu)理論被應(yīng)用于對集成的無源設(shè)備建立模型，當(dāng)然也可以用于建立集成差模射頻EMI濾波器的電磁模型[1]，經(jīng)過基本理論分析、損耗模型分析和電磁耦合模型分析之后發(fā)現(xiàn)，電磁耦合模型分析可以較好地體現(xiàn)諧振點和整個全局的走向，電磁模型如圖1所示，但是這個效果也影響了衰減還轉(zhuǎn)移了諧振點，所以這個結(jié)構(gòu)還需要進一步的改善。

2 優(yōu)化模型的建立

優(yōu)化模型結(jié)構(gòu)中，集成差模射頻EMI濾波器在四導(dǎo)體結(jié)構(gòu)[2]如圖2所示，可以看作是由兩個二導(dǎo)體的傳輸結(jié)構(gòu)，并且兩個結(jié)構(gòu)中存在著一定的磁耦合。在低頻時，其性能與傳輸線結(jié)構(gòu)I相近似，隨著頻率的升高，電流主要集中在內(nèi)部的鎳層中，這時它越來越與傳輸線結(jié)構(gòu)II[3]相近似，具體模型結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖2 集成差模濾波器的原型

3 優(yōu)化模型分析

圖1 無限小長度考慮臨近效應(yīng)的改善模型

由此可見，對于提高高頻的衰減因數(shù)有兩種方法[4]，一個是增加鎳層上的損耗；一個是減小傳輸結(jié)構(gòu)Ⅱ的特性阻抗。為了提高鎳層上由于鄰近效應(yīng)引起的損耗，就必須要提高由傳輸結(jié)構(gòu)Ⅰ產(chǎn)生的磁通。達到此目的的一種簡單方法是減小銅層的寬度，當(dāng)然銅層的厚度為了保持相同的電流密度就需要相應(yīng)地增加。為了減小特性阻抗，最好的方法就是增大鎳層的寬度和減小絕緣層的厚度。從以上討論可知，減小濾波器的品質(zhì)因數(shù)是在高頻時得到高損耗的關(guān)鍵[5]，取得更高損耗的方法示意圖如圖4所示。

圖3 集成差模濾波器的兩導(dǎo)體分解結(jié)構(gòu)示意圖

4 個案研究

鑒于上述的討論，在原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上[6]，得出一個更高衰減的新結(jié)構(gòu)，如圖5所示，技術(shù)參數(shù)如表1所示。

圖5 新結(jié)構(gòu)的示意圖

圖4 取得更高損耗的方法示意圖

表1 新結(jié)構(gòu)集成差模濾波器原型的技術(shù)參數(shù)

對此結(jié)構(gòu)進行傳函增益的仿真，以標(biāo)準的50 阻抗作為負載，從圖6中可以看出在100MHz時，衰減可以達到-60dB。

5 結(jié)束語

在廣義多導(dǎo)體傳輸結(jié)構(gòu)理論的基礎(chǔ)上，提出了集成RF-EMI濾波器模型。這種改進結(jié)構(gòu)就是把高頻的鄰近效應(yīng)考慮了進去。與以前的集總參數(shù)模型和兩導(dǎo)體傳輸線結(jié)構(gòu)模型相比，這種改進結(jié)構(gòu)對集成濾波器的高頻特性進行了比較詳細的描述。在原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，得出一個更高衰減的新結(jié)構(gòu)，進一步地改善高頻損耗模型。

圖6 傳函仿真圖

[1] Shuo Wang, F.C.Lee,D.Y Chen and W.G.Odendaal, Effects of Parasitic Parameters on EMI Filter Performance, IEEE trans on Power Electronic,2003,PP.73～78.

[2] Linzhao Zhao,J.D.van Wyk, Electromagnetic Modeling of an Integrated RF EMI Filter, IEEE trans on Power Electronics，2003，PP.1601～1607.

[3] Shuo Wang ,F.C.Lee,D.Y Chen and W.G.Odendaal, controlling the parasitic parameters to improve EMI Filter performance, IEEE trans on Power Electronics，2004，PP.503～508.

[4] Liang Xue, Chunping Wang, Jianguo Jiang, high frequency model and parameter sensitivity analysis of EMI Filter’s characteristic in switched model power supply,asia-pacific conference environmental electromagnetics CEEM’2003, PP.400～404.

[5] D.H.Liu, J.G.Jiang, high frequency characteristic analysis of EMI Filter in switch mode power supply (SMPS), IEEE trans on Power Electronics，2002，PP.2039～2042.

[6] Rengang Chen.Integrated EMI Filters for Switch Mode Power Supplies, Doctor of Philosophy In Electrical Engineering, 2004.11.

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.11.056

張曉娟（1970-），女，吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授，教務(wù)處處長，主要從事機電一體化專業(yè)教學(xué)及教學(xué)管理工作。