差模濾波器多導體廣義傳輸線結構模型的優化

張曉娟 吉林電子信息職業技術學院 132021

差模濾波器多導體廣義傳輸線結構模型的優化

張曉娟 吉林電子信息職業技術學院 132021

針對差模濾波器多導體廣義傳輸線結構模型存在的缺點，在原有結構的基礎上，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

根據參考文獻可知，廣義傳輸線結構理論被應用于對集成的無源設備建立模型，當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現，電磁耦合模型分析可以較好地體現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移了諧振點，所以這個結構還需要進一步的改善。

2 優化模型的建立

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

圖2 集成差模濾波器的原型

3 優化模型分析

圖1 無限小長度考慮臨近效應的改善模型

由此可見，對于提高高頻的衰減因數有兩種方法[4]，一個是增加鎳層上的損耗；一個是減小傳輸結構Ⅱ的特性阻抗。為了提高鎳層上由于鄰近效應引起的損耗，就必須要提高由傳輸結構Ⅰ產生的磁通。達到此目的的一種簡單方法是減小銅層的寬度，當然銅層的厚度為了保持相同的電流密度就需要相應地增加。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，減小濾波器的品質因數是在高頻時得到高損耗的關鍵[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體分解結構示意圖

4 個案研究

鑒于上述的討論，在原有結構的基礎上[6]，得出一個更高衰減的新結構，如圖5所示，技術參數如表1所示。

圖5 新結構的示意圖

圖4 取得更高損耗的方法示意圖

表1 新結構集成差模濾波器原型的技術參數

對此結構進行傳函增益的仿真，以標準的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 結束語

在廣義多導體傳輸結構理論的基礎上，提出了集成RF-EMI濾波器模型。這種改進結構就是把高頻的鄰近效應考慮了進去。與以前的集總參數模型和兩導體傳輸線結構模型相比，這種改進結構對集成濾波器的高頻特性進行了比較詳細的描述。在原有結構的基礎上，得出一個更高衰減的新結構，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，吉林電子信息職業技術學院副教授，教務處處長，主要從事機電一體化專業教學及教學管理工作。