[发明专利]大功率3D集成式三相EMI滤波器

说明书

本发明公开了一种大功率3D集成式三相EMI滤波器。其包括三相平面型共模电感(1)和三个平板型共模电容(2)。电感包括四层平面磁芯(11a，11b，11c，11d)、两组三相水平绕组(12a，12b)、三相竖直绕组(13)和陶瓷基板(14)；水平绕组(12a，12b)分别位于磁芯(11a)上表面和磁芯(11d)下表面，每层磁芯打有两排同心孔，三相竖直绕组(13)位于通孔中；陶瓷基板(14)作为隔离。每个电容包括介质材料(21)、绝缘支撑(22)和冲压式导体层(23)，三个电容结构相同，且叠层贴在电感的侧面形成3D互联架构。本发明与现有技术相比，减小了体积，提高了插损性能，可用于车载电机驱动系统。

技术领域

本发明属于电子器件技术领域，尤其涉及一种3D集成式三相交流EMI滤波器，可用于车载电机驱动系统。

背景技术

无源三相交流EMI滤波器一般是由分立电感、电容和电阻等元器件组成，可对某一次或多次谐波形成低阻抗通路，以达到抑制高次谐波的作用。

传统的无源三相交流EMI滤波器，采用分立式的元器件排布方式，这种排布方式由于受限于各器件之间的耦合，器件的分布参数以及安装位置等因素，存在几何尺寸大、空间利用率低、功率密度低、器件耦合关系复杂且随机性强的劣势。尤其是在数百kW的大功率应用场合中，这些劣势更加明显。

为了解决传统无源EMI滤波器不足，进一步提高无源EMI滤波器的功率密度，国内外众多学者对无源EMI滤波器的集成以及3D无源EMI滤波器进行了研究，提出了一些新的结构，其中：

弗吉尼亚大学的陈仁刚最先提出一种平面磁集成EMI滤波器结构，即采用矩形平面LC单元线圈结构实现EMI滤波器的平面化，该滤波器拥有较好的高频特性，同时体积比传统结构减小30％，大大提高了功率密度。然而在该滤波器结构中，电流在直角拐角处分布不均匀，致使其导电面积小于横截面积，从而引起高频电阻。由于构成平面LC结构的PCB板采用的是高介电常数的陶瓷材料，其特性随温度和频率会发生变化，导致EMI滤波器性能下降。

荷兰代尔夫特理工大学的Ferreira教授也提出了3-D的EMI滤波器。通过采用相同高度的元件，使得EMI滤波器的元件可以层层叠加起来，充分利用了其空间。这种结构减小了元器件之间的耦合，寄生参数小，高频特性得到了提高。但是该种结构依然采用的是分立式元器件，且采用的是表贴式元器件，不能应用于大功率系统中。

辽宁工程技术大学的杨玉岗教授也提出了一种新型的堆积式交错并联平面无源集成EMI滤波器结构，采用高性能覆铜箔层压板实现EMI滤波器的集成。实验表明，这种新型的集成EMI滤波器虽然比传统分立元件组成的EMI滤波器体积减小了53％。但此滤波器的滤波性能并没有得到较大改善，不能在较宽频段内维持较高的插入损耗。

以上对平面集成EMI滤波器的研究多是针对小功率系统，目前对于大功率电源系统电磁干扰的抑制，主要有如下两种手段：

一是采用在环形共模磁芯上绕线的方式来增大共模电感量，对共模干扰进行抑制。这种共模电感由于采用手工绕制的方式进行实现，将导致器件的寄生参数难以控制，且针对大功率场合，线缆直径非常大，绕制困难。

二是采用在线缆上套接无限个滤波磁环的方式来增大电感量，从而提升滤波器的插入损耗。这种方式会增大了滤波器的体积，导致功率密度低，同时散热困难，磁环发热严重。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种大功率3D集成式三相EMI滤波器，以提升大功率滤波器的插入损耗性能，减小滤波器的体积，减小器件间的耦合，提高参数的一致性，提高滤波器的散热能力。

为实现上述目的，本发明的大功率3D集成式三相EMI滤波器，包括三相平面型共模电感1和三个平板型共模电容2，其特征在于：