跟着电力电子技术的开展，开关电源的作业频率越来越高，由此带来的电磁搅扰（EMI）问题也日益严重。为了避免EMI发射水平超越相关的规范，一般会选用EMI 滤波器。在一个前端变换器中，传统方式的EMI 滤波器一般要占整个电源体积的15%～20%。因为要求开关电源的体积将越来越小，EMI 滤波器的尺度也相同需求减小。
鉴于此，Van Wyk， J.D.提出一种电磁集成结构的EMI滤波器。经过选用平面PCB绕组电感电容的集成结构，把一切的无源元件均集成到一个单元中。在这种结构中，需求运用一个体积较大的磁芯。J. Biela 提出一种无源集成结构和混合有源集成结构，能够减小磁芯的高度和尺度，可是整个滤波器的面积大大添加，并且功率下降。
前述的这些集成EMI滤波器的办法均是依据平面PCB集成绕组结构。本文提出一种新式EMI滤波器结构，依据柔性多层带材绕组的电感电容集成结构。并制作了一个样机，作为1000W，220V/50Hz输入，DC48V输出前端变换器的EMI滤波器。给出了试验成果。
2、平面PCB绕组与柔性多层带材绕组比较
平面PCB绕组与柔性多层带材绕组别离如图1、图2所示。他们的根本结构均由两层导体与中心的介质层组成，而把这种绕组绕在磁心上时，能够完成电感电容的集成元件。
图3为这两种绕组绕于磁心上时的顶视图，其间w是绕组宽度，g为相邻匝之间的间隔，a和b别离为矩形磁心柱截面的边长。别的，界说n为匝数，h为绕组的高度。
由此能够得到绕组总长度的核算公式如下：
在实践使用中，平面PCB绕组的宽度w比高度h要大得多，而关于柔性多层带材绕组来说，w则远远小于h。且因为工艺与绝缘的要求，平面PCB的匝间间隔g也远远大于柔性多层带材绕组。假如两种使用的磁心相同，绕组匝数相同，从公式（1）咱们能够看出平面PCB绕组的总长度将比柔性多层带材绕组长度要大得多，并且跟着匝数n的添加，距离越大。
图4. 两种绕组长度比较
经过图4能够更清楚的看到这一点，这儿假定a=b=10mm，而其他参数如表1所示。能够看到，跟着匝数的添加，柔性多层带材绕组在长度上的优势就越显着。绕组越长意味着用铜量越大，损耗也越大，或许也导致体积越大。因而，这是柔性多层带材绕组使用于无源元件集成的一个重要长处。
3、集成结构
如图5所示为一种柔性多层带材的图形描绘，由两层导体、一层介质及一层绝缘组成。当把这种带材绕制在磁心上，就能够一起得到必定的电感和电容。
咱们提出的依据柔性多层带材绕组的集成EMI结构如图6所示。选用一组UU（或UI）磁心，在磁心的两个柱上别离绕了一个柔性多层带材绕组。这样的一种结构能够把共模电感、差模电感和共模电容集成为一个元件。依照图7所示的衔接办法，加上外加的差模电容，就能够得到一个完好的EMI滤波电路。
集成EMI滤波器的等效电路如图8所示，虚线框中的电路部分为集成元件的等效电路。两个柔性绕组经过磁心构成的闭合磁路耦合构成共模电感LCM，每个绕组中的两层铜箔与中心的介质层构成共模电容CCM，且因为差模电感一般只要共模电感1%巨细，所以能够使用两个绕组漏感完成。而假如漏感比所需求的差模电感小时，能够选用一些增大漏感的办法。
如图9所示给出了4种增大漏感的办法。图9（a）在根本结构的顶部添加一个U形磁心，它的边柱上别离绕有若干匝导线用于完成差模电感，它与根本结构的主磁心共用一部分磁路。选用这种办法能够很简单的得到所需的差模电感，价值是整个滤波器的高度和体积都有所添加。因为能够使用漏感来完成DM电感，所以能够选用一些减小两个柔性绕组之间的耦合系数的办法，使得漏感增大。图9（b）~（d）所示为依据此的不同完成途径。如添加低磁导率资料的中柱、添加带气隙的中柱或许在两头绕组外包裹导磁带材都能够完成这个方针。
图9. 添加差模电感的办法
下面将给出一些重要的公式和约束条件。依据这些公式，能够依据选定的参数规划适宜的集成EMI滤波器。
共模电感核算：
这儿µeff磁心的等效相对磁导率，n为匝数，Ae磁心有用截面积，le为等效磁路长度。
差模电感由绕组间的漏感完成。因为差模电流磁通在主磁路中绝大部分相互抵销，因而磁通密度的限定值由DM电感和电流峰值决议：
这儿B为DM电感构成的磁通密度。它有必要小于磁心资料的饱满磁通密度以避免磁心饱满。
共模电容：
这儿εr为介质的相对介电常熟，l为绕组的总长度，w为导体宽度，d为介质的厚度。
介质的厚度有必要要满意其击穿电压大于最大电源电压的约束条件。
绕组总长度核算公式为：
这儿a和b为磁心柱截面的边长，d为绕组厚度，n为绕组的匝数。
柔性绕组的厚度d和宽度w要满意如下的约束条件：
d wcore/2n （6）
这儿wcore 是磁心窗口宽度；
w hcore （7）
这儿 hcore 是磁心窗口高度。
4、磁心资料非线性的影响
依据如图10所示的一种铁氧体磁心资料的复磁导率曲线，磁导率的实部表明电感元件的阻性部分也便是损耗，虚部代表理性部分。能够看到跟着频率的添加，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。
铁氧体磁心资料的复磁导率核算公式如下： 
L0表明当相对磁导率为1时的电感值：
图11. 共模电感理论与测验阻抗曲线
因为EMI滤波器的有用作业频率为150kHz～30MHz，有必要考虑磁心资料的非线性特性。不然关于集成EMI滤波器的模型剖析在高频时将与实践情况不同较大，也就失去了剖析的含义。图11中给出了CM电感的核算与测验阻抗曲线，其间别离给出了考虑磁心非线性和不考虑磁心非线性的阻抗曲线。能够看到，考虑磁心非线性的模型在高频段与测验曲线符合的更好。
5、试验
依据前面提出的集成结构与办法，规划并制作了一个集成EMI滤波器的样机，图12中给出了它的相片。磁心选用的为东磁的UF33，资料为R10K，初始磁导率为10000。在磁心的两个边柱上别离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。选用的介质资料为聚丙烯。选用的绝缘资料为聚酰亚胺。
图13用网络/频谱剖析仪丈量得到集成EMI滤波器的共模刺进损耗，图14为集成EMI滤波器的差模刺进损耗。在开关电源中一般共模搅扰占主导。集成EMI滤波器的共模刺进曲线在150kHz~30MHz范围内具有较好的衰减功能，不过在4MHz~6MHz处有一个反向的尖峰或许对功能形成影响。
为了查验样机的滤波特性，选用了一台单相的前端变换器产品，把集成EMI滤波器嵌入其间，如图15所示。
传导EMI测验成果如图16所示。根本上满意了CISPR-22 Class A 的规范，除了文中提到到的4MHz～6MHz范围内的功能有待进步，与图13中的刺进损耗曲线是相对应的。
样机的温升曲线如图17所示（环境温度为摄氏16℃）。在满载作业30min条件下，集成绕组的温度不超越32℃，远低于介质资料的最高安全作业温度90℃。集成EMI滤波器的功率曲线如图18所示，在各种负载条件下功率均高于99%。
6、总结
本文提出了一种新式的集成EMI滤波器，它是依据柔性多层带材绕组这样一种新式的集成绕组完成的。它把一切共模电感、差模电感与共模电容集成在同一个元件中。制作了样机并进行了试验验证，试验成果表明此完成办法的有用性。
7、称谢
本文作者衷心感谢日本富士电机体系有限公司对本项目的支撑。
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