专利名称：一种滤波电容器寄生电感的消除装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种元器件寄生参数的消除装置，特别是涉及一种滤波电容器寄生电
感的消除装置。
背景技术：
电容器工作在高频条件下，其等效模型由自身电容Cn、等效电感Ln及等效电阻 Ru串联构成，如图1所示。由于寄生电感的存在，电容支路上会发生谐振，高于谐振频率的 阻抗特性表现为感性，这使得电容器对高频噪声的旁路作用骤减，从而降低了电容器的高 频性能。 为了改善电容器的高频特性，国内外学者对电容器寄生电感的消除，尤其是EMI 滤波器中的电容器寄生电感的消除做了大量研究，目前在该技术领域，发展出了两种方 法 其一，为多电容器并联方法，电容器的寄生电感和寄生电阻因并联而变小。弗吉尼 亚理工大学Wang S.提出了一种电容器交叉并联的结构，经电路等效后，可将滤波电容器的 寄生电感消除。但是电容并联需要增加电容器数量，使得EMI滤波器的体积变大。
其二，采用耦合电感法抵消滤波电容器的寄生电感。 图2所示为2007年出现了一种消除EMI滤波器差模电容器寄生电感的新方法， (专利号US 7180389B2)，它利用一个3/4匝的线圈La紧贴在电容器Ca的一侧，使得此线 圈与这个电容器的寄生电感1^的互感等于此寄生电感L^从而消除电容器寄生电感的影 响，提高整个滤波器的高频特性。但是对于不同的电容器制作3/4匝线圈时存在较大的离 散性，因此不易控制它与电容器寄生电感的互感值。 图3A所示为美国学者T.C.Neugebauer等提出了一种消除电容器寄生电感的结 构，图中线圈301为上层PCB绕线，302为下层PCB板绕线，在0点处由过孔连在一起，将其 安装在电容器的下方。此种方法在不增加EMI滤波器物理体积的情况下，应用两个平面螺 线圈的互感有效地消除了电容器的寄生电感，这为EMI滤波器寄生效应研究开辟了新的途 径。图3B为沿着M-N线的截面图，上下两线圈301和302正对分布，二者间的分布电容C31 较大，因此将会带来二次寄生效应问题，影响消除效果。
发明内容
发明目的 本发明的目的是为了提供一种电容器寄生电感的消除装置，与现有技术相比，在
消除电容器寄生电感时，减小了附加消除装置之后带来的二次寄生电容。
发明内容
本发明为实现上述发明目的，采用如下技术方案， —种滤波电容器寄生电感的消除装置，包括印刷电路板、上层平面螺旋线圈、下层 平面螺旋线圈，所述印刷电路板上表面设置上层平面螺旋线圈，印刷电路板下表面设置下
3层平面螺旋线圈，印刷电路板上还设置第一过孔、第二过孔，所述上层平面螺旋线圈与下层
平面螺旋线圈交错排布，上层平面螺旋线圈的异名端与下层平面螺旋线圈的同名端通过第
一过孔相连；第一过孔连接电容器的第一引脚、第二过孔连接电容器的第二引脚。 本发明滤波电容器寄生电感的消除装置所述上层平面螺旋线圈、下层平面螺旋线
圈分别由im个半径依次按绕线宽度增大的半圆型PCB绕线首尾相接而构成，其中im为正
整数，im根据寄生电感的大小确定。 本发明的上、下层平面螺旋线圈包含的半圆型PCB绕线个数可以相同，也可以不 同。所述上下层平面螺旋线圈中半径相同的半圆PCB绕线镜像对称，从而使得上下层平面 螺旋线圈交错排布。然后上下层平面螺旋线圈通过一个过孔E串联在一起，形成一个顺向 耦合结构，即上下层螺旋线圈中的电流流向相同。同时过孔E作为放置电容器一个引脚之 用，根据所述电容器的寄生电感值，通过控制上下层线圈中半圆型PCB绕线的个数，使得互 感与寄生电感值相等。
有益效果 本发明采用了上述平面PCB绕线交错结构，使得本发明不仅不会增加滤波器的体 积和成本，而且上下两层绕线的正对面积减小，有效降低了消除装置的二次寄生电容对电 容器高频特性改善的影响。 本发明提供的电容器寄生电感的消除装置可以方便控制上下层线圈之间的互感。
本发明可应用于EMI滤波器、LC低通滤波器及带通滤波器等含电容器的滤波装 置，改善电容器的高频特性，以此提高滤波器的插入损耗。
图1是一个实际电容器的模型。 图2是US 7180389B2所示的3/4匝线圈消除电容器寄生电感的结构图。 图3A是已有技术中一种电容器寄生电感消除装置的结构。 图3B是沿着图3A所示的M_N线的剖面放大图。 图4A是一种新型电容器寄生电感消除装置。 图4B是图4A的等效电路。 图4C是图4B解耦合等效电路。 图5是单层平面螺旋绕组结构。 图6是沿着图4A所示的M-N线的剖面放大图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明 如图4A所示的实例，本发明提供的电容器寄生电感的消除装置包括一块安装电 容器404的PCB板401，两个PCB绕线线圈402和403，所述线圈分别在所述PCB板的上下 两层，并且为顺向耦合，即上层线圈402的A端与下层线圈403的C端为同名端，B、 C端由 过孔E相连。电容器404的引脚G和H分别安装在过孔E和F上，按照上述连接，电容器的 寄生电感可以被消除。 图4B为图4A的等效电路图，上下层的PCB线圈402和403的电感值分别为L41和
4L42，M41为互感，C42为线圈402和403之间的分布电容，C41为电容器404的电容值，L43为电 容器404的寄生电感，1 41为电容器404的寄生电阻。图4B解耦之后的等效电路如图4C，产 生一个负电感，控制此负电感的大小，使之等于电容器的寄生电感L^就可以消除寄生电感 对电容器滤波效果的影响。 本发明的电容器寄生电感的消除装置的单层电感绕组是由im个半径依次按绕线 宽度增大的半圆型PCB绕线首尾相接构成，上下层的匝数可以相等也可以不相等，仅仅保 证其互感与电容器寄生电感匹配即可。此实例中上下层线圈匝数相同，单层线圈结构的尺 寸如图5所示。Qi表示半圆，可描述为ri二0.5[2r,(i-l) (w+s) ] 、& = 0. 5 (i-l) (w+s)]， (i = 1，2，3，4……)，ri为第i个半圆内半径，&为第i个半圆外半径，din为最小 半圆内直径，w为绕线宽度，s为绕线间距，为充分利用空间而又能实现交错的目的，使得绕 线间距与绕线宽度相等，即w二s。另外，螺旋线圈的匝数定义为n二i乂2，其中，im为单 层绕组包含半圆个数。 所述互感由所述上下两层PCB线圈的匝数、外半径及PCB板的厚度h决定，常用 PCB板的厚度为固定值，绕线的宽度根据电流密度确定。因此可以通过改变绕线的匝数n以 及第一个半圆的半径巧即可以控制互感值，使之与电容器寄生电感匹配。
可以根据似=^争2("1 + &)0，其中，;1 =0.5[2n + 2w + (,m—D(w + "]为最大的半径，为最 小半径，①根据下列式子确定其数值，。,+ _》+ ^v + ^p>^ + (1+R—^4 + >2)111，— [画]争fr卡+V)f肌tan，-"^+》2—^4_^v+^" 其中，产^，"^，h为PCB板厚度。根据应用中具体的电容器寄生电感的
值，以及电容器的封装形式确定巧的大小，从而可以计算得到合适消除装置的半圆个数im， 此数值取整。 图6为图4A中沿着M-N线的剖面图，图中电容C42为上下层线圈403和402之间 分布电容称为二次寄生电容，本发明提供的电容器寄生电感消除装置，其上下两层PCB电 感线圈为交错排布，上层线圈403和下层线圈402在M-N处完全交错，有效减小了二次寄生 电容C42的大小，降低了附件消除装置之后给滤波电路带来的二次寄生电容的影响。
上面详细描述了本发明的一个上下层线圈的匝数相等的具体实例，但是应当理 解，本发明的实施方式并不仅限于此，此实例仅用于帮助理解本发明，对本发明所作的上下
层匝数不同的实例，也应包含在本发明的范围内。
权利要求
一种滤波电容器寄生电感的消除装置，其特征在于包括印刷电路板(401)、上层平面螺旋线圈(402)、下层平面螺旋线圈(403)，所述印刷电路板(401)上表面设置上层平面螺旋线圈(402)，印刷电路板(401)下表面设置下层平面螺旋线圈(403)，印刷电路板(401)上还设置第一过孔(E)、第二过孔(F)，所述上层平面螺旋线圈(402)与下层平面螺旋线圈(403)交错排布，上层平面螺旋线圈(402)的异名端与下层平面螺旋线圈(403)的同名端通过第一过孔(E)相连；第一过孔(E)连接电容器(404)的第一引脚(G)、第二过孔(F)连接电容器(404)的第二引脚(H)。
2. 根据权利要求1所述的滤波电容器寄生电感的消除装置，其特征在于所述上层平面螺旋线圈(402)、下层平面螺旋线圈(403)分别由im个半径依次按绕线宽度增大的半圆型PCB绕线首尾相接而构成，其中im为正整数，im根据寄生电感的大小确定。
全文摘要
本发明提供一种滤波电容器寄生电感的消除装置，包含一个印刷电路板(401)，以及在所述印刷电路板(401)的上层平面螺旋线圈(402)和下层平面螺旋线圈(403)，所述上下两层平面螺旋线圈是由im个半径依次增大的半圆型PCB绕线首尾相接而构成，且半径相同的半圆PCB绕线镜像对称，从而使得上下层平面线圈交错排布，同时上下两层平面螺旋线圈通过设置在印刷电路板(401)上的一个过孔E串联在一起，形成一个顺向耦合结构，即上下层线圈中的电流流向相同。过孔E同时作为放置电容器一个引脚之用，根据所述电容器的寄生电感值，通过控制上下层线圈中半圆型PCB绕线的个数，使得互感与寄生电感值相等。
文档编号H03H1/00GK101707478SQ200910234339
公开日2010年5月12日 申请日期2009年11月24日 优先权日2009年11月24日
发明者周小林, 崔永生, 武丽芳, 王世山 申请人:南京航空航天大学