用于減少電磁干擾的方法和裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于減少電磁干擾的方法和裝置。一種DC到DC的功率轉(zhuǎn)換器包括開(kāi)關(guān)電路和LC濾波器。所述LC濾波器包括電連接在電感器與線圈之間的電容器。所述電感器與所述線圈以相同的方向纏繞。所述線圈相對(duì)于所述電感器進(jìn)行布置和定向，使得從開(kāi)關(guān)電路流過(guò)所述電感器和所述線圈的電流在所述電感器和所述線圈之間引起感應(yīng)耦合。所述耦合提高了電容器的寄生電感和電容發(fā)生諧振的頻率。
【專利說(shuō)明】
用于減少電磁干擾的方法和裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本公開(kāi)總體上涉及電氣噪聲過(guò)濾，更具體地，涉及過(guò)濾來(lái)自電路的高頻噪聲。
【背景技術(shù)】
[0002] 車輛功率轉(zhuǎn)換器(諸如，DC到DC功率轉(zhuǎn)換器)可在操作期間產(chǎn)生噪聲。無(wú)源濾波器 (諸如，LC濾波器)可被用于降低該噪聲，但可能出現(xiàn)成本、重量和包裝上的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] -種功率轉(zhuǎn)換器包括:開(kāi)關(guān)電路和LC濾波器，所述LC濾波器具有電連接在電感器 與線圈之間的電容器。所述線圈以與所述電感器的纏繞方向相同的方向纏繞。所述線圈相 對(duì)于所述電感器進(jìn)行定向，使得從所述開(kāi)關(guān)電路流過(guò)所述電感器和所述線圈的電流在所述 電感器和所述線圈之間引起感應(yīng)耦合。所述感應(yīng)耦合提高了所述電容器的寄生電感和電容 發(fā)生諧振的頻率。
[0004] -種LC濾波器包括：電感器;線圈，以與所述電感器的纏繞方向相同的方向纏繞； 電容器，電連接所述電感器和所述線圈。所述線圈相對(duì)于所述電感器來(lái)布置，使得流過(guò)所述 電感器和所述線圈的電流在所述電感器和所述線圈之間引起感應(yīng)耦合，所述感應(yīng)耦合提高 了所述電容器的寄生電感和電容的諧振頻率。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述LC濾波器還包括連接所述電感器和所述電容器的 匯流條，其中，所述線圈形成在所述匯流條的一端。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述LC濾波器還包括磁芯，其中，所述電感器和所述線 圈均繞著所述磁芯纏繞。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述線圈的匝數(shù)是基于所述電感器的尺寸的。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述線圈的直徑是基于所述電感器的尺寸的。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述線圈的尺寸是基于所述電感器與所述線圈之間的 距離的。
[0010] 提供了一種用于降低與開(kāi)關(guān)電路關(guān)聯(lián)的噪聲的方法，所述方法包括：引導(dǎo)電流從 開(kāi)關(guān)電路流過(guò)LC電路的電感器和線圈，其中，電感器和線圈具有相同的纏繞方向，LC電路包 括電連接電感器和線圈的電容器以使電感器和線圈感應(yīng)耦合，從而提高電容器的寄生電感 和電容發(fā)生諧振的頻率。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，電感器和線圈均繞著同一磁芯纏繞。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1是用于測(cè)量自寄生對(duì)LC濾波器的元件的濾波衰減量的貢獻(xiàn)的示意圖；
[0013] 圖2A至圖2C是示出圖1中的元件的自寄生、輸入阻抗和輸出阻抗、輸入到輸出的衰 減的曲線圖；
[0014] 圖3是具有在電感器和輸出匯流條之間的線圈的LC濾波器電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
[0015] 圖4是描繪具有在電感器與輸出匯流條之間的線圈的LC濾波器用于降低由在輸出 匯流條中的寄生消除所產(chǎn)生的所需電感的曲線圖；
[0016] 圖5是表示具有線圈的LC濾波器的兩個(gè)端口的線性電路；
[0017] 圖6是在圖5中示出的濾波器的T型等效電路模型；
[0018] 圖7是針對(duì)特定衰減量和開(kāi)關(guān)頻率而設(shè)計(jì)的LC濾波器的示例；
[0019] 圖8是示出布置有線圈構(gòu)造的LC濾波器和未布置有線圈構(gòu)造的LC濾波器之間的性 能比較的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 在此描述本公開(kāi)的實(shí)施例。然而，應(yīng)該理解的是，所公開(kāi)的實(shí)施例僅僅是示例，并 且，其他實(shí)施例可采用各種替代形式。附圖無(wú)需按比例繪制;可夸大或最小化一些特征以示 出特定元件的細(xì)節(jié)。因此，在此公開(kāi)的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不應(yīng)被解釋為具有限制性，而僅 僅是作為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以多種方式利用實(shí)施例的代表性基礎(chǔ)。本領(lǐng)域普通技術(shù) 人員將理解的是，參照任一附圖示出并描述的各種特征可與在一個(gè)或更多個(gè)其他附圖中示 出的特征相結(jié)合，以產(chǎn)生未明確示出或描述的實(shí)施例。示出的特征的組合提供用于典型應(yīng) 用的代表性實(shí)施例。然而，針對(duì)特定應(yīng)用或?qū)崿F(xiàn)，可期望對(duì)與本公開(kāi)的教導(dǎo)一致的特征進(jìn)行 各種組合和修改。
[0021] 本公開(kāi)的實(shí)施例總體上提供了多個(gè)電路或其他電氣裝置。提及所述電路和其他電 氣裝置以及由它們中的每一個(gè)提供的功能時(shí)，都不意在受限于僅涵蓋在此示出和描述的內(nèi) 容。雖然特定標(biāo)號(hào)可被分配給公開(kāi)的各種電路或其他電氣裝置，但是這樣的標(biāo)號(hào)并不意在 限制所述電路和其他電氣裝置的操作的范圍?？苫谒谕奶囟愋偷碾姎鈱?shí)施方案， 按照任何方式將所述電路和其他電氣裝置彼此組合和/或分離。將認(rèn)識(shí)到的是，在此公開(kāi)的 任何電路或其他電氣裝置可包括任意數(shù)量的微處理器、集成電路、存儲(chǔ)裝置(例如，閃存、隨 機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(R0M)、電可編程只讀存儲(chǔ)器(EPROM)、電可擦除可編程只 讀存儲(chǔ)器(EEPR0M)或上述項(xiàng)的其他適當(dāng)變型）和軟件，它們彼此協(xié)作以執(zhí)行在此公開(kāi)的操 作。此外，任意一個(gè)或更多個(gè)電氣裝置可被配置為執(zhí)行在非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中實(shí)現(xiàn) 的計(jì)算機(jī)程序，其中，所述計(jì)算機(jī)程序被編寫(xiě)為用于執(zhí)行公開(kāi)的任意數(shù)量的功能。
[0022] 本公開(kāi)提供了一種性價(jià)比高的解決方案來(lái)改進(jìn)過(guò)濾匯流條中的噪聲。在車輛電氣 系統(tǒng)中，共模噪聲和差模噪聲可基于一個(gè)或更多個(gè)電源而被產(chǎn)生。車輛電氣系統(tǒng)可使用輸 入和/或輸出濾波器來(lái)減弱來(lái)自一個(gè)或更多個(gè)電源的噪聲。輸入和輸出濾波器可能基于濾 波器元件與在電路中緊靠近濾波器的其他元件之間的元件自寄生耦合而具有下降的性能。 濾波器設(shè)計(jì)可能需要附加元件來(lái)避免由從開(kāi)關(guān)電路產(chǎn)生的噪聲引起的性能下降。附加元件 和/或元件尺寸的增加可造成濾波器的成本增加。例如，在高頻率下的濾波器的元件可能基 于導(dǎo)致濾波器性能下降的電容器支路的負(fù)面影響而影響電感。
[0023] 提出的設(shè)計(jì)是使用在濾波器的電感器與匯流條的輸出之間的具有延長(zhǎng)線耦合設(shè) 計(jì)(線圈）的低通濾波器(LC濾波器），以允許消除LC低通濾波器的電容器支路的有效電感。 提出的配置有線圈的LC濾波器的設(shè)計(jì)還可保持低的匯流條電感。構(gòu)思包括形成線圈的輸出 匯流條線路的幾何構(gòu)造，所述構(gòu)造可包括在輸出匯流條與濾波器的電感器之間的回路或具 有多匝的回路。
[0024] 公開(kāi)的從輸出匯流條到濾波器電感器的線圈設(shè)計(jì)改進(jìn)了 LC低通濾波器的高頻性 能。該設(shè)計(jì)包括具有延長(zhǎng)線的線圈的使用，所述線圈形成回路或者形成具有多匝的回路，且 連接在LC濾波器的元件之間。該線圈設(shè)計(jì)提供互感作為與濾波器電感器串聯(lián)的附加串聯(lián)電 感，以及作為與輸出匯流條串聯(lián)的附加串聯(lián)電感。
[0025] 車輛電氣/電子元件和/或子系統(tǒng)可基于一個(gè)或更多個(gè)電磁兼容性(EMC)要求來(lái)設(shè) 計(jì)。EMC要求確保了元件和/或子系統(tǒng)不超出針對(duì)噪聲的預(yù)定義閾值或者在針對(duì)噪聲的預(yù)定 義閾值之內(nèi)。超出針對(duì)噪聲的預(yù)定義閾值的元件可能影響其他元件和/或子系統(tǒng)的性能。 [0026] 例如，DC到DC功率轉(zhuǎn)換器可基于下面示出的EMC要求來(lái)被調(diào)節(jié)：
[0027] 表 1
[0028]
[0029]如在表1中示出的，中波（AM)射頻（RF)操作在54dbuV(相對(duì)于1微伏的分貝）的 0.53MHz至1.7MHz(兆赫茲）的范圍中。因此，轉(zhuǎn)換器提供在54dbuV且在0.53MHz的頻率范圍 內(nèi)的噪聲可導(dǎo)致對(duì)AM頻率的干擾。轉(zhuǎn)換器可連接到濾波器以降低和/或充分消除噪聲。該濾 波器被用于從信號(hào)中去除不想要的頻率分量，加強(qiáng)想要的頻率分量，或者用于執(zhí)行這兩者。 [0030]濾波器(例如，LC低通濾波器)可確保電氣/電子元件不干擾其他元件和/或子系統(tǒng) 的射頻服務(wù)。在將低通濾波器與電氣/電子元件連接之前，可執(zhí)行分析以確定需要什么尺寸 的濾波器來(lái)去除不想要的頻率。例如，具有延長(zhǎng)線連接設(shè)計(jì)（即，線圈）的低通濾波器可基于 LC濾波器模型來(lái)構(gòu)建，所述LC濾波器模型用于基于如在圖1中示出的元件的貢獻(xiàn)來(lái)確定濾 波衰減量。
[0031 ]圖1是用于測(cè)量元件自寄生對(duì)LC濾波器的一個(gè)或更多個(gè)元件的濾波衰減的貢獻(xiàn)的 示意圖100。電氣簡(jiǎn)圖100包括LC濾波器101，LC濾波器101具有電容器等效電路102和電感器 等效電路104。電感器等效電路104和電容器等效電路102被配置為構(gòu)成LC濾波器101。作為 低通濾波器的LC濾波器101被配置為使頻率高于截止頻率的信號(hào)衰減。電容器等效電路102 包括彼此串聯(lián)的電容器Cseif 106、電感器Lesl 108和電阻器Resr 110。電感器Lesl 108表不LC 濾波器101的電容器102的寄生電感。電感器等效電路104 (例如，衰減電路)包括彼此并聯(lián)而 成的電感器LSeif 112、電容器Ctt 114和電阻器RCOTe 116。電感器LSeif 112是電感器等效電路 104的自電感。電容器Ctt 114是LC濾波器電感器的纏繞電容（intertwining capacitance)。 電感器等效電路104和電容器等效電路102被配置為測(cè)量LC濾波器101的濾波衰減量。
[0032]電氣簡(jiǎn)圖100是包括電壓源118的電路100，用于模擬注入LC濾波器101的噪聲。電 路100還包括模擬噪聲源阻抗的源阻抗120丄(：濾波器101可被配置為過(guò)濾由該噪聲源產(chǎn)生 的頻率。LC濾波器101的設(shè)計(jì)可基于產(chǎn)生的噪聲的幅度和期望的衰減程度而增加電感器112 和電容器106的尺寸。LC濾波器101加載有負(fù)載阻抗122。負(fù)載阻抗122跨越第二電壓V 2 130 提供電路100的輸出阻抗Zcmt 128。通過(guò)計(jì)算第二電壓V2 130與第一電壓Vi 126的電壓比來(lái) 表征LC濾波器101的性能。LC濾波器101的性能在圖2A至圖2C的曲線中示出。
[0033] 電感器等效電路104可提供下降數(shù)據(jù)以分析LC濾波器101的性能，使得濾波衰減量 的下降被描述為歸因于其在電感器LSelf 112和電容器Ctt 114之間的自寄生。例如，可通過(guò) 基于在下面的等式（1)中示出的第一諧振頻率5最大化電感器Lesl 108和電容器CSelf 106的 輸入阻抗Zin 124，來(lái)改進(jìn)濾波器101的性能。如圖1中示出的，電路100的輸入阻抗Zin 124跨 越第一電壓Vi 126。
[0034] 電路100提供變量以計(jì)算可能引起濾波衰減的元件自寄生的貢獻(xiàn)?；陔娐?00， 針對(duì)LC濾波器101的諧振頻率可基于下列等式進(jìn)行計(jì)算：
[0038]圖2A包括示出跨越第一電SVi 126的電氣簡(jiǎn)圖100的輸入阻抗Zin 124的兩幅曲線 圖201和203。曲線圖201和203具有代表頻率202的X軸和分別代表幅值206和相位204的y軸。 幅值曲線圖201示出整個(gè)頻率范圍的輸入阻抗Z in 124的幅值208。如在幅值曲線圖201中示 出的，輸入阻抗Zin 124的性能基于電容器Ctt 114開(kāi)始下降。如在曲線圖201中示出的，電容 器Ctt 114的幅值213模擬了電感器104的纏繞電容。該電容表現(xiàn)為與電感器的電感并聯(lián)，導(dǎo) 致在根據(jù)上面的等式(3)計(jì)算的值近似為10 7Hz的第三諧振頻率f3處發(fā)生諧振。對(duì)于大于第 三諧振頻率f3的頻率，輸入阻抗Ζ ιη 124受控于Ctt 114的阻抗。因此，高頻性能按照輸入阻抗 Zin 124的幅值208所示出的下降。
[0039]輸入阻抗幅值208在高頻處開(kāi)始降低(210)。相位曲線圖203示出了整個(gè)頻率范圍 的輸入阻抗相位212。如在曲線圖203中示出的，在第三頻率f3(近似為107Hz)處，相位從正九 十度改變?yōu)樨?fù)九十度，表明輸入阻抗是電容性的，且受控于Ctt 114的阻抗。
[0040] 圖2B包括示出跨越第二電壓V2 130的電路圖100的輸出阻抗Zcmt 128的兩幅曲線 圖205和207。曲線圖205和207具有代表頻率202的X軸和分別代表幅值206和相位204的y軸。 幅值曲線圖205示出了整個(gè)頻率范圍的輸出阻抗Zcmt 128的幅值214。如在幅值曲線圖205中 示出的，輸出阻抗128的性能基于模擬電容器的自阻抗的電容器CSei f 106的幅值217開(kāi)始下 降。可通過(guò)基于減小電容器支路中的電感最小化輸出阻抗來(lái)改進(jìn)LC濾波衰減。
[0041] 在電容器106于第二諧振頻率5處與電感器108發(fā)生諧振之后，輸出阻抗Zc>ut 128 的幅值214在高頻處開(kāi)始增大，其中，第二諧振頻率f2為按照上面的等式（2)計(jì)算的大于 1 〇5Hz的值。相位曲線圖207示出了整個(gè)頻率范圍的輸出阻抗Zcmt的相位216。如在曲線圖207 中示出的，LC濾波器101的相位偏移(從負(fù)九十度到正九十度)發(fā)生在相對(duì)低的頻率處。相位 偏移示出了電容器支路電感何時(shí)與電容器102的自電容發(fā)生諧振。例如，輸出阻抗Ζμ的相 位216示出了在第二諧振頻率5之后，LC濾波器101中的電容器C Self 106不再工作，從而導(dǎo)致 濾波衰減量的下降。
[0042]可通過(guò)消除在第二頻率5處發(fā)生的電容器的寄生電感與其自電容之間的諧振來(lái) 改進(jìn)LC濾波器101的高頻衰減。這樣，LC濾波器的輸出阻抗128在高頻處被最大化。
[0043]圖2C包括示出了測(cè)量的LC濾波器101的濾波衰減量的兩幅曲線圖209和211。曲線 圖209和211示出了在不同頻率下的LC濾波器101的性能。曲線圖209和211具有代表頻率202 的X軸和分別代表幅值206和相位204的y軸。測(cè)量的濾波衰減量通過(guò)如圖1中示出的LC濾波 器的配置來(lái)獲取。
[0044]幅值曲線圖209示出了整個(gè)頻率范圍的濾波衰減幅值218。如在幅值曲線圖209中 示出的，按照基于上面的等式（1)至等式(3)計(jì)算的，第一諧振頻率(??220、第二諧振頻率 (f2) 222和第三諧振頻率(f3) 224提供影響濾波衰減幅值218的噪聲。濾波衰減幅值218表明 衰減位于較高頻率處。如在第二諧振頻率(f2)222處示出的，電容器支路(電感器Lesl 108和 電阻器Resl 110)的電感與電容器的自電容發(fā)生諧振。第二諧振頻率(f2)222的后果是干擾 如表1所示的AM和FM頻帶的長(zhǎng)波的濾波衰減量的下降。電感器的有效并聯(lián)電容在第三諧振 頻率(f 3)224處與電感器的自電感發(fā)生諧振。第三諧振頻率(f3)224導(dǎo)致在如表1所示的FM頻 帶的濾波衰減量的下降。
[0045] 相位曲線圖211示出了整個(gè)頻率范圍的濾波衰減相位226。如在曲線圖211中示出 的，濾波衰減相位226表明電容器的有效電感對(duì)于濾波器性能而言是關(guān)鍵要素。
[0046] 響應(yīng)于濾波器性能在高頻下降以及電容器的有效電感對(duì)于濾波器性能而言是關(guān) 鍵要素的事實(shí)，需要改進(jìn)的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)減少過(guò)量的噪聲。濾波器設(shè)計(jì)可基于過(guò)量的噪 聲將附加電容和/或電感包括到LC濾波器的電容器支路中。較大電容器和/或電感器的添加 可能增加 LC濾波器的成本。替代附加的電容和電感，在輸出濾波器電感器與輸出匯流條之 間連接的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可充分降低噪聲。
[0047]圖3是具有在電感器308和輸出匯流條304之間的線圈312的LC濾波器電路拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)。LC濾波器電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)300包括輸出電容器306和電感器308。電感器308可被示出和模 擬為如在圖1中示出的電感器等效電路104。電容器306可被示出和模擬為如在圖1中示出的 電容器等效電路102。
[0048]電容器306的一端連接到地302,其另一端連接到電感器308與輸出匯流條304之間 的線圈312。線圈312(例如，耦合連接回路)被配置為消除電感器的寄生電容與電感器的自 電感之間的諧振(例如，產(chǎn)生有效電感310)。輸出匯流條304可具有線圈312,線圈312成形為 形成回路或者具有多匝的回路，以產(chǎn)生有效電感310。線圈可被配置為具有基于電感器、電 容器的尺寸和/或它們的組合的多匝。線圈可具有基于電感器、電容器的尺寸和/或它們的 組合的直徑。
[0049] 例如，DC到DC功率轉(zhuǎn)換器可具有配置有線圈312的LC濾波器，以消除在轉(zhuǎn)換器的開(kāi) 關(guān)電路中產(chǎn)生的噪聲。LC濾波器具有電連接在電感器308與線圈312之間的電容器306。線圈 312按照與電感器308相同的方向纏繞。線圈312被布置在電感器308與輸出匯流條304之間 并定向，使得電流從開(kāi)關(guān)電路流過(guò)電感器和線圈，產(chǎn)生感應(yīng)耦合310。線圈相對(duì)于電感器的 位置和定向（例如，距離）可基于線圈的尺寸。如圖4所示，線圈312與電感器308之間的感應(yīng) 耦合310提高了可在電容器支路中消除有效電感310的頻率。
[0050] 圖4是描繪具有線圈312的LC濾波器300降低在輸出匯流條304中的電感的曲線圖 400。曲線圖400具有代表耦合系數(shù)402的X軸和代表在匯流條404中的電感的百分比的y軸。 隨著線圈312增加在輸出匯流條304與LC濾波器的電感器308之間的回路數(shù)，匯流條電感406 衰減。
[0051 ]如在圖4中示出的，匯流條電感406按照在輸出匯流條304與濾波器電感器308之間 的線圈增加的函數(shù)而以指數(shù)形式衰減。例如，輸出匯流條304可連接到被塑形為形成回路或 者具有多匝的回路的線圈312。在線圈312(例如，耦合連接回路）中的匝數(shù)可在保持低的匯 流條電感的同時(shí)消除電容器支路的有效電感。
[0052]圖5是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的表示具有線圈的LC濾波器的兩個(gè)端口的線性電路。電路 500包括電容器等效電路102和耦合的電感器等效電路502,耦合的電感器等效電路502具有 連接到匯流條的電感器。耦合的電感器502包括耦合(510)在一起的輸入電感器L! 504和輸 出電感器L2 506。輸入電感器Li 504和輸出電感器L2 506具有相同方向的繞組。輸入電感器 U 504具有逆時(shí)針?lè)较颍–C)的繞組501。輸出電感器L2 506纏繞成CC繞組503。耦合的電感器 502在輸入電感器L! 504和輸出電感器L2 506之間產(chǎn)生耦合M12 508。
[0053] 例如，輸入電感器Li 504可以是LC濾波器的電感器308,且輸出電感器L2 506可以 是如在圖3中示出的連接到匯流條的輸出304的線圈312。電感器308和線圈312可具有按照 相同方向的繞組，使得流過(guò)電感器和線圈的電流產(chǎn)生感應(yīng)耦合。
[0054] 如在圖5中示出的，兩個(gè)電感器504和506之間的耦合510可穿過(guò)空氣。在另一實(shí)施 例中，兩個(gè)電感器504和506之間的親合510可共用同一磁芯;從而電感器504和506圍繞同一 磁芯纏繞。耦合的電感器502可被配置為消除電容器支路的有效電感，而無(wú)需針對(duì)LC電路添 加較大的電容器和/或電感器。
[0055]圖6是用于計(jì)算由圖5中的耦合的電感器502的耦合M12 508產(chǎn)生的互感的具有電容 器支路電感電路102的設(shè)計(jì)電路600。設(shè)計(jì)電路600可被用于量化由耦合的電感器502的耦合 產(chǎn)生的互感，并示出了電容器支路的元件。電容器支路電路102可被表示為如在圖1中示出 的電容器102的等效電路。電容器等效電路102包括串聯(lián)的電容器C Seif 106、電感器Lesl 108 和電阻器Resr 110。
[0056]在該實(shí)施例中，耦合的電感器502被示出為添加了產(chǎn)生的耦合值％2 508的輸入電 感器L! 504和添加了產(chǎn)生的耦合值M12 508的輸出電感器L2 506。輸入電感器L! 504和輸出 電感器L2 506具有相同方向的繞組且是串聯(lián)連接的。產(chǎn)生的耦合值M12 508被示出為產(chǎn)生的 與輸入電感器L! 504和輸出電感器L2 506串聯(lián)的負(fù)耦合值507。
[0057]設(shè)計(jì)電路600可使用幾個(gè)等式來(lái)開(kāi)發(fā)低通濾波器以滿足電氣/電子元件、子系統(tǒng) 和/或系統(tǒng)需求的衰減量Gatt(3nuate3。例如，下面的等式可用于設(shè)計(jì)被要求在具有一百千赫茲 (kHz)的頻率的開(kāi)關(guān)電路中實(shí)現(xiàn)負(fù)三十分貝（_30dB)的衰減量的低通濾波器。耦合的電感器 被配置且設(shè)計(jì)為基于下面的等式來(lái)消除電容器C Self 106。
[0059] 其中，f。是低通濾波器需要的頻率，fs是開(kāi)關(guān)頻率，Gatt_ate是衰減量。所以基于上 面的示例，如果開(kāi)關(guān)頻率fs等于一百千赫茲(kHz)，且衰減是負(fù)三十分貝，則需要 的頻率f。將大約等于17782.8Hz。
[0060] 響應(yīng)于需要的頻率f。，針對(duì)輸入電感器1^ 504和電容器Cseif 106的適當(dāng)值可基于 下面的等式進(jìn)行計(jì)算：
[0062] 繼續(xù)上面的示例，基于需要的頻率f。約等于17782.8Hz，輸入電感器U 504的值可 約等于2.69uH，且電容器CSeif 106的值可約等于30uF?；ジ蠱12可能需要基于下面等式的指 示與電容器支路電感Lesl相匹配。
[0063] Mi2 = Lesl (6)
[0064] 基于上面的示例，測(cè)量的電容器支路電感Lesl(例如，寄生電感)可約等于14.8nH。 耦合的電感器502可基于下面的等式來(lái)確定針對(duì)耦合系數(shù)k所需的輸出電感器L 2 506。
[0066] 其中，耦合系數(shù)k是兩個(gè)電感值的比。耦合系數(shù)k是可基于設(shè)計(jì)被選擇的可選值。繼 續(xù)上面的示例，如果選擇的耦合系數(shù)k是0.1，則輸出電感器L 2 506的值可約等于8.14nH。響 應(yīng)于該示例，LC濾波器設(shè)計(jì)可具有以下如在圖7中示出的指定的元件。
[0067] 圖7是針對(duì)特定衰減和開(kāi)關(guān)頻率的LC濾波器設(shè)計(jì)的示例性示例。LC濾波器設(shè)計(jì)包 括使用等式(4)至等式(7)根據(jù)上面的示例計(jì)算出的元件值。如圖8所示，具有耦合的電感器 的LC濾波器設(shè)計(jì)可提供衰減以消除電氣/電子元件和/或子系統(tǒng)的噪聲。
[0068] 例如，輸入電感器L! 504的值可約為2.69uH，電容器CSeif 106的值可約為30uF，電 容器支路電感Lesl 108的值可約為14.8nH，電阻器Resr 110的值可約為1.68ηιΩ，輸出電感器 L2 506的值可約為8.14ηΗ。
[0069] 圖8是示出布置有線圈構(gòu)造的LC濾波器和未布置有線圈構(gòu)造的LC濾波器之間的性 能比較的曲線圖。曲線圖8包括代表頻率202的X軸和代表幅值206的y軸。LC濾波器(不包括 耦合的電感器(即，線圈））可具有在高頻處使性能下降的輸出阻抗802。例如，LC濾波器可能 具有干擾如表1中列出的AM頻帶806和FM頻帶808的輸出阻抗802。
[0070] 包括耦合的電感器的LC濾波器(即，具有線圈的LC濾波器)可具有在高頻處使幅值 降低的輸出阻抗804。例如，具有耦合的電感器的LC濾波器可充分消除對(duì)AM頻帶806和FM頻 帶808的干擾。
[0071] 雖然以上描述了示例性實(shí)施例，但這些實(shí)施例并不意在描述權(quán)利要求所包含的所 有可能形式。說(shuō)明書(shū)中所使用的詞語(yǔ)是描述性詞語(yǔ)而非限制，并且應(yīng)理解的是，可在不脫離 本公開(kāi)的精神和范圍的情況下做出各種改變。如前所述，可將各種實(shí)施例的特征進(jìn)行組合 以形成本發(fā)明的可能未被明確描述或示出的進(jìn)一步的實(shí)施例。盡管各種實(shí)施例已經(jīng)被描述 為在一個(gè)或更多個(gè)期望特性方面提供優(yōu)點(diǎn)或者優(yōu)于其他實(shí)施例或者現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施方式，但 是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，一個(gè)或更多個(gè)特征或特性可被折衷以實(shí)現(xiàn)期望的整體 系統(tǒng)屬性，其依賴于特定應(yīng)用和實(shí)施方式。這些屬性可包括但不限于成本、強(qiáng)度、壽命、生命 周期成本、市場(chǎng)性、外觀、包裝、尺寸、可服務(wù)性、重量、工藝性、組裝的容易性等。因此，針對(duì) 一個(gè)或更多個(gè)特性被描述為不如其他實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施方式的實(shí)施例并非在本公開(kāi) 的范圍之外，并可被期望用于特定應(yīng)用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種功率轉(zhuǎn)換器，包括： 開(kāi)關(guān)電路； LC濾波器，包括電連接在電感器與線圈之間的電容器，其中，所述線圈以與所述電感器 的纏繞方向相同的方向纏繞，所述線圈相對(duì)于所述電感器進(jìn)行定向，使得從所述開(kāi)關(guān)電路 流過(guò)所述電感器和所述線圈的電流在所述電感器和所述線圈之間引起感應(yīng)耦合，以提高所 述電容器的寄生電感和電容發(fā)生諧振的頻率。2. 如權(quán)利要求1所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中，所述LC濾波器還包括連接所述電容器和所述 電感器的匯流條，其中，所述線圈形成在所述匯流條的一端。3. 如權(quán)利要求1所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中，所述LC濾波器還包括磁芯，其中，所述電感器 和所述線圈均繞著所述磁芯纏繞。4. 如權(quán)利要求1所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中，所述線圈的匝數(shù)是基于所述電感器的尺寸 的。5. 如權(quán)利要求1所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中，所述線圈的直徑是基于所述電感器的尺寸 的。6. 如權(quán)利要求1所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中，所述線圈的尺寸是基于所述電感器與所述線 圈之間的距離的。
【文檔編號(hào)】H02M1/44GK106026631SQ201610173251
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年3月24日
【發(fā)明人】穆罕默德·艾爾沙伊爾, 陳清麒
【申請(qǐng)人】福特全球技術(shù)公司