用于耦合消除的方法和設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于耦合消除的方法和設(shè)備。一種DC到DC電力轉(zhuǎn)換器包括開關(guān)電路和LC濾波器，所述LC濾波器被配置為減小寄生電感。所述LC濾波器包括電感器、電容器和線圈，其中，所述線圈相對(duì)于所述電容器進(jìn)行布置和定向，并電連接到所述電容器。與電容器布置在一起的線圈提供通過(guò)所述開關(guān)電路的操作引起的脈動(dòng)電流，所述脈動(dòng)電流按照相反的方向流過(guò)所述電容器和所述線圈。流過(guò)所述線圈的脈動(dòng)電流使得由所述電容器產(chǎn)生的磁場(chǎng)衰減，同時(shí)減小了所述電容器的寄生電感。
【專利說(shuō)明】
用于輔合消除的方法和設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本公開總體上設(shè)及電氣噪聲過(guò)濾，更具體地，設(shè)及過(guò)濾來(lái)自電路的高頻噪聲。
【背景技術(shù)】
[0002] 車輛電力轉(zhuǎn)換器(諸如，DC到DC電力轉(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、重量和包裝的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] -種DC到DC電力轉(zhuǎn)換器包括開關(guān)電路和LC濾波器，所述LC濾波器被配置為減小寄 生電感。所述LC濾波器包括電感器、電容器和線圈，其中，所述線圈相對(duì)于所述電容器進(jìn)行 布置和定向，并電連接到所述電容器。與電容器布置在一起的線圈提供由所述開關(guān)電路的 操作引起的脈動(dòng)電流，所述脈動(dòng)電流按照相反的方向流過(guò)所述電容器和所述線圈。流過(guò)所 述線圈的脈動(dòng)電流使得由所述電容器產(chǎn)生的磁場(chǎng)衰減，同時(shí)減小了所述電容器的寄生電 感。
[0004] 本發(fā)明提供一種DC到DC電力轉(zhuǎn)換器，所述DC到DC電力轉(zhuǎn)換器包括:開關(guān)電路;LC濾 波器，包括電感器、電容器和線圈，其中，所述線圈相對(duì)于所述電容器進(jìn)行布置和定向，并電 連接到所述電容器，使得通過(guò)所述開關(guān)電路的操作引起的脈動(dòng)電流W相反的方向流過(guò)所述 電容器和所述線圈，W使得由所述電容器產(chǎn)生的磁場(chǎng)衰減，從而減小所述電容器的寄生電 感。
[0005] -種LC濾波器包括電感器、電容器和線圈，線圈與電容器串聯(lián)地進(jìn)行電連接并堆 疊在電容器上。線圈可具有基于電容器的尺寸的預(yù)定義的應(yīng)數(shù)和直徑。線圈可與電容器一 起進(jìn)行布置和定向，W使脈動(dòng)電流W相反的方向流過(guò)電容器和線圈。W相反方向流動(dòng)的脈 動(dòng)電流導(dǎo)致電容器與線圈之間的磁場(chǎng)偏移，W減小電容器的寄生電感。
[0006] 本發(fā)明提供一種LC濾波器，所述LC濾波器包括:電感器;電容器，電連接到電感器； 線圈，與電容器串聯(lián)地進(jìn)行電連接并堆疊在電容器上，使得脈動(dòng)電流W相反的方向流過(guò)電 容器和線圈，導(dǎo)致電容器與線圈之間的磁場(chǎng)偏移，W減小電容器的寄生電感，線圈具有基于 電容器的尺寸的預(yù)定義的應(yīng)數(shù)和直徑。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，電容器和線圈在彼此的頂部堆疊。
[000引根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，線圈與電感器電連接。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，線圈的應(yīng)數(shù)是基于電容器的尺寸W及電容器的寄生電 感與線圈的電感之間的期望禪合的。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，線圈的直徑是基于電容器的尺寸W及電容器的寄生電 感與線圈的電感之間的期望禪合的。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，線圈連接在開關(guān)電路的輸入處。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，線圈連接在開關(guān)電路的輸出處。
[0013]提供了一種用于使配置有LC濾波器的電力轉(zhuǎn)換器的磁場(chǎng)衰減的方法。所述方法可 通過(guò)配置LC濾波器的電感器和線圈來(lái)引導(dǎo)從電容器到線圈的脈動(dòng)電流，W使由LC濾波器的 電容器產(chǎn)生的磁場(chǎng)衰減。所述方法引導(dǎo)脈動(dòng)電流W相反的方向流過(guò)電容器和線圈，W減小 電容器的寄生電感。
[0014] 本發(fā)明提供一種用于使電力轉(zhuǎn)換器的磁場(chǎng)衰減的方法，所述方法包括:通過(guò)引導(dǎo) 從電容器到線圈的脈動(dòng)電流使得脈動(dòng)電流W相反的方向流過(guò)電容器和線圈，W使由包括電 感器和線圈的LC濾波器的電容器產(chǎn)生的磁場(chǎng)衰減，從而減小電容器的寄生電感。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，電容器和線圈在彼此的頂部堆疊。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，線圈的應(yīng)數(shù)是基于電容器的尺寸W及電容器的寄生電 感與線圈的電感之間的期望禪合的。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，線圈直徑是基于電容器的尺寸W及電容器的寄生電感 與線圈的電感之間的期望禪合的。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述方法還包括:將線圈連接在開關(guān)電路的輸入處。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述方法還包括:將線圈連接在開關(guān)電路的輸出處。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1是用于測(cè)量自寄生對(duì)LC濾波器的一個(gè)或更多個(gè)組件的濾波器衰減的貢獻(xiàn)的電 路圖；
[0021] 圖2A至圖2C是示出圖1中的濾波器組件的自寄生、輸入阻抗和輸出阻抗W及輸入 到輸出的衰減的曲線圖；
[0022] 圖3是具有電感器和電容器之間的線圈的LC濾波器電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
[0023] 圖4是描繪具有電感器和電容器之間的線圈的LC濾波器和不具有電感器和電容器 之間的線圈的LC濾波器的曲線圖；
[0024] 圖5是描繪具有線圈配置的LC濾波器和不具有線圈配置的LC濾波器的電容器阻抗 的曲線圖；
[0025] 圖6是具有用于計(jì)算由線圈的禪合Ml產(chǎn)生的電容器阻抗的電容器支路電感電路 102的設(shè)計(jì)電路；
[0026] 圖7是示出線圈改進(jìn)針對(duì)電路的衰減的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 在此描述本公開的實(shí)施例。然而，應(yīng)該理解的是，所公開的實(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W示 出特定組件的細(xì)節(jié)。因此，在此公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不應(yīng)被解釋為具有限制性，而僅 僅作為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員W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 的特征組合，W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，與本公開的教導(dǎo)一致的特征的多種組合和變型可被期望用于特定應(yīng) 用或?qū)嵤┓绞健?br>[0028] 本公開的實(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W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)可被分配給公開的多個(gè)電路或其他電氣裝置，但是運(yùn)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范圍。可基于所期望的特定類型的電氣實(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(ROM)、電可編程只讀存儲(chǔ)器化PROM)、電可擦除可編程只讀 存儲(chǔ)器化EPROM)或上述項(xiàng)的其他適當(dāng)變型）和軟件，它們彼此協(xié)作W執(zhí)行在此公開的操作。 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)程序被編寫為用于執(zhí)行公開的任意數(shù)量的功能。
[0029] 本公開提供了一種用于改進(jìn)匯流條中的噪聲的過(guò)濾的高性價(jià)比的解決方案。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 于濾波器組件與在電路中緊鄰濾波器的其他組件之間的組件自寄生禪合而具有下降的性 能。濾波器設(shè)計(jì)可能需要附加組件來(lái)避免由從開關(guān)電路產(chǎn)生的噪聲引起的性能下降。附加 組件和/或在組件大小的增加可造成濾波器成本的增加。例如，在高頻率下的濾波器的組件 可能基于電容器的寄生電感與匯流條之間的感應(yīng)禪合而影響電感。
[0030] 提出的設(shè)計(jì)是使用低通濾波器化C濾波器)配置來(lái)改進(jìn)電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的濾波器 性能。濾波器配置針對(duì)低通LC濾波器被設(shè)計(jì)為對(duì)匯流條與電容器之間的感應(yīng)禪合進(jìn)行去 禪。電路配置在將電感器連接到電容器的匯流條與電容器的寄生電感之間引入負(fù)禪合。負(fù) 禪合可在電容器支路上引入負(fù)電感。負(fù)禪合可使電容器支路寄生電感最小化。對(duì)LC濾波器 使用附加電感器和更大的電容器可消除電容器的寄生電感與匯流條之間的感應(yīng)禪合。濾波 器配置可使在其截止頻率之后濾波器的輸入阻抗最大化且濾波器的輸出阻抗最小化。
[0031] 例如，在高頻處，電感器電容使濾波器的輸入阻抗降低，使得輸出阻抗僅受到電容 器支路阻抗的控制。因此，在高頻處，電容器的寄生電感充當(dāng)天線并與來(lái)自電感器匯流條的 噪聲進(jìn)行禪合。為了最大化濾波器的輸入阻抗，提出的濾波器配置使用與輸出電容器串聯(lián) 的附加電感。附加電感提高了輸出阻抗。從而，為了去禪，濾波器配置提供更大的電容器，W 提供與通過(guò)濾波器的磁場(chǎng)反向且同相位的磁場(chǎng)。
[0032] 車輛電氣/電子組件和/或子系統(tǒng)基于一個(gè)或更多個(gè)電磁兼容性化MC)要求來(lái)設(shè) 計(jì)。EMC要求確保了組件和/或子系統(tǒng)不超過(guò)針對(duì)噪聲的預(yù)定義闊值或者在針對(duì)噪聲的預(yù)定 義闊值之內(nèi)。超過(guò)針對(duì)噪聲的預(yù)定義闊值的組件可能影響其他組件和/或子系統(tǒng)的性能。
[0033] 例如，可基于下面示出的EMC要求來(lái)調(diào)節(jié)DC到DC電力轉(zhuǎn)換器：
[0034] 表 1
[0035]
[0036] 如在表1中示出的，中波（AM)射頻（RF)操作在54化uV(相對(duì)于1微伏的分貝）的 0.53MHz至1.7MHz(兆赫茲）的范圍內(nèi)。因此，轉(zhuǎn)換器提供在54化uV和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W降低和/或基本消除噪聲。該濾波 器被用于從信號(hào)中去除不想要的頻率分量、增強(qiáng)想要的頻率分量，或者用于執(zhí)行運(yùn)兩者。
[0037] 濾波器(例如，LC低通濾波器)可確保電氣/電子組件不干擾其他組件和/或子系統(tǒng) 的射頻服務(wù)。在將低通濾波器與電氣/電子組件連接之前，可執(zhí)行分析W確定需要什么尺寸 的濾波器來(lái)去除不想要的頻率。例如，具有禪合設(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中示出的組件的貢獻(xiàn)來(lái)確定濾波衰減 量。
[0038] 圖1是用于測(cè)量組件自寄生對(duì)LC濾波器的一個(gè)或更多個(gè)組件的濾波衰減量的貢獻(xiàn) 的電路圖100。電路圖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，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表示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)包括被配置為彼 此并聯(lián)的電感器Lself 112、電容器Ctt 114和電阻器Rcore 116。電感器Lself 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。
[0039] 電路圖100是用于模擬注入LC濾波器101的噪聲的包括電壓源118的電路100。電路 100還包括模擬噪聲源阻抗的源阻抗120"LC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提供跨越第二電壓V2 130的電路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。
[0040] 電感器等效電路104可提供下降數(shù)據(jù)W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Lseif 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fi最大化電感器Lesl 108和電容器Cseif 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是 跨越第一電壓Vi 126的阻抗。
[0041] 電路100提供用于計(jì)算可能導(dǎo)致濾波器衰減的組件自寄生的貢獻(xiàn)的變量?；陔?路100,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：
[0045] 圖2A包括示出跨越第一電壓Vi 126的電路圖100的輸入阻抗Zin 124的兩幅曲線圖 201和203。曲線圖201和203具有表示頻率202的X軸和分別表示幅值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Zi。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開始下降。如在曲線圖201中示出的，電容器 Cttll4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107化的第Ξ諧振頻率f3處發(fā)生諧振。對(duì)于大于第Ξ諧 振頻率f3的頻率，輸入阻抗Zin 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。
[0046] 輸入阻抗幅值208在高頻處開始降低(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Ξ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。
[0047] 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具有表示頻率202的X軸和分別表示幅值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Zout 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Cseif 106的幅值217開始下 降?？赏ㄟ^(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濾波器衰減。
[004引在電容器106于第二諧振頻率f2處與電感器108發(fā)生諧振之后，輸出阻抗Znut 128 的幅值214在高頻處開始增大，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 05化的值。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Znut的相 位216示出了在第二諧振頻率f2之后，LC濾波器101中的電容器Cseif 106不再工作，從而導(dǎo)致 濾波衰減量的下降。
[0049] 可通過(guò)消除在第二頻率f2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。運(yùn)樣，LC濾波器的輸出阻抗128在高頻處被最大化。
[0050] 圖2C包括示出了LC濾波器101的測(cè)量的濾波器衰減的兩幅曲線圖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具有表示頻率202 的X軸和分別表示幅值206和相位204的y軸。測(cè)量的濾波器衰減通過(guò)如圖1中示出的LC濾波 器的配置來(lái)獲取。
[0051] 幅值曲線圖209示出了整個(gè)頻率范圍的濾波器衰減幅值218。如在幅值曲線圖209 中示出的，如基于上面的等式（1)至等式(3)計(jì)算的，第一諧振頻率(fi)220、第二諧振頻率 (f2)222和第Ξ諧振頻率(f3)224提供影響濾波器衰減幅值218的噪聲。濾波器衰減幅值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和電容器Cseif 106)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Ξ 諧振頻率(f3)224處與電感器的自電感發(fā)生諧振。第Ξ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。
[0052] 相位曲線圖211示出了整個(gè)頻率范圍的濾波器衰減相位226。如在曲線圖211中示 出的，濾波器衰減相位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。
[0053] 響應(yīng)于濾波器性能在高頻下降W及電容器的有效電感對(duì)于濾波器性能而言是要 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 IX濾波器的成本。替代附加的電容和電感，具有與電容器電連接且位于電感器與電容 器之間的線圈的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可充分降低噪聲。
[0054] 圖3是具有電感器308、電容器306 W及與電容器306連接的線圈312的LC濾波器電 路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)300。線圈312可相對(duì)于電容器306進(jìn)行布置和定向。如在圖1中示出的，電容器 306可被模擬為電容器等效電路102。
[0055] 電容器306的一端連接到地302,另一端連接在線圈312與輸出匯流條304之間。線 圈312(例如，禪合連接)被配置為與電容器306-起產(chǎn)生負(fù)的感應(yīng)禪合310, W減少電容器 306的寄生電感。負(fù)的感應(yīng)禪合310是基于W相反方向流過(guò)線圈312和電容器306的脈動(dòng)電 流。在線圈312中W與在電容器中的脈動(dòng)電流相反方向流動(dòng)的脈動(dòng)電流使得由電容器306產(chǎn) 生的磁場(chǎng)衰減。
[0056] 例如，電力轉(zhuǎn)換器可具有在操作期間產(chǎn)生脈動(dòng)電流的開關(guān)電路。電力轉(zhuǎn)換器配置 有LC濾波器300, W消除在開關(guān)電路中產(chǎn)生的噪聲。LC濾波器300可具有線圈312,線圈312堆 疊在電容器306頂部上且電連接在電感器308和電容器306之間。具有電容器的線圈312配置 引導(dǎo)由開關(guān)電路的操作引起的脈動(dòng)電流W相反的方向流過(guò)電容器306和線圈312, W使得由 電容器306產(chǎn)生的磁場(chǎng)衰減。線圈312可具有基于電容器306的尺寸的應(yīng)數(shù)和/或直徑。線圈 312可具有基于電容器306的寄生電感與線圈312的電感之間的期望的禪合的應(yīng)數(shù)和/或直 徑。具有線圈312配置的LC濾波器300可被布置在開關(guān)電路的輸入或輸出。
[0057] 圖4是描繪具有在電感器和電容器之間的線圈配置的LC濾波器的和不具有在電感 器和電容器之間的線圈配置的LC濾波器的曲線圖400和401。曲線圖400示出使用具有在電 感器與電容器之間的線圈配置的LC濾波器對(duì)第二諧振頻率(f2)的改進(jìn)。曲線圖400具有表 示W(wǎng)赫茲為單位的頻率402的X軸和表示W(wǎng)分貝為單位的幅值404的y軸。不具有線圈禪合的 LC濾波器示出了濾波器衰減幅值406,濾波器衰減幅值406具有在可能干擾表1中示出的AM 和FM頻帶的頻率處的濾波衰減量的下降。具有線圈配置的LC濾波器的結(jié)果示出了改進(jìn)濾波 器衰減的濾波器衰減幅值408"LC濾波器的傳遞函數(shù)被測(cè)量，并且結(jié)果顯示引入的負(fù)電感進(jìn) 一步改進(jìn)了高頻處的濾波器衰減。
[0058] 曲線圖401示出了具有線圈配置的LC濾波器和不具有線圈配置的LC濾波器的負(fù)的 感應(yīng)禪合測(cè)量。曲線圖401具有表示頻率402的X軸和表示幅值404的y軸。不具有線圈禪合的 LC濾波器示出：由于LC濾波器的電容產(chǎn)生的磁場(chǎng)，負(fù)的感應(yīng)禪合幅值410在高頻處開始下 降。具有線圈禪合的LC濾波器在曲線圖上被示出為具有使得由電容器產(chǎn)生的磁場(chǎng)衰減的負(fù) 的感應(yīng)禪合幅值412。曲線圖400和401示出具有線圈禪合的LC濾波器與不具有線圈禪合的 LC濾波器之間的頻率偏移。頻率偏移示出了使得具有與LC濾波器的電容器的電流相反方向 的電流的線圈使得由電容器產(chǎn)生的磁場(chǎng)衰減。
[0059] 在線圈與電容器之間的負(fù)的感應(yīng)禪合被設(shè)計(jì)為減小電容器的有效串聯(lián)電感。感應(yīng) 禪合基于下列等式根據(jù)電容器阻抗曲線計(jì)算得出：
[0060]
(4)
[0061 ] 其中，電感器Le化表示LC濾波器101的電容器102的寄生電感，電容器Cseif表示針對(duì) LC濾波器的電容器，第二諧振頻率f2表示針對(duì)濾波器的諧振頻率。如在圖5中示出的，LC濾 波器可提供線圈W基于第二諧振頻率f2來(lái)產(chǎn)生感應(yīng)禪合。
[0062] 圖5是描繪具有線圈配置的LC濾波器和不具有線圈配置的LC濾波器的電容器阻抗 的曲線圖500和501。曲線圖500和501具有表示頻率502的X軸和表示幅值504的y軸。基于上 面的等式(4)，具有約為509.5千赫茲化化）的第二諧振頻率f2可要求約為-11.632納亨(nH) 的感應(yīng)禪合。
[0063] 曲線圖500示出使用線圈在電感器與電容器的寄生電感之間產(chǎn)生負(fù)的感應(yīng)禪合對(duì) 于LC濾波器的改進(jìn)。針對(duì)不具有線圈禪合的LC濾波器的幅值506示出了在高頻處的電容器 的電感。具有產(chǎn)生負(fù)的感應(yīng)的線圈禪合的LC濾波器的幅值508示出了在高頻處的改進(jìn)的LC 濾波器。
[0064] 曲線圖501示出了使用具有線圈禪合和不具有線圈禪合的LC濾波器的電容器306 的阻抗相位。針對(duì)具有線圈禪合的負(fù)的感應(yīng)禪合幅值512產(chǎn)生-11.63化Η的負(fù)電感。產(chǎn)生負(fù) 電感的負(fù)的感應(yīng)禪合幅值512通過(guò)曲線圖501示出為相比于來(lái)自不具有線圈禪合的LC濾波 器的幅值510的改進(jìn)。
[0065] 圖6是具有用于計(jì)算由線圈的禪合Ml產(chǎn)生的電容器阻抗的電容器支路電感電路 102的設(shè)計(jì)電路。設(shè)計(jì)電路600可被用于量化通過(guò)線圈與電容器禪合產(chǎn)生的負(fù)電感，并示出 了 LC濾波器中的組件。電容器支路電路306可被表示為如圖1所示的針對(duì)電容器的等效電路 102。電容器等效電路306包括串聯(lián)的電容器Cseif 106、電感器Lesl 108和電阻器Resr 110。
[0066] 在該示例中，用于將電感器連接到電容器的線圈312的電感化。。11)將被假設(shè)為 40nH。線圈禪合被設(shè)計(jì)，使得等于電容器的寄生電感的值的互電感在線圈與電容器的寄生 電感之間生成。禪合系數(shù)k由下列等式進(jìn)行計(jì)算：
[0067] (5)
[0068] 其中，禪合系數(shù)k是兩個(gè)電感值的比值。禪合系數(shù)k是可基于設(shè)計(jì)而被選擇的可選 值。繼續(xù)上面的示例，如果選擇的禪合系數(shù)k是0.1，則表示電容器的寄生電感的電感器Lesl 108可約等于14.8nH。響應(yīng)于該示例，如在圖6中示出的LC濾波器設(shè)計(jì)可具有W下指定的組 件值。例如，線圈電感器312的值可約為40nH，電容器Cseif 106的值可約為30.8μΡ，電容器支 路電感Lesl 108的值可約為14.8址，電阻器Resr 110的值可約為1.68πιΩ，電感器Lseif 112的 值可約為2.69nH，電感器的纏繞電容Ctt 114的值可約為22.47pF，電阻器Rcore 116的值可約 為480 Ω。
[0069] 包括與電容器一起的線圈配置的LC濾波器可具有在高頻處幅值降低的輸出阻抗。 例如，具有線圈的LC濾波器可基本上消除AM頻段和FM頻段的干擾。
[0070] 圖7是示出線圈改進(jìn)針對(duì)電路的衰減的曲線圖700。曲線圖700具有表示頻率702的 X軸和表示幅值704的y軸。電路的輸入電壓706被示出為在電路中產(chǎn)生一定量的衰減。具有 不具有線圈的LC濾波器的電路可具有測(cè)量的輸出708,測(cè)量的輸出708示出了從電壓輸出產(chǎn) 生的噪聲。具有帶有線圈的LC濾波器的電路可具有測(cè)量的輸出710，測(cè)量的輸出710示出了 基于線圈的衰減量的下降。
[0071] 雖然W上描述了示例性實(shí)施例，但運(yùn)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)明書中所使用的詞語(yǔ)是描述性詞語(yǔ)而非限制性詞語(yǔ)，并且應(yīng)理解的是，可在 不脫離本公開的精神和范圍的情況下做出各種改變。如前所述，可將各個(gè)實(shí)施例的特征進(jìn) 行組合W形成可能未被明確描述或示出的本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例。盡管各個(gè)實(shí)施例可能 已被描述為提供優(yōu)點(diǎn)或者在一個(gè)或更多個(gè)期望的特性方面優(yōu)于其他實(shí)施例或者現(xiàn)有技術(shù) 的實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域普通技術(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，W實(shí) 現(xiàn)期望的整體系統(tǒng)屬性，期望的整體系統(tǒng)屬性取決于具體的應(yīng)用和實(shí)施方式。運(yùn)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)的實(shí)施方式的實(shí)施例并非在本公開的范圍之外，并且可被期望用于特定應(yīng)用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1 · 一種DC到DC電力轉(zhuǎn)換器，包括： 開關(guān)電路； LC濾波器，包括電感器、電容器和線圈，其中，所述線圈相對(duì)于所述電容器進(jìn)行布置和 定向，并電連接到所述電容器，使得通過(guò)所述開關(guān)電路的操作引起的脈動(dòng)電流以相反的方 向流過(guò)所述電容器和所述線圈，以使得由所述電容器產(chǎn)生的磁場(chǎng)衰減，從而減小所述電容 器的寄生電感。2. 如權(quán)利要求1所述的DC到DC電力轉(zhuǎn)換器，其中，所述電容器和所述線圈在彼此的頂部 堆疊。3. 如權(quán)利要求1所述的DC到DC電力轉(zhuǎn)換器，其中，所述線圈與所述電感器電連接。4. 如權(quán)利要求1所述的DC到DC電力轉(zhuǎn)換器，其中，所述線圈的匝數(shù)是基于所述電容器的 尺寸以及所述電容器的寄生電感與所述線圈的電感之間的期望耦合的。5. 如權(quán)利要求1所述的DC到DC電力轉(zhuǎn)換器，其中，所述線圈的直徑是基于所述電容器的 尺寸以及所述電容器的寄生電感與所述線圈的電感之間的期望耦合的。6. 如權(quán)利要求1所述的DC到DC電力轉(zhuǎn)換器，其中，所述LC濾波器連接到所述開關(guān)電路的 輸入和所述開關(guān)電路的輸出中的至少一個(gè)。7. 如權(quán)利要求1所述的DC到DC電力轉(zhuǎn)換器，其中，所述線圈電連接到所述電感器之前或 所述電感器之后。
【文檔編號(hào)】H02M1/14GK106059273SQ201610214932
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年4月8日 公開號(hào)201610214932.5, CN 106059273 A, CN 106059273A, CN 201610214932, CN-A-106059273, CN106059273 A, CN106059273A, CN201610214932, CN201610214932.5
【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