CN107395153A - 一种自屏蔽式低通滤波模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自屏蔽式低通滤波模块，包括若干个滤波单元，每个滤波单元均包括电感组件和电容组件；电容组件上设置凹槽，凹槽的底部开设通孔；电感组件嵌入电容组件的凹槽内，电感组件的顶部连接金属接头，金属接头能够与通孔配合相连，电感组件的底部与电容组件的内侧面相连。本发明将电感组件镶嵌在电容组件内，在实现电磁屏蔽的同时，充分利用了结构电容内部的空间，实现了滤波器的小型性与高频抑制性。为了增强滤波效果，可以将多个模块级联，增大滤波器阶数，使滤波器具有更陡峭的***损耗特性的同时，可以使外部极板层相互连接，实现良好接地与电磁屏蔽，对EMI噪声的辐射和传导均有较好的抑制作用，具有较好的性能与应用前景。

Description

一种自屏蔽式低通滤波模块

技术领域

本发明涉及滤波器领域，具体涉及一种自屏蔽式低通滤波模块。

背景技术

随着电力电子技术的飞速发展，电子设备在运行时会产生电磁干扰信号，日益复杂的电磁环境要求电子设备以及电源有更高的电磁兼容性能，于是抑制电磁干扰的措施也日益受到重视，主要有接地、屏蔽和滤波，使用屏蔽式的EMI滤波器，可以有效抑制电磁干扰。

目前滤波器主要分为两类。一类是分立式滤波器，另一类是一体式滤波器。分立式滤波器是把分立的电容和电感元件焊接在印刷电路板，这种滤波器可以通过调节参数达到不同的滤波效果，但是由于分立式器件高频寄生参数的存在，影响了滤波器的高频性能，而且体积较大，屏蔽性能较差，不满足现在对滤波器小型化、集成化的要求。一体式滤波器是把电容和电感集成在一个结构中，这种滤波器简化了印刷电路板的设计、减少对印制板的占用面积，同时也方便了滤波器的安装，而且高频性能较好，但是参数不能调节，可能达不到理想的滤波目标。

随着滤波器技术的发展，滤波器如何在小型化、集成化的同时，也能通过改变电路参数来符合不同电路的需要，并且有很好的高频滤波效果，是目前研究的热点。另外，由于目前的滤波器种类繁多，并且滤波特性较差，高频段的滤波也一直是难以解决的难题，普通的电源滤波器最高的有效滤波频率只能达到30MHz，信号线缆的滤波磁通的滤波效果极为有限，并且屏蔽措施很差，极易受到外界电磁耦合干扰。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种自屏蔽式低通滤波模块，能够在小型化的同时达到较好的高频滤波效果。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

包括若干个滤波单元，每个滤波单元均包括电感组件和电容组件；电容组件上设置凹槽，凹槽的底部开设通孔；电感组件嵌入电容组件的凹槽内，电感组件的顶部连接金属接头，金属接头能够与通孔配合相连，电感组件的底部与电容组件的内侧面相连。

进一步地，电感组件包括环形磁芯和缠绕在环形磁芯上的漆包铜线；漆包铜线的一端连接金属接头，另一端连接电容组件的内侧面，形成L型滤波电路。

进一步地，环形磁芯的材质为猛锌铁氧体、镍锌铁氧体或铁硅铝合金。

进一步地，电容组件包括桶状的介质层，通孔开设在介质层的底部；介质层的外侧面设置外部极板层，介质层的内侧面设置内部极板层。

进一步地，外部极板层的底部开设有直径大于通孔直径的圆孔；外部极板层的顶部宽度小于介质层的侧壁厚度。

进一步地，介质层的材质为高频陶瓷；外部极板层和内部极板层的材质均为银。

进一步地，金属接头采用金属螺柱接头，通孔为螺纹孔。

进一步地，电感组件与电容组件之间通过环氧树脂固定封装。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明通过将电感组件镶嵌在电容组件内，在实现电磁屏蔽的同时，充分利用了结构电容内部的空间，实现了滤波器的小型性与高频抑制性。为了增强滤波效果，可以利用金属接头和通孔的相互串联，将多个模块级联，增大滤波器阶数，使滤波器具有更陡峭的***损耗特性的同时，可以使外部极板层相互连接，实现良好接地与电磁屏蔽，对EMI噪声的辐射和传导均有较好的抑制作用，具有较好的性能与应用前景。本发明可以明显简化印刷电路板的设计、减小对滤波器的体积，同时也减少了分立元件的寄生参数，方便了滤波器的安装与调试。本发明滤波模块滤波器级联能够形成的屏蔽舱，通过电容的屏蔽滤波作用，可以对外界的电磁脉冲环境有很好的屏蔽作用，本发明滤波器在滤波频段能达到80dB以上的***损耗，使滤波器可以有效滤出高达1GHz的耦合干扰；本发明主要应用在对滤波效果要求极高的军用、屏蔽室等电源、信号线缆滤波器当中。

进一步地，本发明通过采用环形磁芯，减少漏磁的同时，可以最大程度的提升电感量，增强电磁兼容性能；通过形成L型滤波电路，电感值可根据目标滤波特性进行调节。

进一步地，本发明通过采用猛锌铁氧体、镍锌铁氧体或铁硅铝作为环形磁芯，能够适应于不同的滤波频率；滤波器采用环形磁芯作为电感可以最大程度增加电感值，通过改变尺寸及电感材料，可以分别实现低频电源和高频信号的有效滤波。

进一步地，本发明通过采用桶状的介质层，节省了内部空间，同时可以最大程度地增大电容两极板的面积，从而提高电容值，改善了滤波器低频段的性能，可以改变电容组件的内外径大小使电容组件达到不同的电容值。

进一步地，本发明通过在外部极板层上开设圆孔，且外部极板层顶部延伸至介质层顶部，起到与金属接头电气绝缘的作用；且在多个模块级联时，能够屏蔽来自设备的辐射干扰且能够同时达到相互自屏蔽的效果，使滤波器在很宽频带范围内具有极高的***损耗，和极佳的高频干扰抑制特性，满足了更高频率的滤波要求。

进一步地，本发明通过采用高频陶瓷，降低了电容高频寄生参数，提升了电容的高频特性，保证了滤波器在极宽的频带内工作可靠。

附图说明

图1为本发明的内部结构示意图；

图2为本发明的等效电路示意图；

图3为图1中电感组件示意图；

图4为图1中电容组件示意图；

图5为本发明三级级联示意图；

图6为本发明三级级联等效电路示意图；

图7是本发明模块级联组成5阶低通滤波器的高频***损耗测试图；

图8是本发明模块级联组成5阶低通滤波器的低频***损耗测试图。

其中：1、滤波单元；2、金属接头；3、电感组件；31、环状磁芯；32、漆包铜线；4、电容组件；41、介质层；42、外部极板层；43、内部极板层；5、通孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参见图1至图4，本发明包括若干个滤波单元1，每个滤波单元1均包括电感组件3和电容组件4；电容组件4上设置凹槽，凹槽的底部开设通孔5；电感组件3同轴镶嵌入电容组件4的凹槽内，电感组件3的顶部连接金属接头2，金属接头2能够与通孔5配合相连，电感组件3的底部与电容组件4的内侧面相连。

电感组件3包括环形磁芯31和缠绕在环形磁芯31上的漆包铜线32。电感组件3的磁芯为环形磁芯31，由于磁环没有空气间隙，减少漏磁的同时，可以最大程度的提升电感量，增强了电磁兼容性能。优选的，随着滤波频率的增加，环形磁芯材料可以为猛锌铁氧体、镍锌铁氧体、铁硅铝合金等不同磁导率材料。同时可通过改变缠绕在环形磁芯31上的漆包铜线32的匝数来获取不同的电感值，改变漆包铜线32的截面积来达到更大的额定电流。

电容组件4包括桶状的介质层41，通孔5开设在介质层41的底部，节省了内部空间；介质层41采用了自谐振频率较高的高频陶瓷介质，降低了电容高频寄生参数，提升了电容的高频特性，保证了滤波器在极宽的频带内工作可靠；外部极板层42和内部极板层43的材质均为银，通过在介质层41内外部镀银形成。介质层41的外侧面设置外部极板层42，介质层41的内侧面设置内部极板层43。外部极板层42从介质层41底部延伸到顶部截面的中部，外部极板层42的具体形状是：底部中心开设有直径大于通孔5直径的圆孔，起到外部极板层42与金属接头2之间电气绝缘的作用，外部极板层42的顶部宽度小于介质层41的侧壁厚度。内部极板层43覆盖介质层41内壁，这种结构可以最大程度地增大电容两极板的面积，从而提高了电容值，改善了滤波器低频段的性能，可以改变电容组件4的内外径大小使电容组件4达到不同的电容值。

漆包铜线32的上端接头焊接金属接头2，下端接头焊接电容组件4内部极板层43上，将电感组件3与电容组件4连接，形成L型滤波电路，电感值可根据目标滤波特性进行调节。本发明在保证电感组件3电感值和电容组件4电容值尽可能大的同时，充分利用了电容组件4内部空间，减小了滤波器体积，便于安装，实现了滤波器的集成化。

金属接头2采用金属螺柱接头，通孔5为螺纹孔，金属接头2的内径、深度与螺纹均与螺纹孔相匹配。多个自屏蔽式滤波器模块利用金属接头2和螺纹孔的相互旋接可以使电感组件收尾相接，电容外极板相互连接，从而增大了滤波器阶数，使滤波器具有更陡峭的***损耗特性，增强了滤波器的低频特性，实现了滤波器的一体化和模块化。电感组件3与电容组件4之间通过环氧树脂固定封装。

如图5至图6所示，本发明提供的自屏蔽式低通滤波模块中，电容组件4的外部极板层42包围电容组件外部和底部，通过多个自屏蔽式低通滤波器模块的级联，可以使多个外部极板层42相互连接形成最外部是金属包裹的自屏蔽圆柱室，可以屏蔽来自设备的辐射干扰与自身电感产生的电磁发射，使滤波器在很宽频带范围内具有极高的***损耗，和极佳的高频干扰抑制特性。

仿真实验

利用Ansoft Q3D仿真软件对结构体电容进行建模计算电容容值，仿真结果：电容值53nF。

对比一般的聚丙烯电容谐振频率为4MHz；本发明谐振点提高了50％，高频特性更好，并且有更高的耐压值。

由于本发明滤波模块的易级联形成高阶低通滤波器，提高滤波效果的特点，对模块样品级联组成5阶低通滤波器，对低通滤波模块进行***损耗测试，测试结果如图7和图8所示。

由图7可知，本发明滤波器采用环形电感可以最大程度增加电感值，通过改变尺寸及电感材料，可以分别实现低频电源和高频信号的有效滤波。滤波器的截止频率点为通过对低通滤波器中电容模块与电感模块的设计计算，可以制作低频段滤波的电源滤波器以及高频段滤波的信号线滤波器。

图8可知，本发明滤波器通过级联可以形成自屏蔽舱，通过外极板的屏蔽作用，滤波器在滤波频段能达到80dB以上的***损耗，使滤波器可以有效滤出高达1GHz的耦合干扰。这是目前所有的电源及信号线缆滤波器都难以达到的滤波特性，因此本发明滤波器结构在电源线路和信号线路的低高频率电磁干扰频段均有超高的滤波效果。

本发明提供一种自屏蔽式低通滤波模块，一体式滤波器的设计可以明显简化印刷电路板的设计、减小对滤波器的体积，同时也减少了分立元件的寄生参数，方便了滤波器的安装与调试。

多个自屏蔽式滤波器模块利用金属接头和通孔的相互串联可以增大滤波器阶数使滤波器具有更陡峭的***损耗特性，并且通过外层接底层的相互连接达到相互自屏蔽的效果，满足了更高频率的滤波要求。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种自屏蔽式低通滤波模块，其特征在于：包括若干个滤波单元(1)，每个滤波单元(1)均包括电感组件(3)和电容组件(4)；电容组件(4)上设置凹槽，凹槽的底部开设通孔(5)；电感组件(3)嵌入电容组件(4)的凹槽内，电感组件(3)的顶部连接金属接头(2)，金属接头(2)能够与通孔(5)配合相连，电感组件(3)的底部与电容组件(4)的内侧面相连。

2.根据权利要求1所述的一种自屏蔽式低通滤波模块，其特征在于：电感组件(3)包括环形磁芯(31)和缠绕在环形磁芯(31)上的漆包铜线(32)；漆包铜线(32)的一端连接金属接头(2)，另一端连接电容组件(4)的内侧面，形成L型滤波电路。

3.根据权利要求2所述的一种自屏蔽式低通滤波模块，其特征在于：环形磁芯(31)的材质为猛锌铁氧体、镍锌铁氧体或铁硅铝合金。

4.根据权利要求1所述的一种自屏蔽式低通滤波模块，其特征在于：电容组件(4)包括桶状的介质层(41)，通孔(5)开设在介质层(41)的底部；介质层(41)的外侧面设置外部极板层(42)，介质层(41)的内侧面设置内部极板层(43)。

5.根据权利要求4所述的一种自屏蔽式低通滤波模块，其特征在于：外部极板层(42)的底部开设有直径大于通孔(5)直径的圆孔；外部极板层(42)的顶部宽度小于介质层(41)的侧壁厚度。

6.根据权利要求4所述的一种自屏蔽式低通滤波模块，其特征在于：介质层(41)的材质为高频陶瓷；外部极板层(42)和内部极板层(43)的材质均为银。

7.根据权利要求1所述的一种自屏蔽式低通滤波模块，其特征在于：金属接头(2)采用金属螺柱接头，通孔(5)为螺纹孔。

8.根据权利要求1所述的一种自屏蔽式低通滤波模块，其特征在于：电感组件(3)与电容组件(4)之间通过环氧树脂固定封装。