Силовой преобразователь постоянного тока в постоянный ток, индуктивно-емкостный фильтр и способ ослабления магнитного поля в силовом преобразователе

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в силовых преобразователях транспортного средства. Техническим результатом является улучшение фильтрации помех в шине питания. Силовой преобразователь постоянного тока в постоянный ток включает в себя схему переключения и индуктивно-емкостный фильтр, выполненный с возможностью уменьшения паразитной индуктивности. Индуктивно-емкостный фильтр включает в себя индуктор, конденсатор и катушку, размещенную и ориентированную относительно и электрически соединенную с конденсатором. Катушка, размещенная с конденсатором, обеспечивает течение пульсирующего тока, вызванного работой схемы переключения через конденсатор и катушку с противоположным направлением. Пульсирующий ток, текущий через катушку, ослабляет магнитное поле, создаваемое конденсатором, при уменьшении паразитной индуктивности конденсатора. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 9 ил., 1 табл.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Настоящее раскрытие в общем относится к фильтрации электрических помех и, конкретнее, к фильтрации высокочастотных помех от электрических схем.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Силовые преобразователи транспортного средства, такие как силовые преобразователи постоянного тока в постоянный ток, могут создавать помехи во время работы. Пассивные фильтры, такие как индуктивно-емкостные фильтры (LC-фильтры), могут использоваться, чтобы уменьшать эти помехи, но могут представлять проблемы стоимости, веса и компоновки.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Силовой преобразователь постоянного тока в постоянный ток включает в себя схему переключения и индуктивно-емкостный фильтр, выполненный с возможностью уменьшения паразитной индуктивности. Индуктивно-емкостный фильтр включает в себя индуктор, конденсатор и катушку, размещенную и ориентированную относительно и электрически соединенную с конденсатором. Катушка, размещенная с конденсатором, обеспечивает течение пульсирующего тока, вызванного работой схемы переключения, через конденсатор и катушку с противоположным направлением. Пульсирующий ток, текущий через катушку, ослабляет магнитное поле, создаваемое конденсатором, при уменьшении паразитной индуктивности конденсатора.

Согласно частному варианту исполнения изобретения конденсатор и катушка уложены друг над другом.

Катушка электрически может быть соединена с индуктором.

Согласно частному варианту исполнения изобретения количество витков катушки основано на размере конденсатора и требуемой связи между паразитной индуктивностью конденсатора и индуктивностью катушки.

Согласно частному варианту исполнения изобретения диаметр катушки основан на размере конденсатора и требуемой связи между паразитной индуктивностью конденсатора и индуктивностью катушки.

Согласно частному варианту исполнения изобретения индуктивно-емкостный фильтр соединен с по меньшей мере одним из: входа схемы переключения и выхода схемы переключения.

Согласно частному варианту исполнения изобретения катушка электрически подсоединена перед индуктором или после индуктора.

[0004] Индуктивно-емкостный фильтр включает в себя индуктор, конденсатор и катушку, электрически соединенную последовательно и уложенную на конденсаторе. Катушка может иметь заданное количество витков и диаметр на основании размера конденсатора. Катушка может быть размещена и ориентирована в зависимости от конденсатора для направления пульсирующего тока, текущего через конденсатор и катушку, в противоположных направлениях. Пульсирующий ток, текущий в противоположных направлениях, приводит к смещению магнитного поля между конденсатором и катушкой, чтобы уменьшать паразитную индуктивность конденсатора.

Объектом изобретения является индуктивно-емкостный фильтр, содержащий: индуктор; конденсатор, электрически соединенный с индуктором; и катушку, электрически соединенную последовательно и уложенную на конденсаторе так, что течение пульсирующего тока через конденсатор и катушку осуществляется в противоположных направлениях, приводя к смещению магнитного поля между конденсатором и катушкой, чтобы уменьшать паразитную индуктивность конденсатора, причем катушка имеет заданное количество витков и диаметр на основании размера конденсатора.

Согласно частному варианту исполнения изобретения конденсатор и катушка уложены друг над другом.

Согласно частному варианту исполнения изобретения катушка электрически соединена с индуктором.

Согласно частному варианту исполнения изобретения количество витков катушки основано на размере конденсатора и требуемой связи между паразитной индуктивностью конденсатора и индуктивностью катушки.

Согласно частному варианту исполнения изобретения диаметр катушки основан на размере конденсатора и требуемой связи между паразитной индуктивностью конденсатора и индуктивностью катушки.

Согласно частному варианту исполнения изобретения катушка подсоединена на входе схемы переключения.

Согласно частному варианту исполнения изобретения катушка подсоединена на выходе схемы переключения.

[0005] Обеспечен способ ослабления магнитного поля в силовом преобразователе, выполненном с индуктивно-емкостным фильтром. Способ может ослаблять магнитное поле, создаваемое конденсатором индуктивно-емкостного фильтра, путем компоновки индуктора и катушки индуктивно-емкостного фильтра с возможностью направления пульсирующего тока от конденсатора к катушке. Способ направляет течение пульсирующего тока через конденсатор и катушку в противоположных направлениях, чтобы уменьшать паразитную индуктивность конденсатора.

Объектом изобретения является способ ослабления магнитного поля в силовом преобразователе, причем способ содержит этап, на котором: ослабляют магнитное поле, создаваемое конденсатором индуктивно-емкостного фильтра, включающего в себя индуктор и катушку, путем направления пульсирующего тока от конденсатора к катушке так, что пульсирующий ток течет через конденсатор и катушку в противоположных направлениях, чтобы уменьшать паразитную индуктивность конденсатора.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0006] Фигура 1 представляет собой электрическую схему для измерения вкладов собственных паразитных явлений в ослабление фильтра одного или более компонентов индуктивно-емкостного фильтра;

[0007] Фигуры 2А–2C представляют собой графики, иллюстрирующие собственные паразитные явления, входное и выходное полные сопротивления и ослабление от входа к выходу компонентов индуктивно-емкостного фильтра на Фигуре 1;

[0008] Фигура 3 представляет собой топологию схемы индуктивно-емкостного фильтра, имеющую катушку между индуктором и конденсатором;

[0009] Фигура 4 представляет собой графики, изображающие индуктивно-емкостный фильтр с и без катушки между индуктором и конденсатором;

[0010] Фигура 5 представляет собой графики, изображающие полное сопротивление конденсатора индуктивно-емкостного фильтра с и без конфигурации катушки;

[0011] Фигура 6 представляет собой проектную схему, имеющую схему 102 индуктивности ветви конденсатора, используемую для вычисления полного сопротивления конденсатора, создаваемого связью катушки; и

[0012] Фигура 7 представляет собой график, иллюстрирующий катушку, увеличивающую ослабление для схемы.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0013] Далее описаны варианты выполнения настоящего раскрытия. Однако должно быть понятно, что раскрытые варианты выполнения являются всего лишь примерами, и другие варианты выполнения могут принимать различные и альтернативные формы. Фигуры не обязательно выполнены в масштабе; определенные признаки могут быть увеличены или уменьшены, чтобы показывать детали конкретных компонентов. В связи с этим конкретные конструктивные и функциональные детали, раскрытые здесь, не должны интерпретироваться как ограничивающие, а всего лишь как представляющие основу для изучения специалистом в области техники различных способов применения вариантов выполнения. Для специалиста в области техники будет понятно, что различные признаки, проиллюстрированные и описанные со ссылкой на любую из Фигур, могут быть объединены с признаками, проиллюстрированными на одной или более других Фигурах, для получения вариантов выполнения, которые явно не проиллюстрированы или не описаны. Совокупности проиллюстрированных признаков обеспечивают характерные варианты выполнения для типичных применений. Однако различные совокупности и преобразования признаков, соответствующие замыслам этого раскрытия, могут потребоваться для особых применений или вариантов выполнения.

[0014] Варианты выполнения настоящего раскрытия в общем обеспечивают множество схем или других электрических устройств. Все ссылки на схемы и другие электрические устройства и функциональные возможности, обеспеченные каждым из них, не предназначены для ограничения охватом только того, что проиллюстрировано и описано здесь. Хотя особые обозначения могут быть присвоены различным раскрытым схемам или другим электрическим устройствам, такие обозначения не предназначены для ограничения объема работы схем и других электрических устройств. Такие схемы и другие электрические устройства могут быть объединены друг с другом и/или отделены любым образом на основе особого типа электрического осуществления, которое требуется. Следует понимать, что любая схема или другое электрическое устройство, раскрытое здесь, может включать в себя любое количество микропроцессоров, интегральных схем, устройств памяти (например, флеш-память, оперативное запоминающее устройство (RAM), постоянное запоминающее устройство (ROM), электрически программируемое постоянное запоминающее устройство (EPROM), электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (EEPROM) или другие подходящие их варианты) и программное обеспечение, которое взаимодействует друг с другом для выполнения операции(й), раскрытой(ых) здесь. В дополнение, любое одно или более электрических устройств могут быть выполнены с возможностью выполнения компьютерной программы, которая содержится в энергонезависимом машиночитаемом носителе, который запрограммирован на выполнение любого количества функций, которые раскрыты.

[0015] Раскрытие обеспечивает экономически эффективное решение для улучшения фильтрации помех в шине. В электрической системе транспортного средства синфазные помехи и дифференциальные помехи могут быть созданы на основании одного или более источников питания. Электрическая система транспортного средства может использовать входной и/или выходной фильтры для ослабления помех от одного или более источников питания. Входной и выходной фильтры могут иметь сниженную производительность на основании собственных паразитных явлений компонента и/или связи между компонентами фильтра и другими компонентами в схеме в непосредственной близости с фильтром. Конструкция фильтра может требовать дополнительные компоненты для исключения сниженной производительности, вызываемой помехами, создаваемыми от схемы переключения. Дополнительные компоненты и/или увеличение размера компонентов могут вызывать увеличение стоимости фильтра. Например, на высоких частотах компоненты фильтра могут влиять на индуктивности на основании индуктивной связи между паразитной индуктивностью конденсатора и шиной.

[0016] Предлагаемая конструкция должна использовать конфигурацию фильтра низких частот (индуктивно-емкостного фильтра) для улучшения производительности фильтра в системе преобразования энергии. Конфигурация фильтра выполнена с возможностью разъединения индуктивной связи между шиной и конденсатором для индуктивно-емкостного фильтра низких частот. Конфигурация схемы вводит отрицательную связь между шиной, соединяющей индуктор с конденсатором, и паразитной индуктивностью конденсатора. Отрицательная связь может вводить отрицательную индуктивность на ветви конденсатора. Отрицательная связь может уменьшать паразитную индуктивность ветви конденсатора. Использование дополнительного индуктора и большего конденсатора с индуктивно-емкостным фильтром может подавлять индуктивную связь между паразитной индуктивностью конденсатора и шиной. Конфигурация фильтра может увеличивать входное полное сопротивление фильтра и уменьшать выходное полное сопротивление фильтра после его частоты среза.

[0017] Например, на высоких частотах емкость индуктора снижает входное полное сопротивление фильтра, в результате чего выходное полное сопротивление управляется только полным сопротивлением ветви конденсатора. Таким образом, на высокой частоте паразитная индуктивность конденсатора действует как антенна и связывает помехи от шины индуктора. Чтобы увеличивать входное полное сопротивление фильтра, предлагаемая конфигурация фильтра использует дополнительную индуктивность последовательно с выходным конденсатором. Дополнительная индуктивность увеличивает выходное полное сопротивление. В связи с этим для разъединения конфигурация фильтра обеспечивает больший конденсатор для обеспечения магнитного поля противоположного направления и такой же фазы, что и магнитное поле, проходящее через него.

[0018] Электрический/электронный компонент и/или подсистема транспортного средства выполнены на основании одного или более требований электромагнитной совместимости (EMC). Требования EMC обеспечивают, что компонент и/или подсистема не превышают или находятся в пределах заданного порогового значения для помех. Компонент, превышающий заданное пороговое значение для помех, может влиять на производительность других компонентов и/или подсистем.

[0019] Например, силовой преобразователь постоянного тока в постоянный ток может быть отрегулирован на основании требований EMC, показанных ниже:

ТАБЛИЦА 1
Полоса №	RF-служба	Диапазон частот (МГц)	Ограничения
Среднее (дБмкВ)	Квазипиковое (дБмкВ)
EU1	Длинная волна (LW)	0,15–0,28	77	89
G1	Средняя волна (AM)	0,53–1,7	54	66
JA1	FM 1	76-90	-	36
G3	FM 2	87,5-108	-	36

[0020] Как показано в Таблице 1, радиочастота (RF) средней волны (AM) работает в диапазоне 0,53-1,7 МГц (мегагерц) на 54 дБмкВ (децибелы относительно одного микровольта). В связи с этим преобразователь, обеспечивающий помехи в пределах диапазона частот 0,53 МГц и 54 дБмкВ, может вызывать влияние на частоту AM. Преобразователь может быть связан с фильтром для уменьшения и/или по существу исключения помех. Фильтр используется для удаления нежелательных частотных компонентов из сигнала, для увеличения желательных компонентов или для того и другого.

[0021] Фильтр (например, индуктивно-емкостный фильтр нижних частот) может обеспечивать, что электрический/электронный компонент не оказывает влияние на RF-службы других компонентов и/или подсистем. До связи фильтра нижних частот с электрическим/электронным компонентом может быть выполнен анализ для определения, какой размер фильтра необходим для удаления нежелательной частоты. Например, фильтр нижних частот с конструкцией связи (т.е. катушкой) может быть выполнен на основании модели индуктивно-емкостного фильтра, используемой для определения ослабления фильтра на основании вклада компонентов, как показано на Фигуре 1.

[0022] Фигура 1 представляет собой электрическую схему 100 для измерения вкладов собственных паразитных явлений компонентов в ослабление фильтра одного или более компонентов индуктивно-емкостного фильтра. Электрическая схема 100 содержит индуктивно-емкостный фильтр 101, имеющий эквивалентную схему 102 конденсатора и эквивалентную схему 104 индуктора. Эквивалентная схема 104 индуктора и эквивалентная схема 102 конденсатора выполнены с возможностью образования индуктивно-емкостного фильтра 101. Индуктивно-емкостный фильтр 101, в виде фильтра нижних частот, выполнен с возможностью ослабления сигналов с частотами более высокими, чем частота среза. Эквивалентная схема 102 конденсатора включает в себя конденсатор 106, индуктор 108 и резистор 110, соединенные последовательно друг с другом. Индуктор 108 представляет паразитную индуктивность конденсатора 102 Индуктивно-емкостного фильтра. Эквивалентная схема 104 индуктора (например, схема ослабления) включает в себя индуктор 112, конденсатор 114 и резистор 116, выполненные параллельно друг с другом. Индуктор 112 представляет собой собственную индуктивность эквивалентной схемы 104 индуктора. Конденсатор 114 представляет собой емкость скручивания индуктора индуктивно-емкостного фильтра. Эквивалентная схема 104 индуктора и эквивалентная схема 102 конденсатора выполнены с возможностью измерения ослабления фильтра индуктивно-емкостного фильтра 101.

[0023] Электрическая схема 100 представляет собой схему 100, которая включает в себя источник 118 напряжения для моделирования помех, введенных в индуктивно-емкостный фильтр 101. Схема 100 дополнительно включает в себя полное сопротивление 120 источника, которое моделирует полное сопротивление источника помех. Индуктивно-емкостный фильтр 101 может быть выполнен с возможностью фильтрации частот, создаваемых этим источником помех. Конструкция индуктивно-емкостного фильтра 101 может увеличивать размер индуктора 112 и конденсатора 106 на основании амплитуды создаваемых помех и требуемого уровня ослабления. Индуктивно-емкостный фильтр 101 нагружается полным сопротивлением 122 нагрузки. Полное сопротивление 122 нагрузки обеспечивает выходное полное сопротивление 128 схемы 100 по второму напряжению 130. Производительность индуктивно-емкостного фильтра 101 может быть охарактеризована путем вычисления отношения напряжения второго напряжения 130 к первому напряжению 126. Производительность индуктивно-емкостного фильтра 101 проиллюстрирована на графиках на Фигурах 2А–2C.

[0024] Эквивалентная схема 104 индуктора может обеспечивать данные о снижении для анализа производительности индуктивно-емкостного фильтра 101 так, что снижение ослабления фильтра изображено в связи с его собственными паразитными явлениями между индуктором 112 и конденсатором 114. Например, производительность фильтра 101 может быть улучшена путем увеличения входного полного сопротивления 124 индуктора 108 и резистора 106 на основании первой резонансной частоты , как показано в уравнении (1), приведенном ниже. Как показано на Фигуре 1, входное полное сопротивление 124 схемы 100 проходит по первому напряжению 126.

[0025] Схема 100 обеспечивает переменные для вычисления вкладов собственных паразитных явлений компонента, которые могут вызывать ослабление фильтра. На основании схемы 100 резонансная частота для индуктивно-емкостного фильтра 101 может быть вычислена на основании следующих уравнений:

(1)

(2)

(3)

[0026] Фигура 2А включает в себя два графика 201, 203, иллюстрирующие входное полное сопротивление 124 электрической схемы 100 по первому напряжению 126. Графики 201, 203 имеют ось х, представляющую частоту 202, и ось y, представляющую амплитуду 206 и фазу 204 соответственно. График 201 амплитуды иллюстрирует амплитуду 208 входного полного сопротивления 124 по диапазону частот. Как проиллюстрировано на графике 201 амплитуды, производительность входного полного сопротивления 124 начинает снижаться на основании конденсатора 114. Как показано на графике 201, амплитуда 213 конденсатора 114 моделирует емкость скручивания индуктора 104. Эта емкость проявляется параллельно индуктивности индуктора, вызывая возникновение резонанса на третьей резонансной частоте , имеющей значение, составляющее приблизительно 10⁷ Гц, как вычислено в уравнении (3), приведенном выше. Для частот больших, чем третья резонансная частота входное полное сопротивление 124 подавляется полным сопротивлением 114. В результате производительность высокой частоты снижается, как проиллюстрировано амплитудой 208 входного полного сопротивления 124.

[0027] Амплитуда 208 входного полного сопротивления начинает уменьшаться 210 на высокой частоте. График 203 фазы иллюстрирует фазу 212 входного полного сопротивления по диапазону частот. Как показано на графике 203, на третьей частоте (приблизительно 10⁷ Гц) фаза изменяется с положительных девяноста градусов на отрицательные девяносто градусов, указывая, что входное полное сопротивление является емкостным и подавляется полным сопротивлением 114.

[0028] Фигура 2B включает в себя два графика 205, 207, иллюстрирующие выходное полное сопротивление 128 электрической схемы 100 по второму напряжению 130. Графики 205, 207 имеют ось х, представляющую частоту 202, и ось y, представляющую амплитуду 206 и фазу 204 соответственно. График 205 амплитуды иллюстрирует амплитуду 214 выходного полного сопротивления по диапазону частот. Как проиллюстрировано на графике 205 амплитуды, производительность выходного полного сопротивления 128 начинает снижаться на основании амплитуды 217 114, которая моделирует собственное полное сопротивление индуктора. Ослабление индуктивно-емкостного фильтра может быть улучшено путем уменьшения выходного полного сопротивления на основании уменьшения индуктивности в ветви конденсатора.

[0029] Амплитуда 241 выходного полного сопротивления начинает увеличиваться на высокой частоте после того, как конденсатор 106 резонирует с индуктором 108 на второй резонансной частоте , которая представляет собой значение больше 10⁵ Гц, как вычислено уравнением (2), приведенным выше. График 207 фазы иллюстрирует фазу 216 выходного полного сопротивления по диапазону частот. Как показано на графике 207, фазовый сдвиг (с отрицательных девяноста градусов на положительные девяносто градусов) индуктивно-емкостного фильтра 101 возникает на относительно низкой частоте. Фазовый сдвиг иллюстрирует, когда индуктивность ветви конденсатора резонирует с собственной емкостью конденсатора 102. Например, фаза 216 выходного полного сопротивления иллюстрирует, что конденсатор 106 в индуктивно-емкостном фильтре 101 больше не выполняет свою функцию после второй резонансной частоты ,в связи с этим приводя к снижению ослабления фильтра.

[0030] Ослабление высокой частоты индуктивно-емкостного фильтра 101 может быть улучшено путем исключения резонанса между паразитной индуктивностью конденсатора и его паразитной емкостью, которая возникает на второй частоте . В результате, выходное полное сопротивление 128 индуктивно-емкостного фильтра увеличивается на высокой частоте.

[0031] Фигура 2C включает в себя два графика 209, 211, иллюстрирующие измеренное ослабление фильтра индуктивно-емкостного фильтра 101. Графики 209, 211 иллюстрируют производительность индуктивно-емкостного фильтра 101 на различных частотах. Графики 209, 211 имеют ось х, представляющую частоту 202, и ось y, представляющую амплитуду 206 и фазу 204 соответственно. Измеренное ослабление фильтра отхватывается конфигурацией индуктивно-емкостного фильтра, как показано на Фигуре 1.

[0032] График 209 амплитуды иллюстрирует амплитуду 218 ослабления фильтра по диапазону частот. Как проиллюстрировано на графике 209 амплитуды, первая () 220, вторая () 222 и третья () резонансные частоты 224 обеспечивают помехи, влияющие на амплитуду 218 ослабления фильтра, как вычислено на основании уравнений (1) - (3), приведенных выше. Амплитуда 218 ослабления фильтра указывает на то, что ослабление находится на более высоких частотах. Индуктивность ветви конденсатора (индуктор 108 и резистор 106) резонирует с собственной емкостью конденсатора, как проиллюстрировано на второй () резонансной частоте 222. Результат второй () резонансной частоты 222 заключается в снижении ослабления фильтра в длинной волне, взаимодействующий с полосами AM и FM, как показано в Таблице 1. Эффективная параллельная емкость индуктора резонирует с собственной индуктивностью индуктора на третьей () резонансной частоте 224. Третья () резонансная частота 224 приводит к снижению ослабления фильтра в полосе FM, как показано в Таблице 1.

[0033] График 211 фазы иллюстрирует фазу 226 ослабления фильтра по диапазону частот. Как показано на графике 211, фаза 226 ослабления фильтра указывает на то, что эффективная индуктивность конденсатора представляет собой критический компонент для производительности фильтра.

[0034] В ответ на снижение производительности фильтра на высоких частотах и тот факт, что эффективная индуктивность конденсатора представляет собой компонент для производительности фильтра, требуется улучшенная топология электрической схемы для уменьшения чрезмерных помех. Конструкция фильтра может включать в себя дополнительную емкость и/или индуктивность для ветви конденсатора индуктивно-емкостного фильтра на основании чрезмерных помех. Добавление большего конденсатора и/или индуктора может увеличивать стоимость индуктивно-емкостного фильтра. Вместо дополнительной емкости и индуктивности топология схемы, имеющей катушку, электрически соединенную с конденсатором и расположенную между индуктором и конденсатором, может по существу уменьшать помехи.

[0035] Фигура 3 представляет собой топологию 300 схемы индуктивно-емкостного фильтра, имеющей индуктор 308, конденсатор 306 и катушку 312, соединенную с конденсатором 306. Катушка 312 может быть размещена и ориентирована относительно конденсатора 306. Конденсатор 306 может быть смоделирован как эквивалентная схема 102 конденсатора, которая показана на Фигуре 1.

[0036] Конденсатор 306 имеет один конец, соединенный с основанием 302, с другим концом, подсоединенным между катушкой 312 и выходной шиной 304. Катушка 312 (например, связывающее соединение) выполнена с конденсатором 306 для создания отрицательной индуктивной связи 310, чтобы уменьшать паразитную индуктивность конденсатора 306. Отрицательная индуктивная связь 310 основана на пульсирующем токе, текущем через катушку 310 и конденсатор 306 в противоположном направлении. Пульсирующий ток в катушке 312, текущий в противоположном направлении пульсирующего тока в конденсаторе, ослабляет магнитное поле, создаваемое конденсатором 306.

[0037] Например, силовой преобразователь может иметь схему переключения, создающую пульсирующий ток во время работы. Индуктивно-емкостный фильтр 300 может быть выполнен с силовым преобразователем для исключения помех, создаваемых схемой переключения. Индуктивно-емкостный фильтр 300 может иметь катушку 312, уложенную сверху конденсатора 306 и электрически подсоединенную между индуктором 308 и конденсатором 306. Конфигурация катушки 312 с конденсатором направляет течение пульсирующего тока, вызванного работой схемы переключения, через конденсатор 306 и катушку 312 с противоположным направлением для ослабления магнитного поля, создаваемого конденсатором 306. Катушка 312 может иметь количество витков и/или диаметр на основании размера конденсатора 306. Катушка 312 может иметь количество витков и/или диаметр на основании требуемой связи между паразитной индуктивностью конденсатора 306 и индуктивностью катушки 312. Конфигурация индуктивно-емкостного фильтра 300 с катушкой 312 может быть размещена либо на входе, либо на выходе схемы переключения.

[0038] Фигура 4 представляет собой графики 400, 401, изображающие индуктивно-емкостный фильтр с и без конфигурации катушки между индуктором и конденсатором. График 400 иллюстрирует улучшение второй () резонансной частоты с использованием индуктивно-емкостного фильтра, имеющего конфигурацию катушки между индуктором и конденсатором. График 400 имеет ось х, представляющую частоту 402 в герцах, и ось y, представляющую амплитуду 404 в децибелах. Индуктивно-емкостный фильтр без связи катушки иллюстрирует амплитуду 406 ослабления фильтра, имеющего снижение ослабления фильтра на частотах, которые могут граничить с полосами AM и FM, как показано в Таблице 1. Результат индуктивно-емкостного фильтра, имеющего конфигурацию катушки, иллюстрирует амплитуду 408 ослабления фильтра, улучшающую ослабление фильтра. Функция передачи индуктивно-емкостного фильтра измеряется, и результаты показывают, что введенная отрицательная индуктивность дополнительно улучшает ослабление фильтра на высокой частоте.

[0039] График 401 иллюстрирует измерение отрицательной индуктивной связи между индуктивно-емкостным фильтром, имеющим конфигурацию катушки, и индуктивно-емкостным фильтром без конфигурации катушки. График 401 имеет ось х, представляющую частоту 402, и ось y, представляющую амплитуду 404. Индуктивно-емкостный фильтр без связи катушки иллюстрирует амплитуду 410 отрицательной индуктивной связи, начинающей снижаться на высоких частотах из-за магнитного поля, создаваемого емкостью индуктивно-емкостного фильтра. На графике проиллюстрирован индуктивно-емкостный фильтр со связью катушки, имеющей амплитуду 412 отрицательной индуктивной связи, ослабляющую магнитное поле, создаваемое конденсатором. Графики 400, 401 иллюстрируют сдвиг частоты между индуктивно-емкостным фильтром, имеющим связь катушки, и индуктивно-емкостным фильтром без связи катушки. Сдвиг частоты иллюстрирует, что катушка, имеющая течение тока в противоположном направлении конденсатора индуктивно-емкостного фильтра, ослабляет магнитное поле, создаваемое конденсатором.

[0040] Отрицательная индуктивная связь между катушкой и конденсатором выполнена с возможностью уменьшения эффективной последовательной индуктивности конденсатора. Индуктивная связь вычисляется из кривых полного сопротивления конденсатора на основании следующего уравнения:

(4)

в котором индуктор представляет паразитную индуктивность конденсатора 102 индуктивно-емкостного фильтра 101, конденсатор представляет конденсатор для индуктивно-емкостного фильтра, и вторая резонансная частота представляет резонансную частоту для фильтра. Индуктивно-емкостный фильтр может обеспечивать катушку для создания индуктивной связи на основании второй резонансной частоты , как показано на Фигуре 5.

[0041] Фигура 5 представляет собой графики 500, 501, которые изображают полное сопротивление конденсатора индуктивно-емкостного фильтра с и без конфигурации катушки. Графики 500, 501 имеют ось х, представляющую частоту 502, и ось y, представляющую амплитуду 504. Вторая резонансная частота , имеющая значение, соответствующее приблизительно 509,5 килогерц (кГц), может требовать индуктивную связь, соответствующую приблизительно –11,632 наногенри (нГн) на основании уравнения 4, приведенного выше.

[0042] График 500 иллюстрирует улучшение индуктивно-емкостного фильтра с использованием катушки для создания отрицательной индуктивной связи между индуктором и паразитной индуктивностью конденсатора. Амплитуда 506 для индуктивно-емкостного фильтра без связи катушки иллюстрирует индуктивность конденсатора на высокой частоте. Амплитуда 508 для индуктивно-емкостного фильтра со связью катушки, создающей отрицательную индуктивность, иллюстрирует улучшенный индуктивно-емкостный фильтр на высоких частотах.

[0043] График 501 иллюстрирует фазу полного сопротивления конденсатора 306 с использованием индуктивно-емкостного фильтра, имеющего связь катушки и без нее. Амплитуда 512 отрицательной индуктивной связи для индуктивно-емкостного фильтра, имеющего связь катушки, создает отрицательную индуктивность, составляющую -11,632 нГн. Амплитуда 512 отрицательной индуктивной связи, создающая отрицательную индуктивность, проиллюстрирована графиком 501 в виде улучшения по сравнению с амплитудой 510 от индуктивно-емкостного фильтра без связи катушки.

[0044] Фигура 6 представляет собой проектную схему, имеющую схему 102 индуктивности ветви конденсатора, используемую для вычисления полного сопротивления конденсатора, создаваемого связью катушки. Проектная схема 600 может быть использована для количественного определения отрицательной индуктивности, создаваемой связью катушки с конденсатором, и иллюстрирует компоненты в индуктивно-емкостном фильтре. Схема 306 ветви конденсатора может быть представлена в качестве эквивалентной схемы для конденсатора 102, как показано на Фигуре 1. Эквивалентная схема 306 конденсатора включает в себя конденсатор 106, индуктор 108 и резистор 110, соединенные последовательно.

[0045] В этом примере индуктивность катушки 312, используемой для соединения индуктора с конденсатором (), предположительно будет составлять 40 нГн. Связь катушки выполнена так, что взаимная индуктивность значения, соответствующего паразитной индуктивности конденсатора, разработана между катушкой и паразитной индуктивностью конденсатора. Коэффициент связи вычисляется посредством следующего уравнения:

(5)

в котором коэффициент связи представляет собой отношение значений индуктивности. Коэффициент связи представляет собой выборочное значение, которое может быть выбрано на основании конструкции. В нашем примере, приведенном выше, если выбранный коэффициент связи составляет 0,1, индуктор 108, представляющий паразитную индуктивность конденсатора, может соответствовать приблизительно 14,8 нГн. В нашем примере конструкция индуктивно-емкостного фильтра может иметь следующие присвоенные значения компонента, как проиллюстрировано на Фигуре 6. Например, индуктор 312 катушки может иметь значение, составляющее приблизительно 40 нГн, конденсатор 106 может иметь значение, составляющее приблизительно 30,8 мкФ, индуктивность 108 ветви конденсатора может иметь значение, составляющее приблизительно 14,8 нГн, резистор 110 может иметь значение, составляющее приблизительно 1,68 мОм, индуктор 112 может иметь значение, составляющее приблизительно 2,69 мкФ, емкость 114 скручивания индуктора может иметь значение, составляющее приблизительно 22,47 пФ, и резистор 116 может иметь значение, составляющее приблизительно 480 Ом.

[0046] Индуктивно-емкостный фильтр, включающий в себя конфигурацию катушки с конденсатором, может иметь выходное полное сопротивление, снижающее амплитуду на высоких частотах. Например, индуктивно-емкостный фильтр с катушкой может по существу исключать влияние полосы частот AM и полосы частот FM.

[0047] Фигура 7 представляет собой график, иллюстрирующий катушку, улучшающую ослабление для схемы. График 700 имеет ось х, представляющую частоту 702, и ось y, представляющую амплитуду 704. Проиллюстрировано входное напряжение 706 в схему, имеющее величину ослабления, создаваемого в схеме. Схема, имеющая индуктивно-емкостный фильтр без катушки, может иметь измеренный выход 708, иллюстрирующий помехи, создаваемые из-за выходного напряжения. Схема, имеющая индуктивно-емкостный фильтр с катушкой, может иметь измеренный выход 710, иллюстрирующий уменьшение ослабления, основанное на катушке.

[0048] Хотя выше описаны примерные варианты выполнения, это не означает, что эти варианты выполнения описывают все возможные формы, охватываемые формулой изобретения. Слова, используемые в описании, являются словами описания, а не ограничения, и понятно, что различные изменения могут быть выполнены без отклонения от замысла и объема охраны раскрытия. Как ранее описано, признаки различных вариантов выполнения могут быть объединены для образования дополнительных вариантов выполнения изобретения, которые могут быть явно не описаны или не проиллюстрированы. Хотя различные варианты выполнения могут быть описаны как обеспечивающие преимущества или являются предпочтительными относительно других вариантов выполнения или известных в уровне техники вариантов выполнения по отношению к одной или более требуемых характеристик, специалисту в области техники понятно, что один или более признаков или характеристик могут быть не учтены для достижения требуемых комплексных системных атрибутов, которые зависят от конкретного применения и осуществления. Эти атрибуты могут включать, но не ограничиваясь, стоимость, прочность, долговечность, затраты за срок службы, конкурентоспособность, вид, упаковку, размер, удобство эксплуатации, вес, технологичность, простоту сборки и т.д. В связи с этим варианты выполнения, описанные как менее необходимые, чем другие варианты выполнения, или известные в уровне техники варианты выполнения в отношении к одной или более характеристикам, не выходят за пределы объема охраны раскрытия и могут быть необходимы для особых применений.

1. Силовой преобразователь постоянного тока в постоянный ток, содержащий:

индуктивно-емкостный фильтр, включающий в себя индуктор, конденсатор и катушку, размещенную и ориентированную относительно и электрически соединенную с конденсатором так, что пульсирующий ток, вызванный работой схемы переключения, течет через конденсатор и катушку с противоположным направлением для ослабления магнитного поля, создаваемого конденсатором, чтобы уменьшать паразитную индуктивность конденсатора.

2. Преобразователь по п. 1, в котором конденсатор и катушка уложены друг над другом.

3. Преобразователь по п. 1, в котором катушка электрически соединена с индуктором.

4. Преобразователь по п. 1, в котором количество витков катушки основано на размере конденсатора и требуемой связи между паразитной индуктивностью конденсатора и индуктивностью катушки.

5. Преобразователь по п. 1, в котором диаметр катушки основан на размере конденсатора и требуемой связи между паразитной индуктивностью конденсатора и индуктивностью катушки.

6. Преобразователь по п. 1, в котором индуктивно-емкостный фильтр соединен с по меньшей мере одним из входа схемы переключения и выхода схемы переключения.

7. Преобразователь по п. 1, в котором катушка электрически подсоединена перед индуктором или после индуктора.

8. Индуктивно-емкостный фильтр, содержащий:

индуктор;

конденсатор, электрически соединенный с индуктором; и

катушку, электрически соединенную последовательно и уложенную на конденсаторе так, что пульсирующий ток течет через конденсатор и катушку в противоположных направлениях, приводя к смещению магнитного поля между конденсатором и катушкой, чтобы уменьшать паразитную индуктивность конденсатора, причем катушка имеет заданное количество витков и диаметр на основании размера конденсатора.

9. Фильтр по п. 8, в котором конденсатор и катушка уложены друг над другом.

10. Фильтр по п. 8, в котором катушка электрически соединена с индуктором.

11. Фильтр по п. 8, в котором количество витков катушки основано на размере конденсатора и требуемой связи между паразитной индуктивностью конденсатора и индуктивностью катушки.

12. Фильтр по п. 8, в котором диаметр катушки основан на размере конденсатора и требуемой связи между паразитной индуктивностью конденсатора и индуктивностью катушки.

13. Фильтр по п. 8, в котором катушка подсоединена на входе схемы переключения.

14. Фильтр по п. 8, в котором катушка подсоединена на выходе схемы переключения.

15. Способ ослабления магнитного поля в силовом преобразователе, содержащий:

ослабление магнитного поля, создаваемого конденсатором индуктивно-емкостного фильтра, включающего в себя индуктор и катушку, путем направления пульсирующего тока от конденсатора к катушке так, что пульсирующий ток течет через конденсатор и катушку в противоположных направлениях, чтобы уменьшать паразитную индуктивность конденсатора.

16. Способ по п. 15, в котором конденсатор и катушка уложены друг над другом.

17. Способ по п. 15, в котором количество витков катушки основано на размере конденсатора и требуемой связи между паразитной индуктивностью конденсатора и индуктивностью катушки.

18. Способ по п. 15, в котором диаметр катушки основан на размере конденсатора и требуемой связи между паразитной индуктивностью конденсатора и индуктивностью катушки.

19. Способ по п. 15, дополнительно содержащий подсоединение катушки на входе схемы переключения.

20. Способ по п. 15, дополнительно содержащий подсоединение катушки на выходе схемы переключения.