一种高压电源的emc防护和滤波装置及方法

文档序号:9379430
一种高压电源的emc防护和滤波装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及工业控制设备中内部电源保护技术领域,尤其涉及一种高压电源的 EMC防护和滤波装置及方法。
【背景技术】
[0002] EMC (Electro Magnetic Compatibility,电磁兼容性)指设备或系统在其电磁环境 中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。工业以太网 交换机在实际工业现场应用中,当电力交流供电系统出现开关动作过程、继电器触点跳动 或切换感性负载时产生的电源浪涌、脉冲群和间接感应雷等干扰的几率都很高,因此,工业 以太网交换机对EMC环境要求比较苛刻。
[0003] 现有技术中,在EMC环境比较苛刻的情况下,通常在供电电源输入端的火线和零 线之间并联一个压敏电阻组成差模保护电路,来钳位差模干扰。电源输入端的火线和零线 上各并联一个压敏电阻的一端,而两个压敏电阻的另一端连接在一起和陶瓷气体放电管组 成Y型的共模保护电路,泄放共模干扰。然后加上一级或两级共模电感进行共模电感滤波, 来进行EMC防护。
[0004] 在实现本发明的过程中,发明人发现现有技术至少存在以下问题:
[0005] 现有技术EMC防护电路中,共模滤波器在有高频干扰时其特性受寄生参数的影 响,主要的寄生参数是共模线圈的匝间电容,这些电容通常较小,是由于不同绕组间电压差 异(伏/匝)引起的。在高频时,匝间电容对绕组具有旁路作用,造成流入绕组的高频交流 电流增加。绕组电感与分布匝间电容形成谐振回路。它们发生谐振时的频率成为绕组自激 振荡频率。在绕组自激振荡点上,电容作用大于电感,这样减弱EMC滤波器高频衰减特性。 此时自激振荡对共模滤波器的影响是显而易见的。当达到自激振荡条件时,滤波器在自激 振荡频率时的Q值太高,也就是共模滤波器阻尼因数变小,滤波器会以窄带震荡的形式产 生干扰噪声,同时对EMC干扰抑制能力变差,即使采用钳位或开关型的器件泄放掉共模电 感上的残压能量,也很难保证谐振回路阻尼提高到理想状态,导致高等级的EMC干扰施加 到工业以太网交换机供电端口时,设备收发数据会出现丢包现象,甚至设备系统复位或通 讯端口不能正常通信,使设备的可靠性较差,无法得到有效的保护。

【发明内容】

[0006] 本发明实施例提供一种高压电源的EMC防护和滤波装置及方法,用以解决现有设 备在受到EMC干扰时,导致工业以太网交换机收发数据丢包的问题。
[0007] 本发明实施例提供一种高压电源的EMC防护和滤波装置,所述装置包括:
[0008] 第一防护模块,用于对输入电路中的干扰进行阻尼滤波后输出;
[0009] 共模滤波模块,用于滤波所述第一防护模块输出的干扰中的共模干扰;
[0010] 第二防护模块,用于滤波所述共模滤波模块输出的干扰中差模干扰进行阻尼滤 波,对所述第二干扰中共模干扰进行泄放;
[0011] 电源转换模块,用于将所述第二防护输出的交流电转换为直流电;
[0012] 干扰噪声滤波模块,用于吸收滤波所述电源模块输出的直流电中的尖峰干扰噪 声;
[0013] 所述第一防护模块包括第一差模电感LDM1、第二差模电感LDM2和第一 X电容Cl ; 所述共模滤波模块包括共模电感LCM ;所述第二防护模块包括第三差模电感LDM3、第四差 模电感LDM4、第一 Y电容CYl和第二Y电容CY2 ;
[0014] 其中,所述第一差模电感LDMl串接在L线上,另一端与所述共模电感LCM的绕组 连接,所述第二差模电感LDM2串接在N线上,另一端与所述共模电感LCM另一绕组连接;所 述第一 X电容Cl位于所述第一差模电感LDMl和所述第二差模电感LDM2的后级,且位于所 述共模电感LCM的前级,所述第一 X电容Cl 一端与所述第一差模电感LDMl连接,另一端与 所述第二差模电感LDM2连接;
[0015] 所述第三差模电感LDM3串接所述共模电感LCM的一个绕组,另一端连接所述第一 Y电容CY1,所述第四差模电感LDM4串接所述共模电感LCM的另一个绕组,另一端连接所述 第二Y电容CY2,所述第一 Y电容CYl和第二Y电容CY2的另一端分别连接大地;
[0016] 所述干扰噪声滤波模块包括第一磁珠 FBI、第二磁珠 FB2、第三磁珠 FB3、第二X电 容C2、第三X电容C3 ;其中,所述第一磁珠 FBl串接正极线,另一端连接所述第二X电容C2, 所述第三磁珠 FB3串接负极线,另一端连接所述第二X电容C2的另一端;所述第二磁珠 FB2 位于所述第一磁珠 FBl的后级,串接正极线,另一端连接所述第三X电容C3 ;所述第三X电 容C3的另一端连接所述第三磁珠 FB3。
[0017] 本发明实施例提供一种高压电源的EMC防护和滤波方法,所述方法包括:
[0018] 对输入电路中的干扰进行阻尼滤波,得到第一干扰;
[0019] 对所述第一干扰中的共模干扰进行滤波,得到第二干扰;
[0020] 对所述第二干扰中差模干扰进行阻尼滤波,对所述第二干扰中共模干扰进行泄 放,得到第三干扰;
[0021] 将包含所述第三干扰的交流电转换为直流电,得到第四干扰;
[0022] 对所述第四干扰中尖峰干扰噪声进行吸收滤波后输出。
[0023] 本发明实施例提供的装置,通过在工业以太网交换机供电电源入口共模电感前后 端增加双线差模电感、X电容、Y电容,分别在共模电感两端等效组成双T型滤波器,提高共 模电感的阻尼因数,进一步遵循先防护后滤波的原则,在电源转换模块直流输出端增加 T 型滤波器和η型滤波器的组合滤波,减小直流输出的高频噪声和尖峰干扰,使得工业以太 网交换机的交流供电入口在有高级别的EMC干扰时,设备收发数据零丢包,有效地提高了 设备的可靠性。
【附图说明】
[0024] 图1为本发明实施例提供的一种高压电源的EMC防护和滤波装置结构示意图;
[0025] 图2为本发明实施例提供的一种高压电源的EMC防护和滤波装置结构示意图;
[0026] 图3为本发明实施例提供的雷击施加在L线或N线对地端时输入端的电压波形示 意图;
[0027] 图4为本发明实施例提供的雷击施加在L线或N线对地端时输出端的电压波形示 意图;
[0028] 图5为本发明实施例提供的脉冲群施加在L线或N线对地端时输入端的电压波形 示意图;
[0029] 图6为本发明实施例提供的脉冲群施加在L线或N线对地端时输出端的电压波形 示意图;
[0030] 图7为本发明实施例提供的雷击浪涌施加在L线和N线之间时输入端的电压波形 示意图;
[0031] 图8为本发明实施例提供的雷击浪涌施加在L线和N线之间时输出端的电压波形 示意图;
[0032] 图9为本发明实施例提供的电源转换模块直流输出进入滤波器之间的波形示意 图;
[0033] 图10为本发明实施例提供的电源转换模块直流输出进入滤波器之后的波形示意 图;
[0034] 图11为本发明实施例提供的一种高压电源的EMC防护和滤波方法流程图。
【具体实施方式】
[0035] 本发明为了保证高等级干扰施加工业以太网交换机时,收发数据零丢包,提供了 一种高压电源的EMC防护和滤波装置及方法。
[0036] 下面结合说明书附图,对本发明进行详细说明。
[0037] 图1是本发明实施例提供的高压电源的EMC防护和滤波装置的结构示意图。参见 图1,该装置包括第一防护模块11、共模滤波模块12、第二防护模块13、电源转换模块14和 干扰噪声滤波模块15。其中,
[0038] 该第一防护模块11用于对输入电路中的干扰进行阻尼滤波后输出;该第一防护 模块11与该共模滤波模块12连接,该共模滤波模块12用于滤波该第一防护模块输出的干 扰中的共模干扰;该共模滤波模块12与该第二防护模块13连接,该第二防护模块13用于 滤波该共模滤波模块输出的干扰中差模干扰进行阻尼滤波,对该第二干扰中共模干扰进行 泄放;该第二防护模块13与该电源转换模块14连接,该电源转换模块14用于将该第二防 护输出的交流电转换为直流电;该电源转换模块14与该干扰噪声滤波模块15连接,该干扰 噪声滤波模块15用于吸收滤波该电源模块输出的直流电中的尖峰干扰噪声。
[0039] 在本发明实施例中,该第一防护模块11包括第一差模电感LDM1、第二差模电感 LDM2和第一 X电容Cl ;该共模滤波模块12包括共模电感LCM ;该第二防护模块13包括第 三差模电感LDM3、第四差模电感LDM4、第一 Y电容CYl和第二Y电容CY2 ;
[0040] 其中,该第一差模电感LDMl串接在L线上,另一端与该共模电感LCM的绕组连接, 该第二差模电感LDM2串接在N线上,另一端与该共模电感LCM另一绕组连接;该第一 X电 容Cl位于该第一差模电感LDMl和该第二差模电感LDM2的后级,且位于该共模电感LCM的 前级,该第一 X电容Cl 一端与该第一差模电感LDMl连接,另一端与该第二差模电感LDM2 连接。
[0041] 该第三差模电感LDM3串接该共模电感LCM的一个绕组,另一端连接该第一 Y电容 CY1,该第四差模电感LDM4串接该共模电感LCM的另一个绕组,另一端连接该第二Y电容 CY2,该第一 Y电容CYl和第二Y电容CY2的另一端分别连接大地;
[0042] 该干扰噪声滤波模块15包括第一磁珠 FBI、第二磁珠 FB2、第三磁珠 FB3、第二X电 容C2、第三X电容C3 ;其中,该第一磁珠 FBl串接正极线,另一端连接该第二X电容C2,该 第三磁珠 FB3串接负极线,另一端连接该第二X电容C2的另一端;该第二磁珠 FB2位于该 第一磁珠 FBl的后级,串接正极线,另一端连接该第三X电容C3 ;该第三X电容C3的另一 端连接该第三磁珠 F
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