一种高压电源的emc防护和滤波装置及方法_3

文档序号:9379430阅读:来源:国知局
方案详述如下:
[0075] 在本发明实施例中,依据公式
\十算差模电感的电感值。其中,ζ是阻 尼因子,&是用电源输入阻抗,f。为希望得到的滤波器转折频率。因此,影响差模电感取值 的因素包括ξ,&,f。,下面分别对这三个影响因素的取值进行详述叙述:
[0076] (1)电源输入阻抗&。由于安规规范中是用电源阻抗模拟网络(LISN)测试的,通 常情况下&取值为50Ω。
[0077] (2)转折频率f。。依据公式。 可以知道,影响转折频率的因素有f sw和 Att。其中,fsw为电源的工作频率;Att是开关频率处所需衰减量的负dB值。
[0078] 实际应用中,fsw取值范围为:40kHz~350kHz,而Att通常是设定值。一个理想的 滤波器Att取值为_24dB。因此,依据公式/: = /: xK)i,计算得出转折频率f。的取值范围 为 IOkHz ~87. 5kHz。
[0079] (3)阻抗因子ζ。差模滤波器应当比共模滤波器有一个更低的阻尼因子,因为如 果采用较高的阻尼因子,整个滤波部分的复合阻尼响应将会变的太迟缓,在本发明实施例 中,差模滤波器的阻尼因子取值范围为〇. 2~0. 5。
[0080] 依据公式
以及上述(1)-(3)中差模电感取值的影响因素 ζ,Rp f。的 取值范围,可计算差模电感的取值范围为18. 3uH~396. 2uH,实际应用中差模电感量取值 范围为18uH~390uH。当差模电感在18uH~390uH范围取值时,可以有效减小共模电感 进入自激震荡的时间,使干扰得到了衰减。从而保证了设备在收发数据包时不丢包。如图 3和图4所示的波形图,雷击施加在L线和N线之间时,经过LDMl、LDM2、Cl、LDM3、LDM4对 经过的干扰进行阻尼滤波后,EMC干扰减小到电源可允许的范围之内。
[0081] 可选地,开关电源产生的噪声频谱通常IOkHz~30MHz,针对于该频率本发明实施 例中共模电感的电感量取值范围为330uH~27mH,可以保证电感阻抗够高,达到足够的衰 减量。具体涉及方案详述如下:
[0082] 在本发明实施例中,依据公式 以及转折频率f。和C的取值范围, 可以计算出Y电容的容量的取值范围。其中,f。的取值范围为IOkHz~87. 5kHz,而C的电 容安规标准里要求是小于〇. luF。但电力工业以太网交换机标准里要求是漏电流小于10 毫安,此时对应的Y电容容量为0.0 luF,则Y电容的取值不大于0.0 luF,则此时可计算共模 电感的取值范围为330uH~25. 3mH,实际应用中共模电感量取值范围为330uH~27mH。当 共模电感在330uH~27mH范围取值时,共模电感加上前后级的差模电感可以抑制电流上升 率,提高共模电感LCM的输入阻抗,减少共模电感LCM出现震荡的时间。如图5和图6所示 波形图,当雷击浪涌施加在L线或N线对地端时,干扰电压经过共模电感滤波后,干扰电压 尖峰得到一定比例的衰减。
[0083] 该电源转换模块14包括AC/DC或DC/DC电源模块。
[0084] 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、第四X电容C4 ;其中,该第四X电容C4并联在正极线与负极线之间, 一端连接该第一磁珠 FB1,另一端连接该第三磁珠 FB3 ;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的 一端;该第三X电容C3的另一端连接该第三磁珠 FB3。
[0085] 其中,该第四X电容C4为高频滤波电容,可以是电源内部集成的,也可以是外加 的;该第三X电容C3可以是穿心电容,穿心电容自电感较普通电容小得多,故而自谐振频率 很高。同时,穿心式设计,也有效地防止了高频信号从输入端直接耦合到输出端。这种低通 高阻的组合,在IGHz频率范围内,提供了极好的抑制效果。
[0086] 干扰噪声是叠加在直流传输电平上的交流成分,直流成分是有用的,而干扰噪声 能量却是无用的电磁干扰。要消除这些不需要的信号能量,本发明实施例采用"干扰噪声滤 波模块"扮演高频电阻的角色(衰减器),该器件允许直流通过,而滤除交流信号。在本发 明实施例中,该第四X电容C4、第二X电容C2和第三磁珠 FB3,组成JT型滤波器,第一磁珠 FBI、第二X电容C2、第二磁珠 FB2组成T型滤波,第三X电容C3与T型滤波和π型滤波组 合成复合滤波电路,对直流输出进行有效的高频噪声和尖峰干扰滤波。
[0087] 直流传输线上的磁珠有很高的电阻率和磁导率,等效于电阻和电感串联,但电阻 值和电感值都随频率变化,磁珠比普通的电感有更好的高频滤波特性,在高频时呈现阻性, 所以能在相当宽的频率范围内保持较高的阻抗,从而提高调频滤波效果。
[0088] 在本发明实施例中,依据公式1
计算X电容的容量。其中,fFT是 干扰噪声滤波器的转折频率,Lb是磁珠的电感量。因此,影响X电容取值的因素包括fFT和 Lb。下面分别对这两个影响因素的取值进行详细叙述:
[0089] ⑴干扰噪声滤波器的转折频率fFT。在本发明实施例中,fFT的取值可以为IMHz ;
[0090] (ii)磁珠的电感量Lb。根据频率阻抗特性曲线图磁珠规格选用5 Ω~ 100〇/1001抱,依据公式乂1^ = 2 11之1^,其中,乂1^是磁珠的感抗,之是磁珠的转折频率,之的 取值范围为3MHz~300MHz,可以计算出磁珠电感L b的取值范围为0. 008uH~0. 159uH。
[0091] 依据公式
以及上述⑴和(ii)中X电容的影响因素^和Lb 的取值范围,可计算出X电容的容量的取值范围为〇. 159uF~3. 169uF,实际应用中X电容 的容量取值为〇. IuF~3. 9uF。当高频噪声和尖峰干扰叠加在直流输出端时,经过吸收型的 干扰噪声滤波电路后,将干扰有效衰减到设备内部交换芯片可承受的范围之内,使设备在 受到EMC干扰时收发数据不会出现丢包现象。
[0092] 需要说明的是,本发明实施例仅以该干扰噪声滤波模块15包括第四X电容C4为 例进行说明,使得直流输出干扰减小到交换芯片收发数据不丢包,事实上,在本发明的另一 实施例中,该干扰噪声滤波模块15也可以不包括该第四电容,该干扰噪声滤波模块15仅包 括第一磁珠 FBI、第二X电容C2、第二磁珠 FB2、第三X电容C3、第三磁珠 FB3也可以达到滤 除干扰噪声的目的,本发明实施例不作具体限定。
[0093] 该低通滤波模块17包括第五差模电感LDM5、第五X电容C5、第六X电容C6和瞬 态抑制TVS管。其中,该第五差模电感LDM5串接该第二磁珠 FB2的一端,另一端分别连接 该第五X电容C5、第六X电容C6和瞬态抑制TVS管。
[0094] 在本发明实施例中,该低通滤波模块17配合干扰噪声滤波模块可以减小直流输 出的纹波噪声。
[0095] 需要说明的是,本发明实施例仅以电容组包括两个电容为例进行说明,事实上,在 本发明的另一实施例中,该电容组还可以包括一个电容、三个电容,或三个以上电容,本发 明实施例不作具体限定。
[0096] 在本发明实施例中,当EMC干扰施加在L线或N线对地端时,入口处第三Y电容CY3 和第四Y电容CY4先进性泄放防护,第一差模电感LDMl和第二差模电感LDM2对干扰电压或 电流进行阻尼滤波,进入共模电感LCM上的干扰达到压敏电阻的动作电压时,并联在共模 电感LCM两端的压敏电阻开始泄放干扰,减少共模电感自激震荡的时间,然后在经过第三 差模电感LDM3、第四差模电感LDM4、第一 Y电容CY1、第二Y电容CY2进行阻尼滤波后,防护 电路输出的端的干扰电压或干扰电流被有效地钳制在电源输入允许的干扰范围内,EMC的 组合滤波电路的阻尼得到有效的提高。如图7和图8所示的波形图,当脉冲群施加在L线 或N线对地端时,LDM1、LDM2、LDM3、LDM4、CY1、CY2对经过的干扰进行阻尼滤波后,防护电 路输出的端的干扰电压或干扰电流被有效地钳制在电源输入允许的干扰范围内。
[0097] 在本发明实施例中,当EMC干扰施加在L线和N线之间时,入口处的压敏电阻Ml 首先进行第一级的防护,第一差模电感LDMl、第二差模电感LDM2、第一 X电容Cl、第三差模 电感LDM3、第四差模电感LDM4进行第二级滤波防护,因为共模电感对差模干扰是起不到有 效的防护作用的,这时第一差模电感LDMl、第二差模电感LDM2、第一 X电容Cl、第三差模电 感LDM3、第四差模电感LDM4等效的组成了双T型滤波器,干扰电压或电流经过了双T型滤 波器的有效阻尼滤波后,干扰减小到电源允许范围。
[0098] 在本发明实施例中,当EMC干扰施加输入端时,在电源低压直流输出端的第四X电 容C4、第二X电容C2和第三磁珠 FB3,组成π型滤波器,第一磁珠 FBI、第二X电容C2、第 二磁珠 FB2组成T型滤波,第三X电容C3与T型滤波和π型滤波组合成复合滤波电路,对 电源转换模块的直流输出进行尖峰噪声干扰吸收,如图9、图10所示波形图,增加的T型滤 波器和η型滤波器对电源直流输出进行滤波,使直流输出"干净"的直流电。
[0099] 遵循先防护后滤波的原则后,须在电源模块直流输出端增加吸收型的噪声滤波电 路,进行高频噪声和尖峰干扰吸收滤波,将干扰有效减小到设备受到EMC干扰时收发数据 不丢包状态。
[0100] 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
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