一种电磁干扰抑制结构和具有该结构的电能变换器的制造方法

文档序号:10249334阅读:501来源:国知局
一种电磁干扰抑制结构和具有该结构的电能变换器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电磁干扰抑制电路,特别是一种电磁干扰抑制结构和具有该结构的电能变换器。
【背景技术】
[0002]在开关电源、LED驱动器、LED灯具、逆变器、电池充电器、充电粧、电源适配器、医疗电源、医疗设备、通讯电源和通讯设备等电能变换器中,为抑制电能变换器中半导体开关器件高频工作产生的电磁噪声,通常会通过Y电容,X电容、共模电感和差模电感等电磁噪声滤波器件进行滤波,抑制其对外界环境的电磁干扰影响,满足相关的电磁兼容法规要求。
[0003]对于交流输入的电能变换器,根据交流输入方式可以分为:I类输入和II类输入,其中I类输入由交流输入线和地线组成,II类输入只由交流输入线组成。
[0004]a) I类电能变换器
[0005]I类电能变换器如图I所示,由可以简化成两部分:I类EMI滤波器和功率变换(Power Converter)电路组成。I类电能变换器的交流输入包括交流输入线和大地;EMI滤波器的左侧3个输入端I、2和3分别连接至交流输入线和大地;EMI滤波器右侧的输出端4、5和6分别连接至功率变换电路的输入端I、2和3;然后功率变换电路输出端4和5连接负载,提供所需的电能。
[0006]在I类电能变换器中的I类EMI滤波器通常采用I类单级EMI滤波电路单元,如图2所示,或者I类多级串联EMI滤波电路单元,如图3所示。
[0007]I类单级EMI滤波电路单元典型结构如图2所示,由3个输入端口 I,2和3与3个输出端口 4,5,和6组成,输入端口 3与输出端口 6都连接至大地线。I类单级ΕΜΓ滤波电路单元包括电容0¥1、0¥2、0¥3、0¥4、0乂1、0乂2、电感1^1和电感1^,其中电感1^1和电感1^可以单独工作,也可以用磁芯进行耦合,形成差模电感、共模电感或者差共模电感。上述器件CY1、CY2、CY3、CY4、CX1、CX2、电感L1和电感L2都可以独立工作,实现EMI噪声滤波功能。当上述器件独立工作时,其它电容以开路的方式进行替代,其它电感以短路线进行替代。
[0008]I类单级ΕΜΓ滤波电路单元的输入端I连接至电容CYl、电容CXl和电感LI的连接点;I类单级EMI滤波电路单元的输入端2连接至电容CY2、电容CXl和电感L2的连接点;I类单级ΕΜΓ滤波电路单元的输入端3连接至电容CYl和电容CY2的连接点,以及电容CY3和电容CY4的连接点和输出端口 6; I类单级EMI滤波电路单元的输出端4连接至电容CY3、电容CX2和电感LI的连接点;I类单级EMI滤波电路单元的输出端5连接至电容CY4、电容CX2和电感L2的连接点。
[0009]图2中所示的I类单级ΕΜΓ滤波电路单元中虚线框中电容CY1、CY2、CY3和CY4的形成的电路,用于提供后级功率变换电路中高频噪声源的噪声电流回路,以减小电能变换器中的噪声源对外部的电磁干扰。
[0010]增大I类单级EMI滤波电路单元中的电容CY1、CY2、CY3和CY4容量可以减小噪声源对外部的电磁干扰,但会增加电能变换器对地的漏电流。由于需要满足安全规范中对漏电流大小的限制,因此上述I类单级EMI滤波电路单元中对地电容CYl、CY2、CY3和CY4的容值大小就有限制,从而导致上述电容CY1、CY2、CY3和CY4的容值不能无限制地增大,造成图I所示的I类电能变换器噪声抑制困难,就需要再增加I级或多级的EMI滤波器,导致产品体积增大,效率降低,成本增高。
[0011]图3为I类多级串联的EMI滤波电路单元,由图2所示的I类单级EMI滤波电路单元串联而成,其中I类单级EMI滤波电路单元(I)的输入端I、2和3分别与交流输入线和大地线(Earth)相连;I类单级EMI滤波电路单元(I)的输出端4、5和6分别于I类EMI滤波电路单元
(2)的输入端1、2和3相连;I类单级EMI滤波电路单元(2)的输出端4、5和6分别于后续的I类EMI滤波电路单元(η)的输入端1、2和3相连;后续I类单级EMI滤波电路单元(η)的输出端4、5和6再与后续的功率变换电路的输入端I,2和3相连。
[0012]与I类单级EMI滤波器一样,I类多级串联的EMI滤波电路单元存在更多的对地电容,造成更大的漏电流,因此,其对地电容的电容量大小受到安全法规中漏电流大小的限制,导致图I所示的I类电能变换器噪声抑制困难,就需要再增加更多级的EMI滤波器,导致产品体积增大,效率降低,成本增高。
[0013]b)II类电能变换器
[0014]II类电能变换器如图4所示,由两部分组成:EMI滤波器和功率变换电路组成。II类电能变换器的交流输入只包括交流输入线;EMI滤波器的左侧2个输入端I和2分别连接至交流输入线;EMI滤波器右侧的输出端4和5分别连接至功率变换电路的输入端I和2;然后功率变换电路输出端4和5连接负载,提供所需的电能。
[0015]II类单级EMI滤波电路单元典型结构如图5所示,由2个输入端口 I和2与2个输出端口 4和5组成。II类单级ΕΜΓ滤波电路单元包括电容CXl、CX2、电感LI和电感L2,其中电感LI和电感L2可以单独工作,也可以用磁芯进行耦合,形成I个差模电感、共模电感或者差共模电感。上述器件CXl、CX2、电感LI和电感L2都可以独立工作,实现EMI噪声滤波功能。当上述器件独立工作时,其它电容以开路的方式进行替代,其它电感以短路线进行替代。
[0016]II类单级EMI滤波电路单元的输入端I连接至电容CXl和电感LI的连接点;II类单级EMI滤波电路单元的输入端2连接至电容CXI和电感L2的连接点;II类单级EMI滤波电路单元的输出端4连接至电容CX2和电感LI的连接点;II类单级EMI滤波电路单元的输出端5连接至电容CX2和电感L2的连接点。
[0017]图4所示的II类电能变换器,通过电容CXl、CX2、电感LI和电感L2对后级功率变换电路中高频噪声源的电磁干扰进行抑制。通过增加电容容量和电感量可以加强对高频电磁噪声的抑制效果。然而安规要求中掉电时间的要求限制了电容CXI和CX2的容量增加,造成图4所示II类电能变换器噪声抑制困难,就需要再增加I级或多级EMI滤波器进行抑制,但会增加产品的体积、重量和成本,同时降低电能变换效率。
[0018]当II类单级EMI滤波电路单元不能满足噪声抑制要求时,II类多级EMI滤波电路单元被提出以满足电磁噪声抑制的要求,如图6所示。II类多级EMI滤波电路单元由多个II类单级EMI滤波电路单元串联而成,其中II类单级EMI滤波电路单元(I)的输入端I和2分别与交流输入线相连;II类单级EMI滤波电路单元(I)的输出端4和5分别与II类单级EMI滤波电路单元(2)的输入端I和2相连;II类单级EMI滤波电路单元(2)的输出端4和5分别与后续II类单级EMI滤波电路单元(η)的输入端I和2相连;后续II类单级EMI滤波电路单元(η)的输出端再与后续的功率变换电路的输入端I和2相连,提供需要电能。
[0019]当图6所示的II类多级EMI滤波电路单元被应用到产品中,但该方案存在更多的跨接于火线和零线间的电容,造成更长的放电时间,为满足放电时间的要求,电容的容量就无法无限制地增加;多级的电感进一步增加了导致产品体积、重量和成本的增加,同时电能变换效率进一步下降。
【实用新型内容】
[0020]针对上述I类和II类电能变换器中现有的电磁噪声抑制技术导致的漏电流问题、放电时间、体积大和电能变换器效率低的不足之处,本实用新型提出一种电磁干扰抑制结构和具有该结构的电能变换器,它不需要通过大地线就可以直接给功率变换电路中的高频噪声提供电流回路,显著减小电磁噪声的传播回路面积;在满足电磁兼容法规对电磁干扰和安规要求下,一方面大幅度地减小电能变换器中的对地漏电流,另一方面不影响电能的变换效率,以及产品体积的减小。通过优化后,甚至可以免除电能变换器的对地漏电流,提高电能变换效率,进一步减小产品体积。而且本实用新型适用于现有的EMI滤波器结构,可以在不修改现有EMI滤波器结构的情况抑制电磁噪声,满足电磁兼容的法规要求,还可以进一步简化和优化EMI滤波器结构,减小漏电流,减少器件,较小体积和提高电能变换效率。[0021 ]为实现上述目的,本实用新型是这样实现的。
[0022]—种电磁干扰抑制结构,其特征在于:它包括至少两个串联连接的电容Cl和电容C2;所述的电容Cl和电容C2串联连接结构的两端分别具有连接至交流输入线的接点;所述的电容CI和电容C2之间的连接点是与后续的功率变换电路的电气连接点连接的接点;所述的电容Cl和电容C2可用等效的容性阻抗器件替代。
[0023]上述的电容Cl和电容C2为任何结构的电容。
[0024]一种电能变换器,它包括EMI滤波器和功率变换电路;其特征在于:它还包括如上所述的电磁干扰抑制结构;所述的电磁干扰抑制结构的电容Cl和电容C2串联连接结构的两端分别连接交流输入线;所述的电容Cl和电容C2之间的连接点与后续的功率变换电路的电气连接点连接;所述的电容Cl和电容C2可用等效的容性阻抗器件替代。
[0025]所述的电能变换器,其特征在于:所述的功率变换电路中包括整流桥,所述的电容CI和电容C2之间的连接点与整流桥的负端连接;所述的电容CI和电容C2可用等效的容性阻抗器件替代。
[0026]所述的电能变换器,其特征在于:所述的功率变换电路中包括整流桥,所述的电容CI和电容C2之间的连接点与整流桥的正端连接;所述的电容CI和电容C2可用等效的容性阻抗器件替代。
[0027]所述的电能变换器,其特征在于:所述的功率变换电路中包括整流桥,所述的电容CI和电容C2之间的连接点与后续的功率变换电路的电气连接点连接;所述的电容Cl和电容C2可用等效的容性阻抗器件替代。
[0028]当电能变换器中施加本实用新型提出的电磁干扰抑制结构后,可以进一步优化电能变换器中的EMI滤波器,可以减少(EMI
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