开关电源的制作方法

文档序号:30180731发布日期:2022-05-26 13:13阅读:90来源:国知局
开关电源的制作方法

1.本技术涉及能源技术领域,特别涉及能源技术领域的一种开关电源。


背景技术:

2.随着半导体技术的飞速发展,开关电源的电磁兼容性(electromagnetic compatibility,emc)日益得到关注和重视。电磁兼容性是指包括开关电源的系统在其电磁环境中,能正常工作且不对电磁环境中的任何设备构成不能承受的电磁干扰的能力。
3.由于开关电源的开关管处于高速开关状态,伴随有较大的电压变换率和电流变换率,因此,开关电源在工作过程中会产生共模干扰(common mode interference,cmi),可能会影响开关电源所在的系统中其他设备的正常工作。
4.相关技术通常在开关电源的交流输入端设置共模电感,通过共模电感的滤波功能实现共模干扰的抑制。但是,共模电感的设置往往会增加开关电源的尺寸和成本。


技术实现要素:

5.本技术提供了一种开关电源,不需要设置额外的滤波器件,在不增加开关尺寸和成本的基础上实现对共模干扰的抑制。
6.本技术提供一种开关电源,可以包括第一变换模块和第二变换模块。
7.其中,第一变换模块可以包括交流输入端和第一直流输出端,第二变换模块可以包括直流输入端和第二直流输出端。
8.上述的交流输入端可以用于与交流电源连接,第一直流输出端可以用于与直流输入端连接,第二直流输出端可以用于与负载连接。
9.可选地,第二变换模块可以包括第一电感和与第一电感连接的开关管。第一电感可以包括第一绕组和磁芯,第一绕组可以绕制于磁芯。
10.进一步地,第二变换模块还可以包括第二绕组和导体,第二绕组也绕制于磁芯,第二绕组和磁芯可以构成第二电感。第二绕组的第一端可以连接接地端或者可以连接第一直流输出端,第二绕组的第二端可以连接导体。
11.在一示例中,上述的导体可以为磁芯。当然,导体还可以为开关电源中除了磁芯以外的其他可以导电的部件,本技术对此不做限定。
12.在另一示例中,开关管可以包括功率器件。功率器件可以采用金属-氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,mosfet),或者采用绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,igbt)。当然,开关管还可以包括其他类型的功率器件,本技术对此不做限定。
13.进一步地,开关管还可以包括与功率器件反并联的二极管。于是,功率器件和二极管可以构成开关管。
14.可选地,第一变换模块可以包括第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管和第二电容。
15.其中,第二二极管的阳极和第三二极管的阴极均可以与交流电源的第一交流端连接,第四二极管的阴极和第五二极管的阳极均可以与交流电源的第二交流端连接,第二二极管的负极、第五二极管的负极和第二电容的正极端均可以与直流输入端连接,第三二极管的负极、第四二极管的负极和第二电容的负极端均可以与接地端连接。
16.在一种可能的实现方式中,第二变换模块还可以包括第一二极管和第一电容。
17.其中,第一二极管的阳极和开关管的第一端均可以与第一绕组的第一端连接,第一二极管的阴极可以与第二直流输出端连接,开关管的第二端可以与所述接地端连接,第一绕组的第二端可以与直流输入端连接,第一电容的正极端可以与第二直流输出端连接,第一电容的负极端可以与接地端连接。
18.可以看出,由第一变换模块和上述实现方式提供的第二变换模块构成的开关电源采用了boost电路(可以具有升压作用),第一变换模块可以将交流电源输出的交流电变换(即整流)为直流电,第二变换模块可以将第一变换模块输出的直流电变换(即逆变)为交流电,并将该交流电提供给负载(即为负载供电)。
19.在另一种可能的实现方式中,第二变换模块还包括第一二极管和第一电容。
20.其中,第一二极管的阳极和开关管的第一端均可以与第一绕组的第一端连接,第一二极管的阴极可以与直流输入端连接,开关管的第二端可以与接地端连接,第一电容的正极端、第一电容的负极端和第一绕组的第二端均可以与第二直流输出端连接。
21.可以看出,由第一变换模块和上述实现方式提供的第二变换模块构成的开关电源采用了buck电路(可以具有降压作用),第一变换模块可以将交流电源输出的交流电变换(即整流)为直流电,第二变换模块可以将第一变换模块输出的直流电变换(即逆变)为交流电,并将该交流电提供给负载(即为负载供电)。
22.在再一种可能的实现方式中,第二变换模块还可以包括第一二级管和第一电容。
23.其中,第一二极管的阳极和开关管的第一端均可以与第一绕组的第一端连接,第一二级管的阴极可以与第二直流输出端连接,开关管的第二端可以与接地端连接,第一绕组的第二端可以与直流输入端连接,第一电容的正极端和负极端均可以与第二直流输出端连接。
24.可以看出,由第一变换模块和上述实现方式提供的第二变换模块构成的开关电源采用了buck-boost电路(可以具有降压作用、升压作用或者传输功率的作用),第一变换模块可以将交流电源输出的交流电变换(即整流)为直流电,第二变换模块可以将第一变换模块输出的直流电变换(即逆变)为交流电,并将该交流电提供给负载(即为负载供电)。
25.在又一种可能的实现方式中,第二变换模块还可以包括第一二极管、第一电容和第三绕组。
26.其中,开关管的第一端可以与第一绕组的第一端连接,开关管的第二端可以与接地端连接,第一绕组的第二端可以与直流输入端连接;
27.第三绕组可以绕制于磁芯,第三绕组的第一端可以与第一二级管的阳极连接,第三绕组的第二端可以与第一电容的负极端连接,第一二级管的阴极和第一电容的正极端均可以与第二直流输出端连接。
28.由第一变换模块和上述实现方式提供的第二变换模块构成的开关电源采用了flyback电路(可以具有降压作用、升压作用或者传输功率的作用),第一变换模块可以将交
流电源输出的交流电变换(即整流)为直流电,第二变换模块可以将第一变换模块输出的直流电变换(即逆变)为交流电,并将该交流电提供给负载(即为负载供电)。
29.在一示例中,第一绕组的第一端与第三绕组的第二端可以互为异名端。也就是说,第一绕组的第一端与第三绕组的第一端可以互为同名端。
30.在另一示例中,第一绕组的第一端与第二绕组的第二端可以互为异名端。也就是说,第一绕组的第一端与第二绕组的第一端可以互为同名端。
31.以上几种可能的实现方式中,第一电感和开关管的连接节点(可以叫做节点a)连接的第一绕组和开关管与大地之间存在寄生电容(用cp1表示)。节点a的电压在寄生电容cp1上产生共模电流(用i1表示)。第二电感和导体的连接节点(可以叫做节点b)连接的导体与大地之间存在寄生电容(用cp2表示)。节点b的电压在寄生电容cp2上产生共模电流(用i2表示)。
32.结合第一绕组与第二绕组之间的异名端关系可以确定,节点b的电压的相位与节点a的电压的相位相反。因此,共模电流i2的方向与共模电流i2的方向相反。
33.由于共模电流i2的方向与共模电流i2的方向相反,且两者的幅值相等,所以可以通过共模电流i2抵消共模电流i1,也可以说共模电流i2和共模电流i1可以实现相互抵消,从而从源头上抑制了开关电源的共模干扰。
34.可选地,本技术提供的开关电源还可以包括滤波模块。
35.其中,滤波模块的输入端可以与交流电源连接,滤波模块的输出端可以与交流输入端连接。
36.由上述连接关系可以确定:
37.滤波模块可以用于:对交流电源输出的交流电进行滤波,并对第一变换模块进行保护。
38.可选地,滤波模块可以采用滤波电容、滤波电感或者滤波电容和滤波电感结合的电路(可成为复式滤波电路)。当然,滤波模块还可以采用其他器件实现对交流电源输出的交流电进行滤波,本技术对滤波模块的结构不做限定。
附图说明
39.为了更清楚地说明本技术实施例或背景技术中的技术方案,下面将对本技术实施例或背景技术中所需要使用的附图进行说明。
40.图1为本技术实施例中的开关电源的结构示意图;
41.图2为本技术实施例中的开关电源的工作原理示意图;
42.图3为本技术实施例中的开关电源的结构示意图
43.图4为本技术实施例中的开关电源的结构示意图
44.图5为本技术实施例中的开关电源的结构示意图。
具体实施方式
45.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本技术中的附图,对本技术中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本技术一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳
动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本技术保护的范围。
46.本技术的说明书实施例和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述的目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性,也不能理解为指示或暗示顺序。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元。方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
47.应当理解,在本技术中,“至少一个(项)”是指一个或者多个,“多个”是指两个或两个以上。“和/或”,用于描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,“a和/或b”可以表示:只存在a,只存在b以及同时存在a和b三种情况,其中a,b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达,是指这些项中的任意组合,包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如,a,b或c中的至少一项(个),可以表示:a,b,c,“a和b”,“a和c”,“b和c”,或“a和b和c”,其中a,b,c可以是单个,也可以是多个。
48.随着半导体技术的飞速发展,开关电源的电磁兼容性日益得到关注和重视。电磁兼容性是指包括开关电源的系统在其电磁环境中,能正常工作且不对电磁环境中的任何设备构成不能承受的电磁干扰的能力。
49.由于开关电源的开关管处于高速开关状态,伴随有较大的电压变换率和电流变换率,因此,开关电源在工作过程中会产生共模干扰,可能会影响开关电源所在的系统中其他设备的正常工作。
50.为了抑制共模干扰,本技术实施例提供一种开关电源,如图1所示。开关电源1可以包括变换模块11(即第一变换模块)和变换模块12(即第二变换模块)。
51.其中,变换模块11可以包括交流输入端(即图1中的节点g和节点f)和第一直流输出端(即图1中的节点h),变换模块12可以包括直流输入端(即图1中的节点j)和第二直流输出端(即图1中的节点i)。
52.可选地,交流输入端可以用于与交流电源s连接,也就是说,节点g和节点f可以与交流电源s连接。第一直流输出端可以用于与直流输入端连接,也就是说,节点h可以与节点j连接。第二直流输出端可以用于与负载l连接,也就是说,节点i可以与负载l连接。
53.参考图1,变换模块22可以包括电感l1(即第一电感)和与电感l1连接的开关管q1,l1电感包括绕组w(winding)1(即第一绕组)和磁芯(magnetic core,mc),绕组w1绕制于磁芯mc。
54.可选地,开关管q1可以包括功率器件。功率器件可以采用金属-氧化物半导体场效应晶体管mosfet,或者采用绝缘栅双极型晶体管igbt。当然,开关管q1还可以包括其他类型的功率器件,本技术实施例对此不做限定,本技术实施例是以n沟道增强型mos管(下文简称mos管)为例进行说明的。
55.进一步地,mos管可以反并联一个二极管(该二极管可以叫做寄生二极管)。于是,mos管和二极管可以构成开关管q1。
56.变换模块22还可以包括绕组w2(即第二绕组)和导体c(conductor),绕组w2绕制于磁芯mc,绕组w2和磁芯mc可以构成电感l2(即第二电感)。
57.绕组w2的第一端可以连接接地端或者节点h(图1中以绕组w2的第一端连接接地端
为例),绕组w2的第二端连接导体c。绕组w2的第一端连接接地端的节点为图1中的节点e,绕组w2的第二端连接导体c的节点为图1中的节点b。
58.可选地,上述的导体c可以为开关电源内部的金属片,或者可以为磁芯mc(也就是说,绕组w2的第二端可以直接连接到磁芯mc上,而不需要单独的导体)。当然,导体c还可以为开关电源内部其他可以导电的部件,本技术实施例对此不做限定。
59.在一种可能的实现方式中,如图1所示,开关电源1还可以包括滤波模块13。滤波模块13的输入端可以与交流电源s连接,滤波模块13的输出端可以与节点g和节点f连接。
60.根据上述连接关系可以确定,滤波模块13可以用于对交流电源s输出的交流电(alternating current,ac)进行滤波,并可以对变换模块11进行保护。
61.可选地,滤波模块13可以采用滤波电容、滤波电感或者滤波电容和滤波电感结合的电路(可成为复式滤波电路)。当然,滤波模块13还可以采用其他器件实现对交流电源s输出的交流电进行滤波,本技术实施例对滤波模块13的结构不做限定。
62.在另一种可能的实现方式中,上述的变换模块11可以包括二极管d2(即第二二极管)、二极管d3(即第三二极管)、二极管d4(即第四二极管)、二极管d5(即第五二极管)和电容c2(即第二电容)。
63.可选地,二极管d2的阳极和二极管d3的阴极均连接到节点g,节点g通过滤波模块13与交流电源s的第一交流端连接,二极管d4的阴极和二极管d5的阳极连接到节点f,节点f通过滤波模块13与交流电源s的第二交流端连接。二极管d2的负极、二极管d5的负极和电容c2的正极端均连接到节点h,节点h可以通过节点j与图1中绕组w1的第二端(即绕组1的左端)连接,二极管d3的负极、二极管d4的负极和电容c2的负极端均可以与接地端连接。
64.继续参考图1,变换模块12还可以包括二极管d1(即第一二极管)和电容c1(即第一电容)。
65.其中,二极管d1的阳极和开关管q1的漏极(即第一端)均与节点a连接,绕组w1的第一端(即图1中绕组w1的右端,也就是靠近节点a的一端)也与节点a连接,可见,节点a为连接二极管d1与绕组w1的节点。二极管d1的阴极和电容c1的正极端均可以与节点i连接,开关管q1的源极(即第二端)和电容c1的负极端均可以与接地端连接。负载l一端与节点i连接,负载l的另一端与接地端连接。
66.可选地,绕组w1的第一端(即连接节点a的一端)与绕组w2的第二端(即连接节点b的一端)可以互为异名端。
67.可以看出,图1所示的开关电源采用了boost电路(可以具有升压作用),变换模块11可以将交流电源s输出的交流电变换(即整流)为直流电,变换模块12可以将变换模块11输出的直流电变换(即逆变)为交流电,并将该交流电提供给负载l(即为负载l供电)。
68.由于图1中节点a连接的器件(即绕组w1、开关管q1和二极管d1)与大地之间存在如图2所示的寄生电容cp1。节点a的电压会在寄生电容cp1上产生电流,该电流会按照通过交流电源s的第一交流端和交流电源s的第二交流端流回到交流电源s,因此该电流可以称为共模电流(可以用i1表示)。在对开关电源进行电磁干扰测试时,共模电流i1的存在会导致共模干扰较大(即共模干扰超过预设的干扰阈值)。
69.本技术实施例通过设置绕组w2即可抵消节点a产生的共模电流i1,从而实现共模干扰的抑制。因此,绕组w2也可以叫作抵消绕组。下面结合图2介绍本技术实施例通过绕组
w2抵消共模电流的详细过程。
70.由于图2中节点b所连接的器件(即导体c)与大地之间存在如图2所示的寄生电容cp2,节点b的电压在寄生电容cp2上会产生共模电流(可以用i2表示)。可以通过调整导体c的面积改变寄生电容cp2的容值,或者通过调整绕组w2的匝数改变绕组w2的电压幅值,从而可以调整共模电流i2的幅值,使共模电流i2的幅值与共模电流i1的幅值相等。
71.进一步地,结合绕组w1与绕组w2之间的异名端关系可以确定,节点b的电压的相位与节点a的电压的相位相反。因此,共模电流i2的方向与共模电流i2的方向相反。
72.由于共模电流i2的方向与共模电流i2的方向相反,且两者的幅值相等,所以可以通过共模电流i2抵消共模电流i1,也可以说共模电流i2和共模电流i1可以实现相互抵消。于是,共模电流i2可以叫作抵消电流。
73.本技术实施例如图1所示的开关电源可以通过共模电流i2将共模电流i1抵消,从而从源头上抑制了开关电源的共模干扰。
74.在一种可能的实现方式中,如图3所示,开关电源1也可以包括变换模块11(即第一变换模块)和变换模块12(即第二变换模块)。
75.其中,变换模块11可以包括交流输入端(即图3中的节点g和节点f)和第一直流输出端(即图3中的节点h),变换模块12可以包括直流输入端(即图3中的节点j)和第二直流输出端(即图3中的节点i和节点k)。
76.可选地,交流输入端可以用于与交流电源s连接,也就是说,节点g和节点f可以与交流电源s连接。第一直流输出端可以用于与直流输入端连接,也就是说,节点h可以与节点j连接。第二直流输出端可以用于与负载l连接,也就是说,节点i和节点k可以与负载l连接。
77.参考图3,变换模块22可以包括电感l1(即第一电感)和与电感l1连接的开关管q1,l1电感包括绕组w1(即第一绕组)和磁芯mc,绕组w1绕制于磁芯mc。
78.可选地,开关管q1可以包括金属-氧化物半导体场效应晶体管mosfet,或者包括绝缘栅双极型晶体管igbt。当然,开关管q1还可以包括其他类型的功率器件,本技术实施例对此不做限定,本技术实施例是以n沟道增强型mos管(下文简称mos管)为例进行说明的。
79.进一步地,mos管可以反并联一个二极管(该二极管可以叫做寄生二极管)。于是,mos管和二极管可以构成开关管q1。
80.变换模块22还可以包括绕组w2(即第二绕组)和导体c,绕组w2绕制于磁芯mc,绕组w2和磁芯mc可以构成电感l2(即第二电感)。
81.绕组w2的第一端可以连接接地端或者节点h(图2中以绕组w2的第一端连接接地端为例),绕组w2的第二端连接导体c。绕组w2的第一端连接接地端的节点为图3中的节点e,绕组w2的第二端连接导体c的节点为图3中的节点b。
82.可选地,上述的导体c可以为开关电源内部的金属片,或者可以为磁芯mc(也就是说,绕组w2的第二端可以直接连接到磁芯mc上,而不需要单独的导体)。当然,导体c还可以为开关电源内部其他可以导电的部件,本技术实施例对此不做限定。
83.在一种可能的实现方式中,如图3所示,开关电源1还可以包括滤波模块13。滤波模块13的输入端可以与交流电源s连接,滤波模块13的输出端可以与节点g和节点f连接。
84.根据上述连接关系可以确定,滤波模块13可以用于对交流电源s输出的交流电进行滤波,并可以对变换模块11进行保护。
85.可选地,滤波模块13可以采用滤波电容、滤波电感或者滤波电容和滤波电感结合的电路(可成为复式滤波电路)。当然,滤波模块13还可以采用其他器件实现对交流电源s输出的交流电进行滤波,本技术实施例对滤波模块13的结构不做限定。
86.在另一种可能的实现方式中,参考图3,上述的变换模块11可以包括二极管d2(即第二二极管)、二极管d3(即第三二极管)、二极管d4(即第四二极管)、二极管d5(即第五二极管)和电容c2(即第二电容)。
87.可选地,二极管d2的阳极和二极管d3的阴极均连接到节点g,节点g通过滤波模块13与交流电源s的第一交流端连接,二极管d4的阴极和二极管d5的阳极连接到节点f,节点f通过滤波模块13与交流电源s的第二交流端连接。二极管d2的负极、二极管d5的负极和电容c2的正极端均连接到节点h,节点h可以与节点j连接,二极管d3的负极、二极管d4的负极和电容c2的负极端均可以与接地端连接。
88.继续参考图3,变换模块12还可以包括二极管d1(即第一二极管)和电容c1(即第一电容)。
89.其中,二极管d1的阳极和开关管q1的漏极(即第一端)均与节点a连接,绕组w1的第一端(即图3中绕组w1的左端,也就是靠近节点a的一端)也与节点a连接。可见,节点a为连接二极管d1与绕组w1的节点。二极管d1的阴极可以与节点j连接,开关管q2的源极(即第二端)可以与接地端连接。节点j与节点i连接,节点i可以与电容c1的正极端连接,电容c1的负极端和绕组w1的第二端(即图3中绕组w1的右端)可以与节点k连接。负载l的一端与节点i连接,负载l的另一端与节点k连接。
90.可选地,绕组w1的第一端(即连接节点a的一端)与绕组w2的第二端(即连接节点b的一端)可以互为异名端。
91.可以看出,图3所示的开关电源采用了buck电路(可以具有降压作用),变换模块11可以将交流电源s输出的交流电变换(即整流)为直流电,变换模块12可以将变换模块11输出的直流电变换(即逆变)为交流电,并将该交流电提供给负载l(即为负载l供电)。
92.由于图3中节点a连接的器件(即绕组w1、开关管q1和二极管d1)与大地之间存在寄生电容cp1。节点a的电压会在寄生电容cp1上产生电流,该电流会通过交流电源s的第一交流端和交流电源s的第二交流端流回到交流电源s,因此该电流可以称为共模电流i1。在对开关电源进行电磁干扰测试时,共模电流i1的存在会导致共模干扰较大(即共模干扰超过预设的干扰阈值)。
93.本技术实施例通过设置绕组w2即可抵消节点a产生的共模电流i1,从而实现共模干扰的抑制。因此,绕组w2也可以叫作抵消绕组。
94.由于节点b所连接的器件(即导体c)与大地之间存在寄生电容cp2,节点b在寄生电容cp2上会产生共模电流i2。可以通过调整导体c的面积改变寄生电容cp2的容值,或者通过调整绕组w2的匝数改变绕组w2的电压幅值,从而可以调整共模电流i2的幅值,使共模电流i2的幅值与共模电流i1的幅值相等。
95.进一步地,结合绕组w1与绕组w2之间的异名端关系可以确定,节点b的电压的相位与节点a的电压的相位相反。因此,共模电流i2的方向与共模电流i2的方向相反。
96.由于共模电流i2的方向与共模电流i2的方向相反,且两者的幅值相等,所以可以通过共模电流i2抵消共模电流i1,也可以说共模电流i2和共模电流i1可以实现相互抵消。于
是,共模电流i2可以叫作抵消电流。
97.本技术实施例如图3所示的开关电源可以通过共模电流i2将共模电流i1抵消,从而从源头上抑制了开关电源的共模干扰。
98.在一种可能的实现方式中,如图4所示,开关电源1也可以包括变换模块11(即第一变换模块)和变换模块12(即第二变换模块)。
99.其中,变换模块11可以包括交流输入端(即图4中的节点g和节点f)和第一直流输出端(即图4中的节点h),变换模块12可以包括直流输入端(即图4中的节点j)和第二直流输出端(即图4中的节点i和节点k)。
100.可选地,交流输入端可以用于与交流电源s连接,也就是说,节点g和节点f可以与交流电源s连接。第一直流输出端可以用于与直流输入端连接,也就是说,节点h可以与节点j连接。第二直流输出端可以用于与负载l连接,也就是说,节点i和节点k可以与负载l连接。
101.参考图4,变换模块22可以包括电感l1(即第一电感)和与电感l1连接的开关管q1,l1电感包括绕组w1(即第一绕组)和磁芯mc,绕组w1绕制于磁芯mc。
102.可选地,开关管q1可以包括金属-氧化物半导体场效应晶体管mosfet,或者包括绝缘栅双极型晶体管igbt。当然,开关管q1还可以包括其他类型的功率器件,本技术实施例对此不做限定,本技术实施例是以n沟道增强型mos管(下文简称mos管)为例进行说明的。
103.进一步地,mos管可以反并联一个二极管(该二极管可以叫做寄生二极管)。于是,mos管和二极管可以构成开关管q1。
104.变换模块22还可以包括绕组w2(即第二绕组)和导体c,绕组w2绕制于磁芯mc,绕组w2和磁芯mc可以构成电感l2(即第二电感)。
105.绕组w2的第一端可以连接接地端或者节点h(图4中以绕组w2的第一端连接接地端为例),绕组w2的第二端连接导体c。绕组w2的第一端连接接地端的节点为图4中的节点e,绕组w2的第二端连接导体c的节点为图4中的节点b。
106.可选地,上述的导体c可以为开关电源内部的金属片,或者可以为磁芯mc(也就是说,绕组w2的第二端可以直接连接到磁芯mc上,而不需要单独的导体)。当然,导体c还可以为开关电源内部其他可以导电的部件,本技术实施例对此不做限定。
107.在一种可能的实现方式中,如图4所示,开关电源1还可以包括滤波模块13。滤波模块13的输入端可以与交流电源s连接,滤波模块13的输出端可以与节点g和节点f连接。
108.根据上述连接关系可以确定,滤波模块13可以用于对交流电源s输出的交流电进行滤波,并可以对变换模块11进行保护。
109.可选地,滤波模块13可以采用滤波电容、滤波电感或者滤波电容和滤波电感结合的电路(可成为复式滤波电路)。当然,滤波模块13还可以采用其他器件实现对交流电源s输出的交流电进行滤波,本技术实施例对滤波模块13的结构不做限定。
110.在另一种可能的实现方式中,参考图4,上述的变换模块11可以包括二极管d2(即第二二极管)、二极管d3(即第三二极管)、二极管d4(即第四二极管)、二极管d5(即第五二极管)和电容c2(即第二电容)。
111.可选地,二极管d2的阳极和二极管d3的阴极均连接到节点g,节点g通过滤波模块13与交流电源s的第一交流端连接,二极管d4的阴极和二极管d5的阳极连接到节点f,节点f通过滤波模块13与交流电源s的第二交流端连接。二极管d2的负极、二极管d5的负极和电容
c2的正极端均连接到节点h,节点h可以与节点j连接,二极管d3的负极、二极管d4的负极和电容c2的负极端均可以与接地端连接。
112.继续参考图4,变换模块12还可以包括二极管d1(即第一二极管)和电容c1(即第一电容)。
113.其中,二极管d1的阳极和开关管q1的漏极(即第一端)均与节点a连接,绕组w1的第一端(即图4中绕组w1的下端,也就是靠近节点a的一端)也与节点a连接。可见,节点a为连接二极管d1与绕组w1的节点。二极管d1的阴极可以与节点k连接,开关管q2的源极(即第二端)可以与接地端连接。电容c1的正极端可以与节点k连接,电容c1的负极端可以与节点i连接。绕组w1的第二端(即图4中绕组w1的上端)与节点j连接。节点j与节点i连接,负载l的一端与节点i连接,负载l的另一端与节点k连接。
114.可选地,绕组w1的第一端(即连接节点a的一端)与绕组w2的第二端(即连接节点b的一端)可以互为异名端。
115.可以看出,图4所示的开关电源采用了buck-boost电路(可以具有降压作用、升压作用或者传输功率的作用),变换模块11可以将交流电源s输出的交流电变换(即整流)为直流电,变换模块12可以将变换模块11输出的直流电变换(即逆变)为交流电,并将该交流电提供给负载l(即为负载l供电)。
116.由于图4中节点a连接的器件(即绕组w1、开关管q1和二极管d1)与大地之间存在寄生电容cp1。节点a的电压会在寄生电容cp1上产生电流,该电流会通过交流电源s的第一交流端和交流电源s的第二交流端流回到交流电源s,因此该电流可以称为共模电流i1。在对开关电源进行电磁干扰测试时,共模电流i1的存在会导致共模干扰较大(即共模干扰超过预设的干扰阈值)。
117.本技术实施例通过设置绕组w2即可抵消节点a产生的共模电流i1,从而实现共模干扰的抑制。因此,绕组w2也可以叫作抵消绕组。
118.由于节点b所连接的器件(即导体c)与大地之间存在寄生电容cp2,节点b在寄生电容cp2上会产生共模电流i2。可以通过调整导体c的面积改变寄生电容cp2的容值,或者通过调整绕组w2的匝数改变绕组w2的电压幅值,从而可以调整共模电流i2的幅值,使共模电流i2的幅值与共模电流i1的幅值相等。
119.进一步地,结合绕组w1与绕组w2之间的异名端关系可以确定,节点b的电压的相位与节点a的电压的相位相反。因此,共模电流i2的方向与共模电流i2的方向相反。
120.由于共模电流i2的方向与共模电流i2的方向相反,且两者的幅值相等,所以可以通过共模电流i2抵消共模电流i1,也可以说共模电流i2和共模电流i1可以实现相互抵消。于是,共模电流i2可以叫作抵消电流。
121.本技术实施例如图4所示的开关电源可以通过共模电流i2将共模电流i1抵消,从而从源头上抑制了开关电源的共模干扰。
122.在一种可能的实现方式中,如图5所示,开关电源1也可以包括变换模块11和变换模块12(即第二变换模块)。
123.其中,变换模块11可以包括交流输入端(即图5中的节点g和节点f)和第一直流输出端(即图5中的节点h),变换模块12可以包括直流输入端(即图5中的节点j)和第二直流输出端(即图5中的节点i和节点k)。
124.可选地,交流输入端可以用于与交流电源s连接,也就是说,节点g和节点f可以与交流电源s连接。第一直流输出端可以用于与直流输入端连接,也就是说,节点h可以与节点j连接。第二直流输出端可以用于与负载l连接,也就是说,节点i和节点k可以与负载l连接。
125.参考图5,变换模块22可以包括电感l1(即第一电感)和与电感l1连接的开关管q1,l1电感包括绕组w1(即第一绕组)和磁芯mc,绕组w1绕制于磁芯mc。
126.可选地,开关管q1可以包括金属-氧化物半导体场效应晶体管mosfet,或者包括绝缘栅双极型晶体管igbt。当然,开关管q1还可以包括其他类型的功率器件,本技术实施例对此不做限定,本技术实施例是以n沟道增强型mos管(下文简称mos管)为例进行说明的。
127.进一步地,mos管可以反并联一个二极管(该二极管可以叫做寄生二极管)。于是,mos管和二极管可以构成开关管q1。
128.变换模块22还可以包括绕组w2(即第二绕组)和导体c,绕组w2绕制于磁芯mc,绕组w2和磁芯mc可以构成电感l2(即第二电感)。
129.绕组w2的第一端可以连接接地端或者节点h(图5中以绕组w2的第一端连接接地端为例),绕组w2的第二端连接导体c。绕组w2的第一端连接接地端的节点为图5中的节点e,绕组w2的第二端连接导体c的节点为图5中的节点b。
130.可选地,上述的导体c可以为开关电源内部的金属片,或者可以为磁芯mc(也就是说,绕组w2的第二端可以直接连接到磁芯mc上,而不需要单独的导体)。当然,导体c还可以为开关电源内部其他可以导电的部件,本技术实施例对此不做限定。
131.在一种可能的实现方式中,如图5所示,开关电源1还可以包括滤波模块13。滤波模块13的输入端可以与交流电源s连接,滤波模块13的输出端可以与节点g和节点f连接。
132.根据上述连接关系可以确定,滤波模块13可以用于对交流电源s输出的交流电进行滤波,并可以对变换模块11进行保护。
133.可选地,滤波模块13可以采用滤波电容、滤波电感或者滤波电容和滤波电感结合的电路(可成为复式滤波电路)。当然,滤波模块13还可以采用其他器件实现对交流电源s输出的交流电进行滤波,本技术实施例对滤波模块13的结构不做限定。
134.在另一种可能的实现方式中,参考图5,上述的变换模块11可以包括二极管d2(即第二二极管)、二极管d3(即第三二极管)、二极管d4(即第四二极管)、二极管d5(即第五二极管)和电容c2(即第二电容)。
135.可选地,二极管d2的阳极和二极管d3的阴极均连接到节点g,节点g通过滤波模块13与交流电源s的第一交流端连接,二极管d4的阴极和二极管d5的阳极连接到节点f,节点f通过滤波模块13与交流电源s的第二交流端连接。二极管d2的负极、二极管d5的负极和电容c2的正极端均连接到节点h,节点h可以与节点j连接,二极管d3的负极、二极管d4的负极和电容c2的负极端均可以与接地端连接。
136.继续参考图5,变换模块12还可以包括二极管d1(即第一二极管)、电容c1(即第一电容)和绕组w3(即第三绕组)。
137.其中,开关管q1的漏极(即第一端)和绕组w1的第一端(即图5中绕组w1的下端,也就是靠近节点a的一端)均与节点a连接。可见,节点a可以为连接二极管d1与绕组w1的节点。开关管q1的源极(即第二端)可以与接地端连接,绕组w1的第二端(即图5中绕组w1的上端)可以与节点j连接。
138.绕组w3可以绕制于所述磁芯,绕组w3的第一端(即图5中绕组w3的上端)可以与二级管d1的阳极连接,绕组w3的第二端(即图5中绕组w3的下端)和电容c1的负极端均与节点k连接,二级管d1的阴极和电容c1的正极端均与节点i连接。负载l的一端与节点i连接,负载l的另一端与节点k连接。
139.可选地,绕组w1的第一端(即连接节点a的一端)与绕组w2的第二端(即连接节点b的一端)可以互为异名端。而且,绕组w1的第一端与绕组w3的第二端也可以互为异名端。
140.可以看出,图5所示的开关电源采用了flyback电路(可以具有降压作用、升压作用或者传输功率的作用),变换模块11可以将交流电源s输出的交流电变换(即整流)为直流电,变换模块12可以将变换模块11输出的直流电变换(即逆变)为交流电,并将该交流电提供给负载l(即为负载l供电)。
141.由于图5中节点a连接的器件(即绕组w1和开关管q1)与大地之间存在寄生电容cp1。节点a的电压会在寄生电容cp1上产生电流,该电流会通过交流电源s的第一交流端和交流电源s的第二交流端流回到交流电源s,因此该电流可以称为共模电流i1。在对开关电源进行电磁干扰测试时,共模电流i1的存在会导致共模干扰较大(即共模干扰超过预设的干扰阈值)。
142.本技术实施例通过设置绕组w2即可抵消节点a产生的共模电流i1,从而实现共模干扰的抑制。因此,绕组w2也可以叫作抵消绕组。
143.由于节点b所连接的器件(即导体c)与大地之间存在寄生电容cp2,节点b在寄生电容cp2上会产生共模电流i2。可以通过调整导体c的面积改变寄生电容cp2的容值,或者通过调整绕组w2的匝数改变绕组w2的电压幅值,从而可以调整共模电流i2的幅值,使共模电流i2的幅值与共模电流i1的幅值相等。
144.进一步地,结合绕组w1与绕组w2之间的异名端关系可以确定,节点b的电压的相位与节点a的电压的相位相反。因此,共模电流i2的方向与共模电流i2的方向相反。
145.由于共模电流i2的方向与共模电流i2的方向相反,且两者的幅值相等,所以可以通过共模电流i2抵消共模电流i1,也可以说共模电流i2和共模电流i1可以实现相互抵消。于是,共模电流i2可以叫作抵消电流。
146.本技术实施例如图5所示的开关电源可以通过共模电流i2将共模电流i1抵消,从而从源头上抑制了开关电源的共模干扰。
147.综上所述,本技术实施例提供的技术方案无需在开关电源的交流输入端设置共模电感等额外的滤波器件,通过导体和绕组w2连接即可从根本上实现对共模干扰的抑制,与共模电感相比,抑制效果显著。而且,开关电源的成本低,整体体积较小(即占用空间小),符合小型化设计需求。
148.在上述实施例中,对各个实施例的描述各有侧重,某个实施例中没有详述的部分,可以参见其他实施例的相关描述。
149.以上所述,仅为本技术示例性的具体实施方式,但本技术的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此,本技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
当前第1页1 2 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1