一種超強(qiáng)共模emi抑制性能的反激式開關(guān)電源的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開的一種超強(qiáng)共模EMI抑制性能的反激式開關(guān)電源，可以有效地抑制一、二次繞組之間耦合電容引起的共模EMI噪聲。等電勢(shì)變壓器主要包括變壓器骨架、一次繞組、二次繞組和反相繞組四部分構(gòu)成，變壓器反相繞組依據(jù)零等電勢(shì)線理論建構(gòu)，通過消除一、二次繞組噪聲電壓，抑制共模EMI噪聲。本實(shí)用新型在有效抑制共模EMI噪聲的同時(shí)使損耗降到最小，有利于減小電源體積和提高能量轉(zhuǎn)換效率。
【專利說明】一種超強(qiáng)共模EMI抑制性能的反激式開關(guān)電源
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于開關(guān)電源電磁兼容【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種超強(qiáng)共模EMI抑制性能的反激式開關(guān)電源。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著開關(guān)電源的開關(guān)頻率不斷提高，其EMI抑制問題成為設(shè)計(jì)高性能開關(guān)電源的一個(gè)很大挑戰(zhàn)。在各種各樣的開關(guān)電源EMI噪聲抑制方案中，通常采用在供電電源的輸入端增加EMI濾波器的方法來抑制傳導(dǎo)EMI噪聲，但是會(huì)帶來不必要的功率損耗、體積增大、效率降低和總發(fā)熱增大等問題；表貼EMI抑制器雖然體積很小，但是只有噪聲頻率在IMHz以上才會(huì)有效，低于IMHz的噪聲無法得到有效抑制。
[0003]目前已有通過高頻變壓器技術(shù)抑制開關(guān)電源的共模(CM)EMI噪聲成果，如采用減少變壓器主繞組對(duì)二次繞組的寄生耦合電容技術(shù)抑制共模EMI噪聲，但是一方面這會(huì)產(chǎn)生較大的漏感，另一方面會(huì)導(dǎo)致變壓器轉(zhuǎn)換效率降低；也有采用在一次和二次側(cè)之間添加旁路電容技術(shù)抑制共模EMI噪聲，這種技術(shù)適用的電容器會(huì)受到安全標(biāo)準(zhǔn)的限制，同時(shí)也不能提供一個(gè)足夠低的阻抗，讓濾波器分流出的所有CM噪聲電流沿著這條路徑流動(dòng)；還有法拉第屏蔽技術(shù)，這種技術(shù)需要將導(dǎo)電板集成到變壓器上來分流噪聲電流，由于CM噪聲電流流通路徑較多，不易控制，這種技術(shù)不具有通用的有效性，屏蔽層必須正確安裝才能滿足安全要求。
[0004]本實(shí)用新型克服傳統(tǒng)的利用高頻變壓器技術(shù)提高開關(guān)電源共模EMI抑制能力的缺點(diǎn)，依據(jù)零等電勢(shì)理論設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一、二次側(cè)等電勢(shì)的高頻變壓器，實(shí)現(xiàn)了一種超強(qiáng)共模EMI抑制性能的反激式開關(guān)電源。涉及到的等電勢(shì)高頻變壓器依據(jù)零等電勢(shì)技術(shù)在變壓器一次側(cè)設(shè)計(jì)一反相繞組，抑制一次繞組和二次繞組之間耦合電容引起的共模噪聲電流。反相繞組在初級(jí)繞組上產(chǎn)生一個(gè)反向電勢(shì)，理想情況下，可以將流過的二次繞組的開關(guān)電勢(shì)減少到零，使通過變壓器一、二側(cè)的共模EMI電流為零。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的是提供一種超強(qiáng)共模EMI抑制性能的反激式開關(guān)電源，采用零等電勢(shì)技術(shù)設(shè)計(jì)變壓器一次繞組的反相繞組，通過增加的反相繞組可大幅削減共模EMI噪聲，可以完全替代傳統(tǒng)共模EMI低通濾波器。
[0006]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是，一種超強(qiáng)共模EMI抑制性能的反激式開關(guān)電源，包括依次連接的市網(wǎng)電源、線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)、整流電路和反激式變換器，反激式變換器上還分別連接有負(fù)載和EMI干擾接收機(jī)。
[0007]本實(shí)用新型的特點(diǎn)還在于，
[0008]其中的反激變換器由開關(guān)管V、等電勢(shì)變壓器和二極管VD三部分組成。
[0009]其中的等電勢(shì)變壓器包括變壓器骨架、一次繞組、二次繞組和反相繞組，一次繞組緊靠變壓器骨架，二次繞組在一次繞組和反相繞組之間，反相繞組在最外側(cè)，反向繞組的一端連入電路，另一端孤立。
[0010]其中的市網(wǎng)電源為220V/50HZ的單相交流電源。
[0011]其中的整流電路為單相橋式布控整流電路。
[0012]本實(shí)用新型的有益效果是，本實(shí)用新型和現(xiàn)有裝置相比優(yōu)點(diǎn)在于:利用零等電勢(shì)理論建構(gòu)的具有反相繞組的高頻變壓器，通過消除一、二次繞組的噪聲電壓，超強(qiáng)地抑制共模EMI噪聲。增加的反相繞組不流過低頻電流，其損耗可以忽略不計(jì)。和傳統(tǒng)的共模EMI低通濾波器相比，由于沒有損耗和不需要額外的組件，可以提高能量轉(zhuǎn)換效率，使開關(guān)電源體積減少同功率情況下的1/8，總體節(jié)省成本約1/6。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本實(shí)用新型超強(qiáng)共模EMI抑制性能的反激式開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2是超強(qiáng)共模EMI抑制性能反激式開關(guān)電源等電勢(shì)高頻變壓器中EMI噪聲等效電路模型；(a)為超強(qiáng)共模EMI抑制性能反激式開關(guān)電源等電勢(shì)降壓變壓器中EMI噪聲等效電路模型，(b)為超強(qiáng)共模EMI抑制性能反激式開關(guān)電源等電勢(shì)升壓變壓器中EMI噪聲等效電路1?型；
[0015]圖3是超強(qiáng)共模EMI抑制性能反激式開關(guān)電源等電勢(shì)變壓器繞組繞向分布圖；(a)為超強(qiáng)共模EMI抑制性能反激式開關(guān)電源等電勢(shì)降壓變壓器繞組繞向分布圖，(b)為超強(qiáng)共模EMI抑制性能反激式開關(guān)電源等電勢(shì)升壓變壓器繞組繞向分布圖；
[0016]圖4是超強(qiáng)共模EMI抑制性能反激式開關(guān)電源等電勢(shì)變壓器的剖視圖；(a)為超強(qiáng)共模EMI抑制性能反激式開關(guān)電源等電勢(shì)降壓變壓器的剖視圖，(b)為超強(qiáng)共模EMI抑制性能反激式開關(guān) 電源等電勢(shì)升壓變壓器的剖視圖。
[0017]圖中，1.市網(wǎng)電源，2.線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)，3.整流電路，4.反激式變換器，5.負(fù)載，
6.EMI干擾接收機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0019]本實(shí)用新型超強(qiáng)共模EMI抑制性能的反激式開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)，如圖1所示(以降壓變壓器為例)，包括:市網(wǎng)電源1、線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)2、整流電路3、反激式變換器4、EMI干擾接收機(jī)6和負(fù)載5。一個(gè)市網(wǎng)電源I為220V/50HZ的單相交流電源；整流電路3為單相橋式布控整流電路；反激式變換器4由開關(guān)管V、帶反相繞組的等電勢(shì)變壓器和二極管VD三部分組成；負(fù)載為小功率電子設(shè)備或計(jì)算機(jī)。線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)2接在市網(wǎng)電源I和整流電路3之間。EMI干擾接收機(jī)6通過電流探頭檢測(cè)變壓器二次側(cè)對(duì)地的EMI干擾信號(hào)。Cs為變壓器二次繞組對(duì)地的耦合電容，C1為整流濾波穩(wěn)壓電容，C2，為負(fù)載濾波電容，Cps為變壓器一、二次側(cè)之間的耦合電容，Cas為反相和二次側(cè)之間的耦合電容。
[0020]線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)2接在市網(wǎng)電源和整流器之間，一方面用于提供穩(wěn)定的50歐姆的穩(wěn)定阻抗；另一方面用于分離共模噪聲與差模噪聲，使其變得儀器可測(cè)；另外，線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)2在市網(wǎng)電源和開關(guān)電源之間起到隔離的效果。在實(shí)際應(yīng)用中線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)2不存在，只是在傳導(dǎo)EMI性能測(cè)試時(shí)用到。
[0021]帶等電勢(shì)變壓器的超強(qiáng)共模EMI抑制性能反激變換器4由開關(guān)管V、帶反相繞組的等電勢(shì)變壓器和二極管VD三部分組成，其中開關(guān)管V —般用IGBT、MOSFET等全控性器件，等電勢(shì)反激式變壓器一次繞組的同名端與整流電路3的正極連接，異名端與開關(guān)管V連接；二次側(cè)同名端與負(fù)載5連接，異名端與二極管VD的正極連接；反相繞組的異名端與一次繞組的同名端連接，同名端懸空不接任何電路。
[0022]圖中所示的Cs非實(shí)際電容，為變壓器二次繞組對(duì)設(shè)備外殼的寄生電容。
[0023]圖中所示的CPS、Cas 二也非實(shí)際電容，Cps為一、二次側(cè)之間的耦合電容，Cas-,為反相繞組和二次側(cè)之間的耦合電容。
[0024]超強(qiáng)共模EMI抑制性能反激式開關(guān)電源等電勢(shì)變壓器中EMI噪聲等效電路模型如圖2所不,變壓器一、二次之間的稱合電容為Cps,反相和二次側(cè)之間的稱合電容為Cas,由于二次繞組噪聲耦合到一次繞組和反相繞組上，相對(duì)耦合電容為CPS+CAS，一次繞組的噪聲電壓為UP，二次繞組的噪聲電壓為Us，反相繞組的噪聲電壓為UA。在一、二次繞組間放置一個(gè)旁路電容器Cy提供一個(gè)電流返回路徑，用于檢測(cè)噪聲電流，驗(yàn)證流經(jīng)等電勢(shì)變壓器的共模EMI噪聲的消除狀況。
[0025]超強(qiáng)共模EMI抑制性能反激式開關(guān)電源等電勢(shì)變壓器繞組分布如圖3所示。一次繞組緊靠變壓器骨架，二次繞組在一次繞組和反相繞組中間。設(shè)一次繞組P有Np匝，二次繞組S有Ns匝，一、二側(cè)繞組匝數(shù)比為Nps = NP/NS, 一次側(cè)和反相繞組匝數(shù)比為Npa = Np/Na。
[0026]如果Np > Ns，即為降壓變壓器，如圖2 (a)和圖3 (a)所示。一次繞組P的噪聲電壓Up比二次繞組S的噪聲電壓Us更大，反相繞組A應(yīng)該與二次繞組S有相同相位，即滿足平衡條件:
【權(quán)利要求】
1.一種超強(qiáng)共模EMI抑制性能的反激式開關(guān)電源，其特征在于，包括依次連接的市網(wǎng)電源(I)、線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(2)、整流電路(3)和反激式變換器(4)，反激式變換器(4)上還分別連接有負(fù)載(5)和EMI干擾接收機(jī)(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超強(qiáng)共模EMI抑制性能的反激式開關(guān)電源，其特征在于，所述的反激變換器(4)由開關(guān)管V、等電勢(shì)變壓器和二極管VD三部分組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超強(qiáng)共模EMI抑制性能的反激式開關(guān)電源，其特征在于，所述的等電勢(shì)變壓器包括變壓器骨架、一次繞組、二次繞組和反相繞組，一次繞組緊靠變壓器骨架，二次繞組在一次繞組和反相繞組之間，反相繞組在最外側(cè)，反向繞組的一端連入電路，另一端孤立。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超強(qiáng)共模EMI抑制性能的反激式開關(guān)電源，其特征在于，所述的市網(wǎng)電源(I)為220V/50HZ的單相交流電源。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超強(qiáng)共模EMI抑制性能的反激式開關(guān)電源，其特征在于，所述的整流電路(3)為單相橋式布控整流電路。
【文檔編號(hào)】H02M1/14GK203632551SQ201320798368
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2013年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月5日
【發(fā)明者】姬軍鵬, 胡雪利, 華志廣, 曾光, 尹忠剛, 孫向東, 李金剛 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)