專利名稱：極低諧波干擾電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電源技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種輸入電壓范圍寬、輸出諧波干擾極低的電
源裝置。
背景技術(shù)：
抗電磁環(huán)境設(shè)備中，由于其要求體積小，輸入電壓范圍寬，供電系統(tǒng)中大量使用了 DC/DC電源模塊，而DC/DC電源由于其工作模式的緣故，必然產(chǎn)生諧波干擾，串入后級電路 中，影響后級電路正常工作。例如光纖陀螺采集到的信號有時幅度比較小、脈沖寬度又窄， 如果使用的電源模塊產(chǎn)生的諧波比較大，會造成系統(tǒng)無法提取有用信號或誤把諧波信號認(rèn) 為是有用信號進(jìn)行采集處理。DC/DC電源產(chǎn)生的諧波為共模干擾信號，采取一般的LC濾波電路進(jìn)行濾波，收效 甚微，對濾除諧波干擾信號基本上不起作用。由于諧波干擾濾除比較困難，目前通用DC/DC 電源模塊諧波干擾都比較大，不適合在對諧波干擾要求比較高的系統(tǒng)中使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種極低諧波干擾的電源模塊，能夠應(yīng)用于要求輸入電壓 范圍寬、諧波干擾信號極小的抗電磁環(huán)境設(shè)備中。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案一種極低諧波干擾電源裝置，包括安裝在殼體內(nèi)的輸入EMI濾波電路、功率開關(guān) 管交流回路、輸出整流器交流回路、輸出EMI濾波電路、PWM控制電路以及隔離反饋電路，其 特征在于所述的殼體為金屬管殼，金屬管殼中采用了以下濾波措施a、最上面設(shè)有一個由四層PCB板組成的濾波層，其中頂層PCB板的下面和底層PCB 板的上面鋪銅，中間兩層PCB板均為兩面鋪銅，四層PCB板鋪銅面之間絕緣，用導(dǎo)電螺釘將 四層鋪銅PCB板與金屬管殼連接，底層PCB板的下面設(shè)有輸入EMI濾波電路以及輸出EMI 濾波電路，兩濾波電路的地線與中間鋪銅層蝕刻的線路電連接并接入金屬管殼；b、中間設(shè)有一個由四層PCB板組成的屏蔽層，四層PCB板均為兩面鋪銅，鋪銅面之 間絕緣，且頂層和底層為裸露銅箔，與金屬管殼電連接，并用導(dǎo)電螺釘固定到金屬管殼上；C、最下面設(shè)有一個由四層PCB板組成的主控層，其中頂層PCB板的下面和底層PCB 板的上面鋪銅，中間兩層PCB板均為兩面鋪銅，四層PCB板鋪銅面之間絕緣，主控層上設(shè)置 有PWM控制電路、功率開關(guān)管交流回路、輸出整流器交流回路和隔離反饋電路，上述電路的 地線與中間鋪銅層蝕刻的線路電連接并接入金屬管殼。在上述基本技術(shù)方案的技術(shù)上，增加進(jìn)一步的技術(shù)方案根據(jù)需要，設(shè)置一組穿心電容穿過并連接于濾波層與主控層上，電源裝置的輸入 及輸出導(dǎo)線均通過穿心電容進(jìn)入或離開金屬管殼屏蔽體，并且每個穿心電容地線端接入金 屬管殼屏蔽體上。本發(fā)明采用金屬管殼，實(shí)現(xiàn)高斯外殼的作用，使電源裝置成為一個屏蔽體。中間的屏蔽層，與金屬管殼電連接良好，與金屬管殼形成電磁屏蔽裝置；最上面的濾波層和最低下 面的主控層采用穿心電容進(jìn)行電學(xué)連接，這樣的結(jié)構(gòu)作用是實(shí)現(xiàn)了整個產(chǎn)品對外輻射屏蔽 的作用。另一方面，本發(fā)明還在電源裝置中的電路部分作出了以下改進(jìn)a、輸入EMI濾波電路中，在電源輸入端設(shè)有兩個電容C20、C21和一個共模扼流圈 Ll組成一個二階共模濾波器，二階共模濾波器后連接由兩個共模電容以及一個差模電容組 成的平衡線EMI濾波器E1，其中兩個共模電容共同端接入金屬管殼，通過平衡線EMI濾波器 El的輸出分別進(jìn)入大功率貼片EMI濾波器E2和E3，濾波器E2和E3都是由兩電容夾一電 感組成，經(jīng)過以上濾波處理的電源分別通過穿心電容E4和E5作為輸入EMI濾波電路的輸 出端Ql及Q2 ；b、功率開關(guān)管交流回路中，在輸入端Ql及Q2之間串接一個由二極管D2、D3、電感 L2和電容Cl組成的無源無損吸收電路，其中電容Cl跨接在MOS管Dl與電感L2之間；設(shè)置 由電感L6、電容C2組成的諧振吸收電路，其中電感L6串接于變壓器TR與MOS管Dl之間， 電容C2跨接于變壓器TR與MOS管Dl之間；C、輸出整流器交流回路中，設(shè)置一個跨接于二極管D18兩端的由電阻R56、電容 C60組成的RC吸收回路，和一個跨接于二極管D19兩端的由電阻R57、電容C61組成的RC 吸收回路；d、輸出EMI濾波電路的組成與輸入EMI濾波電路相同。電源裝置諧波干擾主要與輸入EMI濾波電路、功率開關(guān)管交流回路電路、輸出整 流器交流回路電路以及輸出EMI濾波電路四個部分有關(guān)。本發(fā)明設(shè)計在這四個電路中均采 取了相應(yīng)的濾波以及吸收電路，使諧振干擾得到了很好的抑制。在輸入輸出電路中采用了 共模電感、平衡線EMI濾波器、大功率貼片EMI濾波器以及穿心電容等濾波措施，阻止諧波 干擾進(jìn)入周圍電路；在功率開關(guān)管交流環(huán)路中采取了無源無損吸收電路以及在開關(guān)管漏源 極并聯(lián)諧振電容，減小開關(guān)管在不停的開關(guān)過程中產(chǎn)生的諧波尖峰；在輸出負(fù)載電流環(huán)路 中采取了整流管并聯(lián)RC吸收電路，減小整流管反向關(guān)斷產(chǎn)生的諧波尖峰。在產(chǎn)品輸入輸出 點(diǎn)處使用了相應(yīng)的EMI濾波器，使通過導(dǎo)線傳導(dǎo)的諧波干擾得到抑制，從而實(shí)現(xiàn)極低諧波 干擾電源的設(shè)計要求。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、在輸入輸出回路中使用多層次饋通濾波方式，有效抑制諧波干擾流入或流出電 源裝置；2、在電路中采用了多種諧波吸收電路，有效吸收降低了諧波干繞信號；采用立體組裝的金屬管殼與多層PCB板形成屏蔽體，并將屏蔽體作為電源裝置系 統(tǒng)地，對諧波干擾進(jìn)行有效吸收；3、電源輸入輸出通過穿心電容進(jìn)入或離開屏蔽體，穿心電容接地端接入屏蔽體外 殼上，有效阻止了諧波干擾信號流入或流出屏蔽體；4、在輸入輸出導(dǎo)線進(jìn)入和離開屏蔽體處均使用了相應(yīng)的EMI濾波措施，使通過導(dǎo) 線傳導(dǎo)的諧波干擾得到很好的抑制。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果為(1)由于該產(chǎn)品設(shè)計為一個屏蔽體，抗干 擾能力比較強(qiáng)，且極大地降低了電源模塊對外的電磁輻射；( 由于該產(chǎn)品對諧波干擾采取了有效地抑制措施，該產(chǎn)品輸出諧波極低，是同類通用DC/DC電源模塊的1/5左右，全帶 寬范圍諧波干擾信號低于20mV，能夠很好地應(yīng)用于對諧波要求比較高的抗電磁環(huán)境設(shè)備 中。


圖1是本發(fā)明極低諧波干擾電源裝置的電路框圖。
圖2是本發(fā)明極低諧波干擾電源裝置輸入EMI濾波的電路圖。
圖3是本發(fā)明極低諧波干擾電源裝置功率開關(guān)管交流回路的電路圖。
圖4是本發(fā)明極低諧波干擾電源裝置輸出整流器交流回路的電路圖。
圖5是本發(fā)明極低諧波干擾電源裝置輸出EMI濾波的電路圖。
圖6是本發(fā)明極低諧波干擾電源裝置的俯視圖7是圖6的A-A剖視圖8是圖6的B-B剖視圖9是圖6的C-C剖視圖10是圖7的D部放大視圖11是圖8的E部放大視圖12是圖9的F部放大視圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的最佳實(shí)施作進(jìn)一步詳細(xì)描述一、電路部分由圖1所示，本發(fā)明極低諧波干擾電源裝置主要由輸入EMI濾波電路，PWM控制電 路、功率開關(guān)管交流回路，輸出整流器交流回路，隔離反饋電路以及輸出EMI濾波電路等幾 部分組成。電源諧波主要與輸入、輸出EMI濾波電路、功率開關(guān)管交流回路及輸出整流器交 流回路四部分電路有關(guān)，本發(fā)明在這四部分電路中均采取了有效的諧波干擾抑制措施，下 面結(jié)合附圖對采取的具體措施進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖2所示，輸入EMI濾波電路中，在電源輸入端使用兩個電容C20、C21和一個共 模扼流圈Ll組成一個二階共模濾波器，阻止外部諧波干擾通過導(dǎo)線傳導(dǎo)進(jìn)入電源裝置，其 中共模扼流圈使用高磁導(dǎo)率鐵氧體環(huán)形磁芯繞制，減小共模扼流圈產(chǎn)生的紋波。電源輸入 通過二階共模濾波器后進(jìn)入X2Y-平衡線EMI濾波器，該濾波器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖2中El 所示，由兩個對稱性很好的共模電容以及一個差模電容組成，對溫度、電壓變化具有對消作 用，能夠很好的抑制諧波干擾的串入，其中兩個共模電容共同端接入屏蔽金屬管殼，將高頻 噪音能量分流到金屬管殼耗散掉。通過X2Y-平衡線EMI濾波器的電源輸入進(jìn)入PI-大功 率貼片EMI濾波器，該濾波器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖2中E2、E3所示，兩電容夾一電感，對諧 波干擾進(jìn)行衰減的頻率能夠達(dá)到IGHZ以上，具有優(yōu)良的防瞬間電壓變化。經(jīng)過以上濾波處 理的電源輸入通過穿心電容E4、E5進(jìn)入金屬管殼屏蔽體內(nèi)部給電源裝置供電。如圖3所示，功率開關(guān)管交流回路中，功率開關(guān)管Dl在關(guān)斷瞬間，由于變壓器繞組 反電動勢的存在，會產(chǎn)生很大的尖峰，該尖峰會通過變壓器耦合到電源輸出回路，形成極大 的諧波干擾信號，影響后級電路正常工作。本發(fā)明在該回路中同時采用了兩種尖峰抑制電
5路，一種如附圖3中所示的由電容Cl、電感L2、二極管D2、D3四個器件組成的無源無損吸收 電路；另一種如附圖3中所示的由電感L6、電容C2兩個器件組成的諧振吸收電路。兩種吸 收電路配合使用，對尖峰起到了很好的抑制作用。如圖4所示，輸出整流器交流回路中，輸出整流二極管D18、D19在施加反向電壓關(guān) 斷之前有正向電流流過，這樣整流管二極管在關(guān)斷瞬間會產(chǎn)生很大的電流尖峰，形成諧波 干擾信號。在該回路中使用了 RC吸收回路，如附圖4中所示的由R56、C60、R57、C61四個 器件組成的RC吸收回路。如圖5所示，輸出EMI濾波電路與輸入EMI濾波電路組成基本相同，這兒不再進(jìn)行 贅述了。二、組裝結(jié)構(gòu)部分本發(fā)明在組裝結(jié)構(gòu)設(shè)計上，很好地實(shí)現(xiàn)了抑制諧波干擾的作用。圖6是本發(fā)明極低諧波干擾電源裝置的俯視圖，看到的是最上面設(shè)有一個由四層 PCB板組成的濾波層1，濾波層1用導(dǎo)電螺釘2與下面的金屬管殼連接。濾波層1設(shè)有電源 輸入的穿心電容3的引腳和電源輸出的穿心電容4的引腳。具體的剖視結(jié)構(gòu)如圖7、圖8及 圖9所示。如圖7所示，金屬管殼8的最上面用導(dǎo)電螺釘2連接一個由四層PCB板組成的濾 波層1 ；金屬管殼8的中部用導(dǎo)電螺釘連接一個屏蔽層7 (參見圖9)；金屬管殼8的底部用 螺釘連接一個主控層9 (參見圖8)；如圖10所示，濾波層1由四層PCB板Ia組成，其中頂層PCB板的下面和底層PCB 板的上面鋪銅，中間兩層PCB板均為兩面鋪銅，四層PCB板鋪銅面之間絕緣，四層鋪銅之間 采用導(dǎo)體連接相通，用導(dǎo)電螺釘2將四層鋪銅PCB板與金屬管殼8連接，形成密閉的屏蔽 體。參見圖7，底層PCB板下面沒有鋪銅的一面設(shè)有輸入EMI濾波電路以及輸出EMI濾波電 路，如圖7中的標(biāo)號Ib所示，兩濾波電路的地線與中間鋪銅層蝕刻的線路電連接并接入金 屬管殼。其中之間PCB板鋪銅面上蝕刻的線路是集成電路領(lǐng)域內(nèi)的公知技術(shù)，可以根據(jù)需 要在鋪銅面上蝕刻線路并于鋪銅面絕緣。如圖9、圖12所示，中間的屏蔽層7由四層PCB板7a組成，四層PCB板均為整片鋪 銅，四層PCB板鋪銅面之間絕緣，四層鋪銅之間采用導(dǎo)體連接相通，并用導(dǎo)電螺釘固定到金 屬管殼上，形成密閉的屏蔽體，且頂層和底層為裸露銅箔。 如圖8、圖11所示，最下面的主控層9由四層PCB板9a組成，其中頂層PCB板的下 面和底層PCB板的上面鋪銅，中間兩層PCB板均為兩面鋪銅，四層PCB板鋪銅面之間絕緣， 四層鋪銅之間采用導(dǎo)體連接相通，用導(dǎo)電螺釘將四層鋪銅PCB板與金屬管殼8連接，形成密 閉的屏蔽體。參見圖7，主控層上設(shè)置有PWM控制電路、功率開關(guān)管交流回路、輸出整流器交 流回路和隔離反饋電路，實(shí)現(xiàn)DC/DC變換功能，如圖7、圖8、圖9中的標(biāo)號10所示。參見圖6、圖7，設(shè)置一組穿心電容3，其上下管腳穿過并連接于濾波層1與主控層 9上，穿心電容3的中部用螺帽5固定于屏蔽層7上，并且每個穿心電容的地線端6接入金 屬管殼屏蔽體上。電源裝置的輸入導(dǎo)線均通過穿心電容3進(jìn)入金屬管殼屏蔽體；另一組穿 心電容4與穿心電容3結(jié)構(gòu)相同，電源裝置的輸出導(dǎo)線均通過穿心電容4離開金屬管殼屏 蔽體。上述結(jié)構(gòu)可以濾除輸入輸出產(chǎn)生的諧波干擾。本發(fā)明采用金屬管殼，實(shí)現(xiàn)高斯外殼的作用，使電源裝置成為一個屏蔽體。中間的屏蔽層，與金屬管殼電連接良好，與金屬管殼形成電磁屏蔽裝置；最上面的濾波層和最低下 面的主控層采用穿心電容進(jìn)行電學(xué)連接，這樣的結(jié)構(gòu)作用是實(shí)現(xiàn)了整個產(chǎn)品對外輻射屏蔽 的作用。
權(quán)利要求
1.一種極低諧波干擾電源裝置，包括安裝在殼體內(nèi)的輸入EMI濾波電路、功率開關(guān)管 交流回路、輸出整流器交流回路、輸出EMI濾波電路、PWM控制電路以及隔離反饋電路，其特 征在于所述的殼體為金屬管殼(8)，金屬管殼的a、最上面連有一個由四層PCB板組成的濾波層(1)，頂層PCB板的下面和底層PCB板的 上面鋪銅，中間兩層PCB板均為兩面鋪銅，四層PCB板鋪銅面之間絕緣，底層PCB板的下面 設(shè)有輸入EMI濾波電路以及輸出EMI濾波電路，兩濾波電路的地線與中間鋪銅層蝕刻的線 路電連接并接入金屬管殼；b、中間連有一個由四層PCB板組成的屏蔽層(7)，四層PCB板均為兩面鋪銅，與金屬管 殼電連接，四層PCB板鋪銅面之間絕緣；c、最下面連有一個由四層PCB板組成的主控層(9)，其中頂層PCB板的下面和底層PCB 板的上面鋪銅，中間兩層PCB板均為兩面鋪銅，四層PCB板鋪銅面之間絕緣，主控層上設(shè)置 有PWM控制電路、功率開關(guān)管交流回路、輸出整流器交流回路和隔離反饋電路，上述電路的 地線與中間鋪銅層蝕刻的線路電連接并接入金屬管殼。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的極低諧波干擾電源裝置，其特征在于濾波層與主控層上連 接有一組穿心電容(3、4)，電源裝置的輸入及輸出導(dǎo)線均通過穿心電容進(jìn)入或離開金屬管 殼屏蔽體，并且每個穿心電容的地線端(6)接入金屬管殼屏蔽體上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的極低諧波干擾電源裝置，其特征在于a、輸入EMI濾波電路中，在電源輸入端設(shè)有兩個電容C20、C21和一個共模扼流圈Ll組 成一個二階共模濾波器，二階共模濾波器后連接由兩個共模電容以及一個差模電容組成的 平衡線EMI濾波器E1，其中兩個共模電容共同端接入金屬管殼，通過平衡線EMI濾波器El 的輸出分別進(jìn)入大功率貼片EMI濾波器E2和E3，濾波器E2和E3都是由兩電容夾一電感組 成，經(jīng)過以上濾波處理的電源分別通過穿心電容E4和E5作為輸入EMI濾波電路的輸出端 Ql 及 Q2 ；b、功率開關(guān)管交流回路中，在輸入端Ql及Q2之間串接一個由二極管D2、D3、電感L2和 電容Cl組成的無源無損吸收電路，其中電容Cl跨接在MOS管Dl與電感L2之間；設(shè)置由電 感L6、電容C2組成的諧振吸收電路，其中電感L6串接于變壓器TR與MOS管Dl之間，電容 C2跨接于變壓器TR與MOS管Dl之間；c、輸出整流器交流回路中，設(shè)置一個跨接于二極管D18兩端的由電阻R56、電容C60組 成的RC吸收回路，和一個跨接于二極管D19兩端的由電阻R57、電容C61組成的RC吸收回 路；d、輸出EMI濾波電路的組成與輸入EMI濾波電路相同。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種極低諧波干擾的電源裝置，其特征是金屬管殼(8)上面設(shè)有四層整體鋪銅的PCB板組成的濾波層(1)，濾波層(1)底部設(shè)有輸入及輸出EMI濾波電路(1b)；金屬管殼中間設(shè)有四層整體鋪銅的PCB板組成的屏蔽層(7)、下面設(shè)有主控層(9)，主控層上設(shè)置有PWM控制電路、功率開關(guān)管交流回路、輸出整流器交流回路等。濾波層與主控層上連接穿心電容(3)，其地線接入金屬管殼，輸入輸出導(dǎo)線通過穿心電容進(jìn)入或離開金屬管殼。本發(fā)明有益效果為且極大地降低了電源模塊對外的電磁輻射，抗干擾能力較強(qiáng)；輸出諧波極低，是同類通用DC/DC電源模塊的1/5左右，全帶寬范圍諧波干擾信號低于20mV，能夠很好地應(yīng)用于對諧波要求比較高的抗電磁環(huán)境設(shè)備中。
文檔編號H02M3/28GK102075091SQ200910185619
公開日2011年5月25日 申請日期2009年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月24日
發(fā)明者盧燦, 吳力濤, 孫幫東, 鄧闖 申請人:華東光電集成器件研究所