一種開(kāi)關(guān)電源電路結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及一種開(kāi)關(guān)電源電路結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著功率半導(dǎo)體器件技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)關(guān)電源高功率體積比和高效率的特性使得其在現(xiàn)代軍事、工業(yè)和商業(yè)等各級(jí)別的儀器設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用，并且隨著時(shí)鐘頻率的不斷提高，設(shè)備的電磁兼容性(EMC)問(wèn)題引起人們的廣泛關(guān)注。EMC設(shè)計(jì)已成為開(kāi)關(guān)電源開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中必不可少的重要環(huán)節(jié)。
[0003]傳導(dǎo)電磁干擾(EMI)噪聲的抑制必須在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)初期就加以考慮。通常情況下，加裝電源線濾波器是抑制傳導(dǎo)EMI的必要措施。但是，僅僅依靠電源輸入端的濾波器來(lái)抑制干擾往往會(huì)導(dǎo)致濾波器中元件的電感量增加和電容量增大。而電感量的增加使體積增加；電容量的增大受到漏電流安全標(biāo)準(zhǔn)的限制。
[0004]電子設(shè)備的傳導(dǎo)噪聲干擾指的是:設(shè)備在與供電電網(wǎng)連接工作時(shí)以噪聲電流的形式通過(guò)電源線傳導(dǎo)到公共電網(wǎng)環(huán)境中去的電磁干擾。傳導(dǎo)干擾分為共模干擾與差模干擾兩種。共模干擾電流在零線與相線上的相位相等；差模干擾電流在零線與相線上的相位相反。差模干擾對(duì)總體傳導(dǎo)干擾的貢獻(xiàn)較小，且主要集中在噪聲頻譜低頻端，較容易抑制；共模干擾對(duì)傳導(dǎo)干擾的貢獻(xiàn)較大，且主要處在噪聲頻譜的中頻和高頻頻段。對(duì)共模傳導(dǎo)干擾的抑制是電子設(shè)備傳導(dǎo)EMC設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)，也是最主要的任務(wù)。
[0005]反激式開(kāi)關(guān)電源的電路中存在一些電壓劇變的節(jié)點(diǎn)。和電路中其他電勢(shì)相對(duì)穩(wěn)定的節(jié)點(diǎn)不同，這些節(jié)點(diǎn)的電壓包含高強(qiáng)度的高頻成分。這些電壓變化十分活躍的節(jié)點(diǎn)稱(chēng)為噪聲活躍節(jié)點(diǎn)。噪聲活躍節(jié)點(diǎn)是開(kāi)關(guān)電源電路中的共模傳導(dǎo)干擾源，它作用于電路中的對(duì)地雜散電容就產(chǎn)生共模噪聲電流M。而電路中對(duì)EMI影響較大的對(duì)地雜散電容有:功率開(kāi)關(guān)管的漏極對(duì)地的寄生電容，變壓器的主邊繞組對(duì)副邊繞組的寄生電容；變壓器的副邊回路對(duì)地的寄生電容，變壓器主、副邊繞組對(duì)磁芯的寄生電容，以及變壓器磁芯對(duì)地的寄生電容。這些寄生電容在電路中的分布如圖1所示。圖1中所示中的3種電流是構(gòu)成共模噪聲電流(圖1中的黑色箭頭)的主要因素。共模電流通過(guò)電源線輸入端的地線回流，從而被LISN取樣測(cè)量得到。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種不僅能減小電源線的體積，還能降低成本的開(kāi)關(guān)電源電路結(jié)構(gòu)。
[0007]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下:一種開(kāi)關(guān)電源電路結(jié)構(gòu)，包括電源變壓器的前級(jí)電路的前級(jí)線圈、次級(jí)電路的次級(jí)線圈和輔助電源變壓器的輔助線圈，其特征在于，將前級(jí)線圈和次級(jí)線圈的繞組距離增大。
[0008]作為優(yōu)選，將所述輔助線圈繞組設(shè)置在前級(jí)線圈和次級(jí)線圈的繞組之間。
[0009]作為優(yōu)選，將電源變壓器的最內(nèi)層與功率開(kāi)關(guān)管的d極相連，最外層與整流橋輸出正極相連。
[0010]作為優(yōu)選，將前級(jí)線圈和次級(jí)線圈方向相反的噪聲活躍點(diǎn)成對(duì)地繞在最內(nèi)和最外層相對(duì)位置。
[0011]作為優(yōu)選，將前級(jí)電路和次級(jí)電路的線圈繞組之間的金屬隔離層與前級(jí)電路的負(fù)極相連。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:降低了噪聲，減小了電源線的體積，降低了成本。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中開(kāi)關(guān)電源電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2為本實(shí)用新型其中一實(shí)施例的原理示意圖。
[0015]圖3為本實(shí)用新型其中一實(shí)施例的噪聲電流在電源變壓器內(nèi)部的耦合情況示意圖。
[0016]圖4為本實(shí)用新型其中一實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖5為采用本實(shí)用新型方案前后的噪聲頻譜示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0019]本說(shuō)明書(shū)(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開(kāi)的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或者具有類(lèi)似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個(gè)特征只是一系列等效或類(lèi)似特征中的一個(gè)例子而已。
[0020]一種開(kāi)關(guān)電源電路結(jié)構(gòu)，包括電源變壓器的前級(jí)電路的前級(jí)線圈、次級(jí)電路的次級(jí)線圈和輔助電源變壓器的輔助線圈，將前級(jí)線圈和次級(jí)線圈的繞組距離增大。從而它們的層間寄生電容就減小了，噪聲電流就能相應(yīng)減小。
[0021]前級(jí)電路和次級(jí)電路的輔助電源也是由繞在變壓器上的獨(dú)立線圈提供能量的。這兩級(jí)輔助線圈的存在給噪聲電流的傳播提供了額外的途徑。輔助線圈是為了控制電路的供電設(shè)計(jì)的。盡管控制電路本身的功率很小，但它們的存在卻增大了電路對(duì)地的寄生電容，從而分擔(dān)了一部分把共模噪聲從活躍節(jié)點(diǎn)耦合到地的工作。將所述輔助線圈繞組設(shè)置在前級(jí)線圈和次級(jí)線圈的繞組之間，更進(jìn)一步的減小了電源線的體積，降低了成本。
[0022]因此，變壓器繞制的最終方法應(yīng)如圖2所示。從內(nèi)到外的線圈繞組依次是:前級(jí)繞組的一半、輔助繞組的一半、后級(jí)繞組、輔助繞組的另一半和前級(jí)繞組的另一半。
[0023]將電源變壓器的最內(nèi)層與功率開(kāi)關(guān)管的d極相連，最外層與整流橋輸出正極相連。
[0024]在電路中，噪聲電壓活躍節(jié)點(diǎn)并不是單一的。除功率開(kāi)關(guān)管的d極外，變壓器前級(jí)繞組的另一端也是一個(gè)噪聲電壓活躍節(jié)點(diǎn)，而且節(jié)點(diǎn)電壓的變化方向與場(chǎng)管的d極電壓情況相反。所以變壓器次級(jí)繞組的兩端是相位相反的噪聲電壓活躍節(jié)點(diǎn)。圖3所示的是采用節(jié)點(diǎn)相位平衡法后，變壓器骨架上的線圈分布情況。
[0025]變壓器骨架最內(nèi)層是前級(jí)繞組線圈的一半，與功率開(kāi)關(guān)管的d極相連；中間層的線圈是次級(jí)繞組；最外層是前級(jí)繞組的另一半，與整流橋輸出正極相連相連。由于噪聲電流主要通過(guò)前后級(jí)線圈層之間的寄生電容耦合，將前級(jí)線圈和次級(jí)線圈方向相反的噪聲活躍點(diǎn)成對(duì)地繞在最內(nèi)和最外層相對(duì)位置，就能使大部分的噪聲電流相互抵消，大大降低了最終耦合到次級(jí)的噪聲電流的強(qiáng)度。
[0026]共模噪聲的耦合除了通過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管d極對(duì)地這條途徑外，開(kāi)關(guān)管d極的噪聲電壓通過(guò)變壓器的寄生電容將噪聲電流耦合到變壓器副邊繞組所在的回路，再通過(guò)次級(jí)回路對(duì)地的寄生電容耦合到地也是共模電流產(chǎn)生的途徑。因此設(shè)法減小從變壓器主邊繞組傳遞到副邊繞組間的共模電流是一種有效的EMC設(shè)計(jì)方法。傳統(tǒng)的變壓器EMC設(shè)計(jì)方法是在兩繞組間添加隔離層，如圖4所示。
[0027]金屬隔離層直接連接地線的設(shè)計(jì)會(huì)增大共模噪聲電流，使EMC性能變差。在本具體實(shí)施例中，將前級(jí)電路和次級(jí)電路的線圈繞組之間的金屬隔離層與前級(jí)電路的負(fù)極相連，使隔離層成為電路中電位的穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)。這樣的連接能把原本流向大地的共模電流有效分流，從而大大降低電源線的傳導(dǎo)噪聲發(fā)射水平。
[0028]圖5為采用本實(shí)用新型變壓器設(shè)計(jì)方案改進(jìn)前(圖a)后(圖b)實(shí)驗(yàn)樣品的傳導(dǎo)噪聲頻譜對(duì)比。圖5中的上下兩條平行折線分別為國(guó)際無(wú)線電干擾特別委員會(huì)(簡(jiǎn)稱(chēng)CISPR)頒布的CISPR22標(biāo)準(zhǔn)中b級(jí)要求的準(zhǔn)峰值檢波限值和平均值檢波限值；而曲線為開(kāi)關(guān)電源的傳導(dǎo)噪聲頻譜。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出:與傳統(tǒng)方案相比，新方案有著更出色的對(duì)共模噪聲電流的抑制能力，尤其在中頻I?5MHz的頻段。在較低頻段，電源線上的傳導(dǎo)干擾主要是差模電流引起的；而在中高頻段，共模電流起主要作用。而本實(shí)用新型提出的方法對(duì)共模電流的抑制較強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)和理論是相符合的。在10 MHz以上的頻段，主要由電路中的其他寄生參數(shù)決定EMC性能，與變壓器關(guān)系不大。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種開(kāi)關(guān)電源電路結(jié)構(gòu)，包括電源變壓器的前級(jí)電路的前級(jí)線圈、次級(jí)電路的次級(jí)線圈和輔助電源變壓器的輔助線圈，其特征在于，將前級(jí)線圈和次級(jí)線圈的繞組距離增大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)電源電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，將所述輔助線圈繞組設(shè)置在前級(jí)線圈和次級(jí)線圈的繞組之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)電源電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，將電源變壓器的最內(nèi)層與功率開(kāi)關(guān)管的d極相連，最外層與整流橋輸出正極相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的開(kāi)關(guān)電源電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，將前級(jí)線圈和次級(jí)線圈方向相反的噪聲活躍點(diǎn)成對(duì)地繞在最內(nèi)和最外層相對(duì)位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)電源電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，將前級(jí)電路和次級(jí)電路的線圈繞組之間的金屬隔離層與前級(jí)電路的負(fù)極相連。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提供了一種開(kāi)關(guān)電源電路結(jié)構(gòu)。包括電源變壓器的前級(jí)電路的前級(jí)線圈、次級(jí)電路的次級(jí)線圈和輔助電源變壓器的輔助線圈，將前級(jí)線圈和次級(jí)線圈的繞組距離增大。降低了噪聲，減小了電源線的體積，降低了成本。
【IPC分類(lèi)】H02M3-335, H01F27-28, H02M1-44
【公開(kāi)號(hào)】CN204304786
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420767077
【發(fā)明人】楊凌云
【申請(qǐng)人】成都創(chuàng)客之家科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2014年12月9日