CN101106332B - 一种开关电源装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关电源装置，包括：电容分压电路和高频滤波电容；所述电容分压电路与所述整流单元的交流电压输入端相连，对输入的交流电压进行分压；分压后的分压点通过所述高频滤波电容与次级负载电路的冷地相连成为次级到初级的高频干扰滤波通路。与现有技术中，直接将次级的冷地通过高频滤波电容与热地相连，可以明显的降低初级交流电耦合到次级的电压，降低由于次级相对与大地的漏电电压过高带来的危险，提高开关电源的安全性。

Description

一种开关电源装置

技术领域

本发明涉及开关电源技术领域，具体涉及一种开关电源装置。

背景技术

开关电源工作在开关的状态下，电流的脉动性大，电流的变化率大。开关电源中的晶体管、二极管、变压器、电感都可能成为电磁干扰源。

请参阅图1，是现有技术一的开关电源装置的电路模型图，输入的交流电经过整流二极管D1至D4构成的整流桥整流后，再经高压滤波电容C1滤波，得到高压直流电，开关电路K把所述高压直流电转为高频脉动直流电，所述高频脉动直流电经过所述变压器变压T变压后对次级负载电路供电。

在开关闭合或断开的时候，由于电容电感存储能量的特性，很容易产生出一个高电压，大电流，这个电压与电源电压叠加，常常引起电流或电压的过冲。这些高速度变化的电流或电压通过变压器的漏电电容(Cleak)耦合到次级输出，形成一种电磁干扰。这种通过漏电电容的耦合跟变压器的磁耦合不一样，在次级的各个端点的耦合得到的电位是相同的，如此产生的干扰即共模干扰。图1中的变压器T的14和11脚的干扰电位是相同的。这些干扰信号的幅度是很大的，频率也很高，如图1中，整个次级就像一个天线一样，一般能向外辐射能量，或者干扰到负载的正常运行，从而开关电源的电磁兼容性(Electro Magnetic Compatibility，EMC)不能达标。

因为耦合到次级的干扰信号在包括次级的冷地(CGND)的次级的各个端点的电位是相同的，对于干扰信号来说，在次级的各个端点没有电位差，因此在次级无论使用什么样的滤波网络都无法滤掉干扰信号。

为解决现有技术一中开关电源带来的问题，现有技术二对开关电源装置的电路进行了改进，请参阅图2是进行改进后的现有技术二的开关电源装置的电路模型图。

如图2不难看出，在现有技术一的基础上，现有技术二将次级的冷地通过电容C2与初级的热地相连，当连上C2后，干扰的路径和C2就构成了一个回路。从Cleak耦合到次级，又从C2流回到热地。C2的作用相当于短路掉干扰信号，使得次级的冷地不再跟随干扰信号一起浮动，也就是说次级冷地相对于热地来说是一个稳定的电位，不会再向外辐射能量，也不会干扰到负载电路。从而降低开关电源的电磁干扰。

但是在对现有技术的研究和实践过程中，发明人发现现有技术存在以下问题：

在热地和冷地之间接上一个电容C2来滤除电磁干扰效果是比较好的。但是热地点相对于大地的电压基本上等于220V的交流电，因此交流电会从C2耦合到次级，在次级产生一个相对于大地的交流漏电电压，如果C2使用的电容值比较大的话，电流流到次级的能力也是比较大的，耦合到次级的电压也是比较高的，这个电压常常超过安全电压36V，如果人接触到次级的冷地很可能会导致人体触电，存在巨大的安全隐患。

发明内容

本发明实施例解决的技术问题在于提供一种开关电源装置，可以降低交流电从高频滤波电容耦合到次级的电压，提高开关电源的安全性。

本发明实施例提供的一种开关电源装置，包括：整流滤波单元，开关电路、变压器和次级负载电路；输入的交流电压经过整流滤波单元整流滤波后得到直流电，通过开关电路把所述直流电转为高频脉动直流电，所述高频脉动直流电经过所述变压器变压后对次级负载电路供电；该开关电源装置还包括：电容分压电路和高频滤波电容；

所述电容分压电路与所述整流滤波单元的交流电压输入端相连，对输入的交流电压进行分压；分压后的分压点通过所述高频滤波电容与次级负载电路的冷地相连成为次级到初级的高频干扰滤波通路。

本发明实施例提供的一种开关电源装置，包括：整流滤波单元，开关电路、变压器和次级负载电路；输入的交流电经过整流滤波单元整流滤波后得到直流电，通过开关电路把所述直流电转为高频脉动直流电，所述高频脉动直流电经过所述变压器变压后对次级负载电路供电；该开关电源装置还包括：电容分压电路和高频滤波电容；

所述电容分压电路与所述整流滤波单元的电压输出端相连，对输出电压进行分压；分压后的分压点通过所述高频滤波电容与次级负载电路的冷地相连形成次级到初级的高频干扰滤波通路。

采用上述技术方案，本发明实施例有益的技术效果在于：

本发明实施例提供的开关电源装置包括：电容分压电路和高频滤波电容；所述电容分压电路与所述整流单元的交流电压输入端相连，对输入的交流电压进行分压；分压后的分压点通过所述高频滤波电容与次级负载电路的冷地相连成为次级到初级的高频干扰滤波通路。与现有技术中，直接将次级的冷地通过高频滤波电容与热地相连，可以明显的降低初级交流电耦合到次级的电压，降低由于次级相对与大地的漏电电压过高带来的危险，提高开关电源的安全性。

附图说明

图1为现有技术一的开关电源装置的电路模型图；

图2为现有技术二的开关电源装置的电路模型图；

图3为本发明实施例一开关电源装置的结构示意图；

图4为本发明实施例二开关电源装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例的目的在于提供一种开关电源装置。下面对实施例提供的一种开关电源装置进行详细描述。

实施例一，一种开关电源装置，装置结构示意图如图3所示，包括：

整流滤波单元310，开关电路320、变压器T和次级负载电路330；电容分压电路340和高频滤波电容C2；

输入的交流电经过整流滤波单元310整流滤波后得到直流电；

所述整流滤波单元310由整流单元311和高压滤波电容C1组成，整流单元对输入的交流电进行整流得到单向脉动直流电，整流单元可以进行半波整流或全波整流；图3中的整流单元采用的是由二极管D1～D4构成的全桥整流电路进行全波整流，可以理解的是，也可以采用半桥整流电路进行半波整流，具体的整流方式和整流电路可以采用现有的多种常规方式进行。高压滤波电容C1对整流后的单向脉动电压进行滤波得到平缓的直流电。

所述过开关电路320把所述直流电转为高频脉动直流电，所述高频脉动直流电经过所述变压器T变压后对次级负载电路330供电；

所述电容分压电路340包括串连的第一电容分压单元341和第二电容分压单元342与所述整流滤波单元310的电压输出端相连，对输出电压进行分压；

图3中，所述第一电容分压单元为电容C3，第二电容分压单元为电容C4串连，C3和C4串连对输入的交流电压进行分压，C3和C4的接点为分压点。

实际情况下，为降低交流电耦合到次级的电压，则需要尽量降低分压点相对于大地的的电压，如果第一电容分压单元和第二电容分压单元的容抗取不同的值，则所述分压点相对于大地的电压会随着输入交流电压正负半周的交替而变化，下面举例进行说明，例如：如果忽略整流单元中二极管的压降，C3＝2C4，输入的交流电为Vin。

则进行如下计算：

假设AC1为市电的火线，则在输入的交流电正半周时，分压点相对于大地的电压为：

V分压点＝Vin×[R_C4/(R_C3+R_C4)]

因为R_C4＝1/(jωC4)，R_C3＝1/(jωC3)，C3＝2C4

所以R_C4＝2R_C3

所以V分压点＝(2/3)×Vin

在输入的交流电负半周时，分压点相对于大地的电压为：

V分压点＝Vin×[R_C3/(R_C3+R_C4)]

＝(1/3)×Vin

由上述举例推导可知，若所述第一电容分压单元和第二电容分压单元的容抗不同，则分压点的电压是浮动的。

若第一电容分压单元和第二电容分压单元的容抗相同，则：

V分压点＝(1/2)×Vin，不会随输入交流点的波形发生变化。并且较第一电容分压单元和第二电容分压单元的容抗值不同的情况，分压点相对于大地的电压不会高于(1/2)×Vin，耦合到次级的电压更低更安全。

可以理解的是，所述第一电容分压单元或第二电路分压单元均可以由多个电容串连或并联或串并联结合构成，具体电容电路组合形式不够成对本发明的限制。

分压后的分压点通过所述高频滤波电容C2与次级负载电路的冷GND相连成为次级到初级的高频干扰滤波通路。

所述分压点为输入的交流电压相对与大地电压进行分压后的分压点。分压点相对于大地的的电压小于交流电相对于大地的电压。

由于采用电容分压电路进行分压，对于次级的高频干扰信号来说其容抗是很小的近似于导通，市电电源整流滤波后可以看作是一个电压源，电压源对于高频的交流电是等效成短路的，从而使次级冷地CGND的高频电磁干扰信号短路到热地，降低开关电源的电磁干扰，并且第一电容分压单元与第二电容分压单元对于从次级过来的高频干扰是并联的，使得其总的容抗值更小，滤波效果更好。

本发明实施例一通过将电容分压电路将输入的交流电相对于大地的电压进行分压，分压后的分压点再与高频滤波电容相连，成为高频干扰的滤波通路。实现了滤除次级的高频干扰的基础上，降低了次级冷地的电压，使开关电源更加安全可靠。

本发明实施例一所述的开关电源装置中，所述分压点还可以直接与大地相连，如：电源输入端提供三脚插头并且接地脚与大地相连，将分压点与接地脚相连即可，连接后分压点的电压直接与大地拉平，为0电位，分压点的耦合到次级的电压也是0电位，不会发生次级地带电导致人体触电的事故，为用户进一步的保护。

实施例二，一种开关电源装置，装置结构示意图如图4所示，包括：

整流滤波单元410，开关电路420、变压器T和次级负载电路430；电容分压电路440和高频滤波电容C2；

输入的交流电经过整流滤波单元410整流滤波后得到直流电；

所述整流滤波单元410由整流单元411和高压滤波电容C1组成，整流单元对输入的交流电进行整流得到单向脉动直流电，整流单元可以进行半波整流或全波整流；图4中的整流单元采用的是由二极管D1～D4构成的全桥整流电路进行全波整流，可以理解的是，也可以采用半桥整流电路进行半波整流，具体的整流方式和整流电路可以采用现有的多种常规方式进行。

高压滤波电容C1对整流后的单向脉动电压进行滤波得到平缓的直流电。

所述过开关电路420把所述直流电转为高频脉动直流电，所述高频脉动直流电经过所述变压器T变压后对次级负载电路430供电；

所述电容分压电路440包括串连的第一电容分压单元441和第二电容分压单元442与所述整流滤波单元410的电压输入端相连，对输入的交流电压进行分压；

图4中，所述第一电容分压单元为电容C3，第二电容分压单元为电容C4串连，C3和C4串连对输入的交流电压进行分压，C3和C4的接点为分压点。

如果第一电容分压单元和第二电容分压单元容抗不同，因为分压点相对于大地的电压为与零线直接相连的电容分压单元分得的电压，所以若与火线直接相连的电容分压单元容抗较大，则耦合到次级电压较低，分压效果较好，如果与火线直接相连的电容分压单元容抗较小，则耦合到次级的电压相对较大，分压效果较差。

例如：如图4所示，如果C3＝2C4，输入的交流电为Vin。

则进行如下计算：

假设AC1为市电的火线，分压点相对于大地的电压为：

V分压点＝Vin×[R_C4/(R_C3+R_C4)]

因为R_C4＝1/(jωC4)，R_C3＝1/(jωC3)，C3＝2C4

所以R_C4＝2R_C3

所以V分压点＝(2/3)×Vin

假设AC2为市电的火线，则分压点相对于大地的电压为：

分压点相对于大地的电压为：

V分压点＝Vin×[R_C3/(R_C3+R_C4)]

＝(1/3)×Vin

由上述举例推导可知，若所述第一电容分压单元和第二电容分压单元的容抗不同，则分压点的电压是会因为开关电源的电源插头两个插脚接触零线、火线的变化受到影响。

若第一电容分压单元和第二电容分压单元的容抗相同，则：

V分压点＝(1/2)×Vin，不会随输入火线和零线的变化发生改变。因此第一电容分压单元和第二电容分压单元容抗相同时，分压效果较好且稳定，不会因为开关电源的电源插头两个插脚接触零线、火线的变化受到影响。

可以理解的是，所述第一电容分压单元或第二电路分压单元均可以由多个电容串连或并联或串并联结合构成，具体电容电路组合形式不够成对本发明的限制。

分压后的分压点通过所述高频滤波电容C2与次级负载电路的冷GND相连成为次级到初级的高频干扰滤波通路。

所述分压点为输入的交流电压相对与大地电压进行分压后的分压点。分压点相对于大地的电压小于交流电相对于大地的电压。

由于采用电容分压电路进行分压，对于次级的高频干扰信号来说其容抗是很小的近似于导通，市电可以看作是一个电压源，电压源对于高频的交流电是等效成短路的，并且零线在远端是接地，从而使次级冷地CGND的高频电磁干扰信号短路到大地，降低开关电源的电磁干扰。而且第一电容分压单元与第二电容分压单元对于从次级过来的高频干扰是并联的，使得其总的容抗值更小，滤波效果更好。

本发明实施例二通过将电容分压电路将输入的交流电相对于大地的电压进行分压，分压后的分压点再与高频滤波电容相连，成为高频干扰的滤波通路。实现了滤除次级的高频干扰的基础上，降低了次级冷地的电压，使开关电源更加安全可靠。

并且本发明实施例二还通过所述电容分压电路对市电电网的高频电磁干扰有滤波的左右，市电的高频电磁干扰被电容分压电路的电容短路掉，不会进入开关电源干扰到开关电源工作，同时开关电源产生的高频电磁干扰也被滤波电容短路掉，不能进入到市电电网干扰到其他设备的正常工作。

本发明实施例二所述的开关电源装置中，所述分压点还可以直接与大地相连，如：电源输入端提供三脚插头并且接地脚与大地相连，将分压点与接地脚相连即可，连接后分压点的电压直接与大地拉平，为0电位，分压点的耦合到次级的电压也是0电位，不会发生次级地带电导致人体触电的事故，为用户进一步的保护。

以上对本发明实施例所提供的一种开关电源装置进行了详细介绍，其中：

本发明实施例通过将电容分压电路将输入的交流电相对于大地的电压进行分压，分压后的分压点再与高频滤波电容相连，成为高频干扰的滤波通路。实现了滤除次级的高频干扰的基础上，降低了次级冷地的电压，使开关电源更加安全可靠。

并且本发明实施例还通过所述电容分压电路对市电电网的高频电磁干扰有滤波的左右，市电的高频电磁干扰被电容分压电路的电容短路掉，不会进入开关电源干扰到开关电源工作，同时开关电源产生的高频电磁干扰也被滤波电容短路掉，不能进入到市电电网干扰到其他设备的正常工作。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其主要思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种开关电源装置，包括：整流滤波单元，开关电路、变压器和次级负载电路；输入的交流电压经过整流滤波单元整流滤波后得到直流电，通过开关电路把所述直流电转为高频脉动直流电，所述高频脉动直流电经过所述变压器变压后对次级负载电路供电；其特征在于，开关电源装置还包括：电容分压电路和高频滤波电容；

所述电容分压电路与所述整流滤波单元的交流电压输入端相连，对输入的交流电压进行分压；分压后的分压点通过所述高频滤波电容与次级负载电路的冷地相连成为次级到初级的高频干扰滤波通路。

2.如权利要求1所述的开关电源装置，其特征在于，所述电容分压电路包括串连的第一电容分压单元和第二电容分压单元，所述两个电容分压单元的接点为分压点。

3.如权利要求2所述的开关电源装置，其特征在于，所述第一电容分压单元和第二电容分压单元的容抗相同。

4.如权利要求1至3任意一项所述的开关电源装置，其特征在于，所述整流滤波单元包括：整流单元和高压滤波电容；

所述整流单元对输入的交流电压进行整流得到单向脉动直流电；

所述高压滤波电容对所述整流后的单向脉动直流电滤波得到平缓的直流电。

5.一种开关电源装置，包括：整流滤波单元，开关电路、变压器和次级负载电路；输入的交流电经过整流滤波单元整流滤波后得到直流电，通过开关电路把所述直流电转为高频脉动直流电，所述高频脉动直流电经过所述变压器变压后对次级负载电路供电；其特征在于，开关电源装置还包括：电容分压电路和高频滤波电容；

所述电容分压电路与所述整流滤波单元的电压输出端相连，对输出电压进行分压；分压后的分压点通过所述高频滤波电容与次级负载电路的冷地相连形成次级到初级的高频干扰滤波通路。

6.如权利要求5所述的开关电源装置，其特征在于，所述电容分压电路包括串连的第一电容分压单元和第二电容分压单元，所述两个电容分压单元的接点为分压点。

7.如权利要求6所述的开关电源装置，其特征在于，所述第一电容分压单元和第二电容分压单元的容抗相同。

8.如权利要求5至7任意一项所述的开关电源装置，其特征在于，所述整流滤波单元包括：整流单元和高压滤波电容；

所述整流单元对输入的交流电进行整流得到单向脉动直流电；

所述高压滤波电容对所述整流后的单向脉动直流电滤波得到平缓的直流电。

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