CN101277056A - 一种滤波电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种滤波电路，包括滤波电容或滤波电感，以及与滤波电容串接以构成LC串联电路的谐振电感，或与滤波电感并接以构成LC并联电路的谐振电容，通过LC串联/并联谐振来增强所述滤波电容/滤波电感对单个频点信号的抑制。本发明还公开了一种采用上述滤波电路的开关电源，包括可处理传导骚扰的电容或可处理传导骚扰的电感，所述电容中的至少一者串接了一谐振电感以构成LC串联电路，或所述电感中的至少一者并接了一谐振电容以构成LC并联电路，通过LC串联/并联谐振来增强所述电容/电感对单个频点上的传导骚扰的抑制。本发明结构简单，可以有效地处理单个频点上较强的信号干扰。
Description
技术领域
本发明涉及处理电磁干扰的装置，尤其是利用LC谐振处理单个频点上较强干扰的滤波电路。
背景技术
随着电子技术的发展，对于通讯等领域的电磁兼容(EMC)要求越来越严格，对电子线路抗电磁干扰能力的要求也相应地不断提高。现有的滤波器对于消除信号噪声干扰比较有效，却仍存在不足。例如，随着开关电源不断小型化功率密度不断提高，一种LLC谐振直流/直流(DC/DC)变换器应运而生。所述电路有一个特点：其基频传导骚扰特别强，而倍频传导骚扰特别小。如果单纯地增强滤波器抑制所述频点，那么，对于其他频点而言，这么强的滤波器实属浪费，如果能专门针对单个频点的进行处理，则不至于因为所述频点将滤波器做的很大很贵。同时，LLC拓扑的主要磁性元件都是有很大气隙的，其空间磁场骚扰特别强，这也要求滤波器特别是电感的体积要小，以便减小拾捡。另外，功率密度不断提高也导致了平面变压器的普遍采用，而平面变压器比普通变压器产生更强的传导骚扰，也要求更有技巧的处理传导骚扰。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种简单的低成本的滤波电路，它能有效地抑制单个频点上的强干扰信号。
本发明所要解决的另一个技术问题是：提供一种采用所述滤波电路的开关电源，它能对电源电路中单个频点的传导骚扰进行有效处理。
为解决第一个技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种滤波电路，包括滤波电容或滤波电感，其特征在于，还包括与所述滤波电容串接以构成LC串联电路的谐振电感，或与所述滤波电感并接以构成LC并联电路的谐振电容，通过所述LC串联/并联电路的谐振来增强所述滤波电容/滤波电感对单个频点信号的抑制。
优选地，所述LC串联/并联电路的谐振频率可取干扰最强的信号频点。
优选地，所述LC串联电路的两端并接了辅助滤波电容。
所述滤波电容/电感可以为可处理传导骚扰的电容/电感。
所述处理传导骚扰的电容可以为接地的Y电容。
所述处理传导骚扰的电容可以为接于功率线之间的X电容。
为解决另一个技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种开关电源，包括依次相连的交流电源、交流滤波器、功率因数校正电路、DC/DC变换器和直流滤波器，所述交流滤波器、直流滤波器和DC/DC变换器各具有可处理传导骚扰的电容或电感，其特征在于，所述电容中的至少一者串接了一谐振电感以构成LC串联电路，或所述电感中的至少一者并接了一谐振电容以构成LC并联电路，通过LC串联/并联谐振来增强所述电容/电感对单个频点上的传导骚扰的抑制。
优选地，所述LC串联/并联电路的谐振频率在传导骚扰最强的频点上。
优选地，所述LC串联电路的两端并接了辅助滤波电容。
所述处理传导骚扰的电容可以为接地的Y电容或接于功率线之间的X电容。
所述DC/DC变换器可以为采用LLC拓扑或其变形结构的DC/DC变换器。
所述LC串联/并联电路的谐振频率在所述LLC拓扑DC/DC变换器的基频传导骚扰频点上。
所述DC/DC变换器可以为具有平面变压器的DC/DC变换器。
本发明有益的技术效果在于：
1)由于在滤波电容上串接了的谐振电感，在单个频点上制造出谐振点，LC谐振结构在该频点的电抗很小，比单独用一个电容小很多，这相当于在该特定的频点上使得电容增强了很多倍；由于在滤波电感上并接了的谐振电容，在单个频点上制造出谐振点，所述LC谐振结构在该频点的电抗很大，比单独用一个电感大很多，这相当于在该特定的频点使得电感增强了很多倍。上述结构所产生的LC谐振可有效地将欲抑制的频点信号旁路掉或者阻挡住，这样，就不需要仅仅因某一个频点干扰信号较强而去另外设置体积大且成本高的滤波器。
2)由于开关电源中的输入滤波器和/或DC/DC变换器采用本发明的滤波电路，通过LC串联/并联电路的产生谐振作用，可增强处理传导骚扰的电容/电感对单个频点上的传导骚扰的抑制。
进一步地，在LC串联谐振结构并接辅助滤波电容，可在上述有益效果的基础上减少电容由于串接谐振电感而损失的高频滤波效果。
附图说明
图1是LC串联谐振电路示意图；
图2是LC并联谐振电路示意图；
图3是本发明实施例开关电源的结构框图；
图4a是直流侧DC-上带Y电容的LLC拓扑DC/DC变换器电路图；
图4b是图4a的变换器设置了LC串联谐振结构的电路图；
图5a是交流侧PFC-上带Y电容的LLC拓扑DC/DC变换器电路图；
图5b是图5a的变换器设置了LC串联谐振结构的电路图；
图6a是直流侧带三个差模电容的LLC拓扑DC/DC变换器电路图；
图6b是图6a的变换器设置了LC串联谐振结构的电路图；
图7是单谐振电容半桥LLC拓扑DC/DC变换器电路图；
图8是双谐振电容半桥LLC拓扑DC/DC变换器电路图；
图9是全桥LLC拓扑DC/DC变换器电路图；；
图10是带钳位电路的双谐振电容半桥LLC拓扑DC/DC变换器电路图；
图11a是电源电路中的交流滤波器电路图；
图11b是图11a的滤波器设置了LC串联谐振结构的电路图；
图12a是电源电路中的直流滤波器电路图；
图12b是图12a的滤波器设置了LC串联谐振结构的电路图。
以下通过具体实施方式并结合附图对本发明做进一步详细的描述。
具体实施方式
本发明的原理在于：针干扰信号的某个频点，利用LC谐振的性质，使滤波电路的LC谐振频率恰好处在该频点，通过这样的谐振将该频点的骚扰旁路掉或者阻挡住。LC谐振电路如图1、图2所示：在滤波电容C1上串接一个小电感L1，在特定频率下，该LC串联电路的谐振效果相当于在该频点获得一个了较大的电容；在滤波电感L2上并接一个电容C2，在特定频率下，该LC串联电路的谐振效果相当于在该频点获得一个了较大的电感。
具体实施方式一
图3所示的开关电源包括交流电源1、交流滤波器2、功率因数校正电路(PFC)3、DC/DC变换器4和直流滤波器5。所述交流滤波器2连接在交流电源1和功率因数校正电路3之间，所述DC/DC变换器4连接在功率因数校正电路3和直流滤波器5之间。
图4a所示为该开关电源中的DC/DC变换器，该变换器采用LLC拓扑，满载开关频率设定220KHZ，调频控制。其包括：两个功率MOSFET开关管Q1和Q2，LLC谐振电容Cr，LLC谐振电感Lr，励磁电感Lm，中心抽头变压器原边绕组np，变压器副边绕组ns，半桥全波整流二极管D1和D2，输出滤波电容Cf，以及直流侧DC-上所接的Y电容CY1(220nF)。此电路的特点是基频传导骚扰特别强，而倍频传导骚扰特别小。图4b是采用本发明LC谐振结构的DC/DC变换器，其在电容CY1一端串接LC谐振电感LY1(2.38μH)，谐振电感LY1另一端接地，在电容CY1的另一端和谐振电感LY1接地端之间还并接了一个辅助电容CY1′(1nF)。
本实施方式对于共模传导骚扰的处理方式为，在Y电容CY1(对地电容，共模滤波之用，并非一定要有Y电容标记)串上一个谐振电感LY1，制造一个谐振点，即该变换器的基频传导骚扰频点，LC谐振结构在该频点的电抗很小，比单独用一个电容小很多，这相当于在该特定的频点使得电容增强了很多倍；再在该LC结构上并联一个小的电容CY1′，用于补偿损失的高频滤波效果。采用此结构的变换器，即使考虑电容电感容差之后，对处理直流传导骚扰的效果也非常明显。
本实施方式中的LC谐振结构不仅仅可以在DC-使用，也可以在DC+使用，也可以在DC+和DC-同时使用。
具体实施方式二
图5a与图4a的DC/DC变换器区别在于，图5a所示的DC/DC变换器在其高压直流侧(即PFC-)接了一个的Y电容CY2(4.7nF)。图5b是采用本发明LC谐振结构的DC/DC变换器，其在电容CY2一端串接了谐振电感LY2(110μH)，谐振电感LY2另一端接地，在电容CY2的另一端和谐振电感LY1接地端之间还并接了一个辅助电容CY2′(1nF)。
本实施方式对于共模传导骚扰的处理方式为，在Y电容CY2(对地电容，共模滤波之用，并非一定要有Y电容标记)串上一个谐振电感LY2，制造一个谐振点，即该变换器的基频传导骚扰频点，LC谐振结构在该频点的电抗很小，比单独用一个电容小很多，这相当于在该特定的频点使得电容增强了很多倍；再在该LC结构上并联一个小的电容CY2′用于补偿损失的高频滤波效果。采用此结构的电路，即使考虑容差之后，对处理交流传导骚扰的效果也非常明显。
本实施方式中的LC谐振结构不仅可以在PFC-使用，也可以在PFC+使用，还可以在PFC+和PFC-同时使用。
具体实施方式三
图6a与图4a的DC/DC变换器区别在于，图6a所示的DC/DC变换器在其DC侧功率线间并接了三个输出滤波电容Cf1～Cf3(均为2.2μF)。图6b是采用本发明LC谐振结构的DC/DC变换器，其在处理差模传导骚扰的电容Cf3上串接了谐振电感LX1(0.24μH)。
本实施方式对于差模传导骚扰的处理方式为，在差模电容Cf3(功率线间电容，非对地电容，差模滤波之用，并非一定要有X电容标记)串上一个谐振电感LX1，制造一个谐振点，即该变换器的基频传导骚扰频点，LC谐振结构在该频点的电抗很小，比单独用一个电容小很多，这相当于在该特定的频点使得电容增强了很多倍。采用此结构的电路，即使考虑容差之后，对处理直流传导骚扰的效果也非常明显。
作为上述三种具体实施方式的推广，本发明可以应用于图7～图10所示的采用LLC拓扑及其各种变形的DC/DC变换器中。
具体实施方式四
图11a所示为通讯电源中的交流滤波器，在其输入端至输出端的功率线上依次接有X电容CX1(1μF)、差模电感DIFF-L(10μH)、共模电感COM-L1(3.88mH)、X电容CX2(0.22μF)、Y电容CY3(22nF)和CY4(22nF)、共模电感COM-L2(3.88mH)、Y电容CY5(0.47nF)和CY6(0.47nF)以及X电容CX3(2.2μF)。图11b是采用本发明LC谐振结构的交流滤波器，结构变化如下：减少了差模电感；在共模电感COM-L1(1mH)至COM-L2(1mH)的功率线之间增设了X电容CX4(0.22μF)与电感LX2(2.4μH)串接的LC支路以及两条接地的LC谐振支路；Y电容CY3(10nF)与地之间串接了电感LY3(52μH)，Y电容CY4(10nF)与地之间串接了电感LY4(52μH)；在共模电感COM-L2(1mH)至交流滤波器输出端的功率线之间增设了两条接地的LC谐振支路，其中共模电容C5(4.7nF)与地之间串接了电感LY5(110μH)，共模电容C6(4.7nF)与地之间串接了电感LY6(110μH)。
本实施方式中的交流滤波器可以有效抑制共模、差模传导骚扰，同时，采用本发明的LC谐振结构后，交流滤波器中的电感、电容元件其电感量和电容量可大大减小，特别是省去了差模电感。最初需要加差模电感是因为DC/DC差模骚扰太强，现在在差模电容上采用LC谐振结构后，就可以删除差模电感。
另外，本实施方式中也可以在共模电感COM_L1、COM-L2或差模电感DIFF-L上并接谐振电容，制造LC并联谐振，使得谐振频点上的干扰很难通过该并联谐振，从而减小传导干扰。
具体实施方式五
图12a所示为通讯电源中的直流滤波器，在其输入端至输出端的功率线上依次接有X电容CX5、CX6和CX7(均为2.2μF)、滤波电感Lin(0.8μH)、X电容CX8(470μ)、Y电容CY7(220nF)和CY8(220nF)、共模电感COM-L3(110μH)、Y电容CY9和CY10(均为220nF)、Y电容CY11和CY12(均为1nF)以及X电容CX9(680μF)。图12b是采用本发明LC谐振结构的直流滤波器，结构变化如下：在Y电容CY10与地之间串接了谐振电感LY7(2.38μH)；Y电容CY11和CY12均取3nF。
本实施方式中的直流滤波器可以有效降低直流共模传导骚扰的影响。
另外，本实施方式中也可以在共模电感COM_L3上并接一个谐振电容，制造LC并联谐振，使得谐振频点上的干扰很难通过该并联谐振，从而减小传导干扰。
在实际中，电容电感的容差对于本发明的实施效果具有影响，但即使考虑电感电容同时存在-20％的容差，例如0.22μF电容和2.4μH电感串/并联后，在220KHZ时也能等效地使相应的电容或电感变为两倍。如果电感电容的容差能够做到5％，则即使考虑最恶劣情况，电感电容同时存在-5％容差，在220KHZ时也能等效地使相应的电容或电感变为10倍。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利。
Claims (12)
1. 一种滤波电路，包括滤波电容或滤波电感，其特征在于，还包括与所述滤波电容串接以构成LC串联电路的谐振电感，或与所述滤波电感上并接以构成LC并联电路的谐振电容，通过LC串联/并联谐振来增强所述滤波电容/电感对单个频点信号的抑制。
2. 根据权利要求1所述的滤波电路，其特征在于，所述LC串联/并联电路的谐振频率在干扰最强的信号频点上。
3. 根据权利要求1或2所述的滤波电路，其特征在于，所述LC串联电路的两端并接了辅助滤波电容。
4. 根据权利要求1或2所述的滤波电路，其特征在于，所述滤波电容/电感为可处理传导骚扰的电容/电感。
5. 根据权利要求4所述的滤波电路，其特征在于，所述电容为接地的Y电容或接于功率线之间的X电容。
6. 一种开关电源，包括依次相连的交流电源、交流滤波器、功率因数校正电路、DC/DC变换器和直流滤波器，所述交流滤波器、直流滤波器和DC/DC变换器各具有可处理传导骚扰的电容或电感，其特征在于，所述电容中的至少一者串接了一谐振电感以构成LC串联电路，或所述电感中的至少一者并接了一谐振电容以构成LC并联电路，通过LC串联/并联谐振来增强所述电容/电感对单个频点上的传导骚扰的抑制。
7. 根据权利要求6所述的开关电源，其特征在于，所述LC串联/并联电路的谐振频率在传导骚扰最强的频点上。
8. 根据权利要求6或7所述的开关电源，其特征在于，所述LC串联电路的两端并接了辅助滤波电容。
9. 根据权利要求6或7所述的开关电源，其特征在于，所述电容为接地的Y电容或接于功率线之间的X电容。
10. 根据权利要求6或7所述的开关电源，其特征在于，所述DC/DC变换器采用LLC拓扑或其变形结构。
11. 根据权利要求10所述的开关电源，其特征在于，所述LC串联/并联电路的谐振频率在所述LLC拓扑DC/DC变换器的基频传导骚扰频点上。
12. 根据权利要求6或7所述的开关电源，其特征在于，所述DC/DC变换器具有平面变压器。
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| CN101277056B (zh) | 2012-05-30 |
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