CN101409136A - Emi滤波器和开关电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种EMI滤波器，包括至少两个并联连接的共模电感。本发明还公开了一种开关电源，包括交流滤波器、整流电路、DC/DC变换器和直流滤波器，交流滤波器和/或直流滤波器采用该EMI滤波器。多个共模电感并联连接，各共模电感上电流大为减小，降低了共模电感磁芯内部磁场强度，因此不必采用横截面积很大的磁芯来防止磁芯饱和，还可以适当增加共模电感的线圈圈数来得到较高的感量，从而达到较好的滤波效果；多个共模电感可分别采用横截面积小的小磁环，因此有利于充分利用滤波器空间，比起使用单个的大磁环共模电感的滤波器，本发明能使滤波器结构紧凑，保持较小高度。

Description

EMI滤波器和开关电源

技术领域

本发明涉及EMC(Electro Magnetic Compatibility，电磁兼容)技术，具体涉及一种EMI(Electro Magnetic Interference，电磁干涉)滤波器和开关电源。

背景技术

目前，通信开关电源系统为满足EMC要求均采取这样的方式，即单独的电源模块需要满足EMC的相关要求，并且要求有足够的裕量，这样，由此模块组成的系统可以在不加任何EMC措施或者仅加很小的EMI滤波板的情况下即可满足EMC。然而随着业界电源模块功率密度的不断升高，成本的降低，新的设计方案和新拓扑的引入(如LLC串联谐振、无桥PFC(功率因素校正)等)的原因，在单模块级满足EMC要求并且有足够裕量的设计难度越来越大，给新产品开发带来很大的技术障碍。而克服这些障碍势必需要大幅度增加成本。图1展示了现有的EMI滤波器的基本电路原理。约占整个模块体积1/4的EMI滤波器严重制约电源模块功率密度提高、成本下降。如何有效的减小EMI滤波器的体积，降低EMI滤波器的成本，是所有电源开发人员急需解决的重要课题。在这种情况下，出现了采取单独的电源模块不满足EMC要求，而在整个电源系统设计滤波器，来满足EMC要求的方案，此方案在EMC、安规技术认证方面是没有问题的，其优点为：

1、单模块内部由原来的三级或者两级滤波变为一级滤波，减少了滤波器体积，大大的提高了单模块功率密度。

2、由原来的每个电源模块内部有滤波器变为系统整体滤波器，将多个滤波器集中为一个，大大降低了EMI滤波器部分成本。

3、避免了滤波器在电源模块内部因近场效应而耦合到的干扰，滤波效果大大提高。

其缺点在于：

1、共模电感磁芯在大的输入电流产生的磁场偏置的影响下，初始磁导率衰减非常严重，如图2所示，磁滞曲线的斜率即为磁芯的初始磁导率，在磁环一定的情况下，曲线是确定了的，初始磁导率随着磁场H的增加迅速减小。

2、根据安培电流环路定理：

H*L＝N*I                     (1)

共模电感的感量为：

L＝AL*N                      (2)

AL＝K*μ0*μs*S/l            (3)

由以上算式可以看到，希望得到较好的EMI滤波效果，则需要较大的共模电感感量L，由公式(2)得到这需要增加共模电感的圈数N，但当N增加后，磁芯环路的磁场H就变大，由上图知当H增大后磁芯的初始磁导率μ0将迅速减小，并趋向饱和，此时AL迅速减小，L迅速减小，所以推出在一定的输入电流和共模电感磁芯确定的情况下，共模电感实际工作时(加电流情况下)感量是不能太大的，不然可能因为圈数N多，磁场H太大(由公式(1)得)，造成μ0衰减严重甚至饱和。

解决这个问题并得到较大的共模电感感量，一般有两种方法：

1、用不易饱和的非晶磁环。

2、用横截面积很大的磁芯。

方法1效果较好，但成本太高，非晶磁环成本至少为锰芯磁环的5倍以上。方法2将会严重影响滤波器体积(特别是高度方向)，而且使用大体积锰芯磁环成本也将大幅度增加。

发明内容

本发明的主要目的就是解决现有技术中的问题，提供一种成本低、滤波效果好且体积较小的EMI滤波器。

本发明的另一目的是提供一种采用上述EMI滤波器的开关电源。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种EMI滤波器，其特征在于，包括至少两个并联连接的共模电感。

优选地，所述共模电感为两个。

优选地，所述共模电感的感量相等。

一种开关电源，包括交流滤波器、整流电路、DC/DC(直流/直流)变换器和直流滤波器其特征在于，所述交流滤波器和/或直流滤波器为所述的EMI滤波器。

本发明有益的技术效果在于：

1、多个共模电感并联连接，各共模电感上的电流较传统单共模电感的电流大为减小，大大地降低了共模电感磁芯内部磁场强度，从而可以得到较高的初始磁导率，故不必采用横截面积很大的磁芯来防止磁芯饱和也能得到较大的共模电感感量。

2、由于共模电感的电流减小，所以可以适当增加共模电感的线圈圈数来得到较高的感量，从而达到较好的滤波效果。

3、由于多个共模电感可分别采用横截面积小的小磁环，因此有利于充分利用滤波器空间，比起使用单个的大磁环共模电感的滤波器，本发明能使滤波器结构紧凑，保持较小高度。

附图说明

图1为现有EMI滤波器的电路原理图；

图2为共模电感磁芯的磁滞曲线特性图；

图3为本发明EMI滤波器一种实施例的电路原理图。

图4为本发明EMI滤波器又一种实施例的电路原理图。

本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。

具体实施方式

图3展示的EMI滤波器为一级滤波结构，在滤波器的LISN(线路阻抗稳定网络)端口和配电电源端口之间依次接有X电容X2，并联连接的第一共模电感L1和第二共模电感L2，两个Y电容Y2-1、Y2-2，X电容跨接在LISN端口上，而两个Y电容Y2-1、Y2-2串联后跨接在配电电源端口上。第一共模电感L1和第二共模电感L2优选取相等的感量。

第一共模电感L1和第二共模电感L2并联连接，各自流过的电流较传统的单电感设置方式大为减小，大大地降低了共模电感磁芯内部磁场强度H，从而可以得到较高的初始磁导率μ0，故不必采用横截面积很大的磁芯来防止磁芯饱和也能得到较大的感量L。

由于共模电感的电流减小，所以共模电感可以适当增加线圈圈数N来得到较高的感量，从而达到较好的滤波效果。

由于多个共模电感可分别采用横截面积小的小磁环，因此有利于充分利用滤波器空间，比起使用单个的大磁环共模电感的滤波器，本发明能使滤波器结构紧凑，保持较小高度。

根据实际应用场合的具体情况，还可以采用三个或更多个共模电感并接的方案。图4展示了本发明EMI滤波器又一种实施例，与前一实施例的区别仅在于滤波器中增加了与第一共模电感L1、第二共模电感L2并联连接的第三共模电感L3，其所获得的效果与前一实施例类似。

现有EMI滤波器中的共模电感多为两级串联使用，不采用并联使用的方式，主要是考虑到电感并联后其感量会减小，滤波效果变差，但在通信电源系统集成滤波器这种特定场合下，本发明采用将共模电感并联方案可以达到非常好的效果。

根据本发明，多个共模电感并联连接，但X电容和Y电容可不用并接，这样能够节省X电容、Y电容数目，进而节省了成本。

本发明的另一方面还提供一种通信系统开关电源，一个实施例包括顺次连接的交流滤波器、整流电路、DC/DC变换器和直流滤波器，交流滤波器和/或直流滤波器可采用前述的EMI滤波器。

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。例如，并接的共模电感可以为两个，还可以是更多个。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的保护范围。

Claims (4)

1.一种EMI滤波器，其特征在于，包括至少两个并联连接的共模电感。

2.如权利要求1所述的EMI滤波器，其特征在于，所述共模电感为两个。

3.如权利要求1所述的EMI滤波器，其特征在于，所述共模电感的感量相等。

4.一种开关电源，包括交流滤波器、整流电路、DC/DC变换器和直流滤波器其特征在于，所述交流滤波器和/或直流滤波器为根据权利要求1至3任意一项所述的EMI滤波器。

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