CN102315767A - 抗电磁干扰的大功率系统电源 - Google Patents

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马化盛
林宋荣
陈昌林
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Abstract

本发明涉及抗电磁干扰的大功率系统电源，EMI滤波单元的输出端连接整流单元，第一PFC电路和第二PFC电路以并联方式接入至整流单元的输出端，第一PFC电路的输出端和第二PFC电路的输出端连接储能单元，储能单元通过全桥软开关连接输出端，抖频单元连接PFC控制电路，PFC控制电路连接第一PFC电路和第二PFC电路，抖频单元还连接全桥控制电路，全桥控制电路连接延迟单元，延迟单元接入至全桥软开关。PFC电路设置为两路，使功率电路电流减半，减小了di/dt；在PFC控制电路设置抖频单元，通过扩散基波频率延伸了频谱带宽，降低EMI的峰值能量，使辐射EMI波形变化平缓，缩小需电磁干扰（EMI）滤波的频率范围，简化EMI滤波电路，减小EMI电感量，提高整机效率。

Description

抗电磁干扰的大功率系统电源
技术领域
 本发明涉及一种抗电磁干扰的大功率系统电源。
背景技术
目前，大功率系统电源电路大多采用单路PFC电路，市电输入通过EMI（电磁干扰）滤波器，经过整流桥整为半波，通过PFC电路进行BOOST升压升到约400V，PFC电路输出端为储能电容，再经一级DC-DC电路变换到用户所需直流电压。
传统PFC电路由一个电感、一个MOS管和一个二极管组成。因为所有功率需一个周期内通过电感，因此PFC电感体积很大，不利于PCB布板，不利于生产；因为每一周期内所有功率需通过MOS管，因此di/dt很大，以2000W系统电源为例，每周期产生di/dt为24A/30ns；同时功率变换采用硬开关DC-DC电路，每周期MOS管关断时电压为400V，产生的dv/dt为400V/50ns。正因为di/dt和dv/dt大，导致大功率系统电源的EMI成为严重的问题，需加多级EMI滤波器和屏蔽措施，增加成本，降低整机效率。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种抗电磁干扰的大功率系统电源。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
抗电磁干扰的大功率系统电源，包括EMI滤波单元、储能单元和全桥软开关，特点是：所述EMI滤波单元的输出端连接整流单元，第一PFC电路和第二PFC电路以并联方式接入至整流单元的输出端，第一PFC电路的输出端和第二PFC电路的输出端连接储能单元，储能单元通过全桥软开关连接输出端，抖频单元连接PFC控制电路，PFC控制电路连接第一PFC电路和第二PFC电路，抖频单元还连接全桥控制电路，全桥控制电路连接延迟单元，延迟单元接入至全桥软开关。
本发明技术方案的实质性特点和进步主要体现在：
①采用创新的电路结构，将传统的单路PFC改进为双路并联PFC电路，两个支路设定180°相移独立工作，同一周期内两支路各开通一次，使用交错式时钟产生器，管理异相工作，使两个相位交互作用，因而保证输入电流为两个电感电流 （IL1 及 IL2）之和，从而降低了di/dt；与现有技术相比，大大减小干扰源，减小了PFC电感体积，因而为更大功率、超大功率的电源开发提供新的设计思路；
②采用零电压开通软开关技术，极大限度地减小了功率回路的dv/dt；由于加入了谐振电感，当上桥MOS管关断后，延迟200ns再开通下桥臂MOS管，由于MOS管的寄生电荷被谐振电感吸完，故电压降为0V，从而实现零电压开通；
③采用抖频EMI解决方案，由传统的固定频率电路改进为抖动频率的变换电路，使周期信号的窄脉冲频谱变为非周期信号的宽带宽频谱；频率抖动范围设为±5kHz，在不会影响电路功能的情况下，很好解决系统EMI问题，实用性强，具有很好的应用前景。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1：本发明的构造框图。
图中各附图标记的含义见下表。
附图标记 含义 附图标记 含义 附图标记 含义
1 EMI滤波单元 2 整流单元 3 第一PFC电路
4 储能单元 5 全桥软开关 6 第二PFC电路
7 抖频单元 8 延迟单元 9 输出端
10 PFC控制电路 11 全桥控制电路    
具体实施方式
如图1所示，抗电磁干扰的大功率系统电源，包括EMI滤波单元1、储能单元4和全桥软开关5， EMI滤波单元1的输出端连接整流单元2，第一PFC电路3和第二PFC电路6以并联方式接入至整流单元2的输出端，第一PFC电路3的输出端和第二PFC电路6的输出端连接储能单元4，储能单元4通过全桥软开关5连接输出端9，抖频单元7连接PFC控制电路10，PFC控制电路10连接第一PFC电路3和第二PFC电路6，抖频单元7还连接全桥控制电路11，全桥控制电路11连接延迟单元8，延迟单元8接入至全桥软开关5。
PFC电路设置为两路，第一PFC电路3和第二PFC电路4并联，从而使功率电路电流减半，减小了di/dt，以2000W电源为例，使用并联PFC后，di/di仅为11A/30ns；其次，在PFC控制电路设置抖频单元7，通过扩散基波频率延伸了频谱带宽，从而降低EMI的峰值能量，同时使辐射EMI波形变化平缓，缩小了需电磁干扰（EMI）滤波的频率范围，不需要大尺寸电感以限制频率范围，支持使用小尺寸电感，同时提高了效率。改进DC-DC级硬开关技术，通过谐振电感吸收MOS管每开关周期的寄生电荷，延后开通电间，等到MOS管电压降到0V后再开通MOS管，从而大大减小dv/dt，进一步减小干扰，在DC-DC级控制电路加入抖频功能。从源头减小电磁干扰，从而简化了EMI滤波电路，减小EMI电感量，提高整机效率，最终使EMI滤波器减到最小，完全不使用屏蔽措施就可满足EMI要求。
采用创新的电路结构，从传统的单路PFC改进为双路并联PFC电路，两个支路设定180°相移独立工作，同一周期内二支路各开通一次，使用交错式时钟产生器，管理异相工作，使两个相位交互作用，因而保证输入电流为两个电感电流 （IL1 及 IL2）之和，从而降低了di/dt。与现有技术相比，大大减小干扰源，减小了PFC电感体积，因而为更大功率、超大功率的电源开发提供新的设计思路。
采用零电压开通软开关技术，极大限度地减小了功率回路的dv/dt。由于加入了谐振电感，当上桥MOS管关断后，延迟200ns再开通下桥臂MOS管，由于此时MOS管的寄生电荷被谐振电感吸完，故电压已降为0V，从而实现零电压开通。
采用抖频EMI解决方案，由传统的固定频率电路改进为抖动频率的变换电路，使周期信号的窄脉冲频谱变为非周期信号的宽带宽频谱。产品的频率抖动范围设为±5kHz，在不会影响电路功能的情况下，很好解决系统EMI问题，实用性强，具有很好的应用前景。
需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (1)

1.抗电磁干扰的大功率系统电源，包括EMI滤波单元、储能单元和全桥软开关，其特征在于：所述EMI滤波单元的输出端连接整流单元，第一PFC电路和第二PFC电路以并联方式接入至整流单元的输出端，第一PFC电路的输出端和第二PFC电路的输出端连接储能单元，储能单元通过全桥软开关连接输出端，抖频单元连接PFC控制电路，PFC控制电路连接第一PFC电路和第二PFC电路，抖频单元还连接全桥控制电路，全桥控制电路连接延迟单元，延迟单元接入至全桥软开关。
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