CN105356740B - 具有电磁干扰抑制结构的电能变换器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有电磁干扰抑制结构的电能变换器。它包括功率变换电路和多级串联EMI滤波电路；所述的多级串联EMI滤波电路中的多个EMI滤波电路中至少有一个配备电磁干扰抑制结构；所述的电磁干扰抑制结构包括至少两个串联连接的电容C1和电容C2；所述的电容C1和电容C2串联连接结构的两端分别连接至相应EMI滤波电路的交流输入线；所述的电容C1和电容C2之间的连接点是与后续的功率变换电路的电气连接点连接；所述的电容C1和电容C2可用等效的容性阻抗器件替代。本发明中的电磁干扰抑制结构为电磁噪声提供了新的高频噪声电流内部环路，大大缩小了电磁噪声电流的传播回路面积，显著减弱了电磁噪声对外环境的影响，同时不会增加漏电流，而且也不影响电能变化效率。
Description
技术领域
本发明涉及电磁干扰抑制电路，特别是一种具有电磁干扰抑制结构的电能变换器。
背景技术
在开关电源、LED驱动器、LED灯具、逆变器、电池充电器、充电桩、电源适配器、医疗电源、医疗设备、通讯电源和通讯设备等电能变换器中，为抑制电能变换器中半导体开关器件高频工作产生的电磁噪声，通常会通过Y电容，X电容、共模电感和差模电感等电磁噪声滤波器件进行滤波，抑制其对外界环境的电磁干扰影响，满足相关的电磁兼容法规要求。
对于交流输入的电能变换器，根据交流输入方式可以分为：I类输入和II类输入，其中I类输入由交流输入线和地线组成，II类输入只由交流输入线组成。
a)I类电能变换器
I类电能变换器如图1所示，由可以简化成两部分：I类EMI滤波器和功率变换(Power Converter)电路组成。I类电能变换器的交流输入包括交流输入线和大地；EMI滤波器的左侧3个输入端1、2和3分别连接至交流输入线和大地；EMI滤波器右侧的输出端4、5和6分别连接至功率变换电路的输入端1、2和3；然后功率变换电路输出端4和5连接负载，提供所需的电能。
在I类电能变换器中的I类EMI滤波器通常采用I类单级EMI滤波电路单元，如图2所示，或者I类多级串联EMI滤波电路单元，如图3所示。
I类单级EMI滤波电路单元典型结构如图2所示，由3个输入端口1，2和3与3个输出端口4，5，和6组成，输入端口3与输出端口6都连接至大地线。I类单级EMI滤波电路单元包括电容CY1、CY2、CY3、CY4、CX1、CX2、电感L1和电感L2，其中电感L1和电感L2可以单独工作，也可以用磁芯进行耦合，形成差模电感、共模电感或者差共模电感。上述器件CY1、CY2、CY3、CY4、CX1、CX2、电感L1和电感L2都可以独立工作，实现EMI噪声滤波功能。当上述器件独立工作时，其它电容以开路的方式进行替代，其它电感以短路线进行替代。
I类单级EMI滤波电路单元的输入端1连接至电容CY1、电容CX1和电感L1的连接点；I类单级EMI滤波电路单元的输入端2连接至电容CY2、电容CX1和电感L2的连接点；I类单级EMI滤波电路单元的输入端3连接至电容CY1和电容CY2的连接点，以及电容CY3和电容CY4的连接点和输出端口6；I类单级EMI滤波电路单元的输出端4连接至电容CY3、电容CX2和电感L1的连接点；I类单级EMI滤波电路单元的输出端5连接至电容CY4、电容CX2和电感L2的连接点。
图2中所示的I类单级EMI滤波电路单元中虚线框中电容CY1、CY2、CY3和CY4的形成的电路，用于提供后级功率变换电路电路中高频噪声源的噪声电流回路，以减小电能变换器中的噪声源对外部的电磁干扰。
增大I类单级EMI滤波电路单元中的电容CY1、CY2、CY3和CY4容量可以减小噪声源对外部的电磁干扰，但会增加电能变换器对地的漏电流。由于需要满足安全规范中对漏电流大小的限制，因此上述I类单级EMI滤波电路单元中对地电容CY1、CY2、CY3和CY4的容值大小就有限制，从而导致上述电容CY1、CY2、CY3和CY4的容值不能无限制地增大，造成图1所示的I类电能变换器噪声抑制困难，就需要再增加1级或多级的EMI滤波器，导致产品体积增大，效率降低，成本增高。
图3为I类多级串联的EMI滤波电路单元，由图2所示的I类单级EMI滤波电路单元串联而成，其中I类单级EMI滤波电路单元(1)的输入端1、2和3分别与交流输入线和大地线(Earth)相连；I类单级EMI滤波电路单元(1)的输出端4、5和6分别于I类EMI滤波电路单元(2)的输入端1、2和3相连；I类单级EMI滤波电路单元(2)的输出端4、5和6分别于后续的I类EMI滤波电路单元(n)的输入端1、2和3相连；后续I类单级EMI滤波电路单元(n)的输出端4、5和6再与后续的功率变换电路的输入端1，2和3相连。
与I类单级EMI滤波器一样，I类多级串联的EMI滤波电路单元存在更多的对地电容，造成更大的漏电流，因此，其对地电容的电容量大小受到安全法规中漏电流大小的限制，导致图1所示的I类电能变换器噪声抑制困难，就需要再增加更多级的EMI滤波器，导致产品体积增大，效率降低，成本增高。
b)II类电能变换器
II类电能变换器如图4所示，由两部分组成：EMI滤波器和功率变换电路组成。II类电能变换器的交流输入只包括交流输入线；EMI滤波器的左侧2个输入端1和2分别连接至交流输入线；EMI滤波器右侧的输出端4和5分别连接至功率变换电路的输入端1和2；然后功率变换电路输出端4和5连接负载，提供所需的电能。
II类单级EMI滤波电路单元典型结构如图5所示，由2个输入端口1和2与2个输出端口4和5组成。II类单级EMI滤波电路单元包括电容CX1、CX2、电感L1和电感L2，其中电感L1和电感L2可以单独工作，也可以用磁芯进行耦合，形成1个差模电感、共模电感或者差共模电感。上述器件CX1、CX2、电感L1和电感L2都可以独立工作，实现EMI噪声滤波功能。当上述器件独立工作时，其它电容以开路的方式进行替代，其它电感以短路线进行替代。
II类单级EMI滤波电路单元的输入端1连接至电容CX1和电感L1的连接点；II类单级EMI滤波电路单元的输入端2连接至电容CX1和电感L2的连接点；II类单级EMI滤波电路单元的输出端4连接至电容CX2和电感L1的连接点；II类单级EMI滤波电路单元的输出端5连接至电容CX2和电感L2的连接点。
图4所示的II类电能变换器，通过电容CX1、CX2、电感L1和电感L2对后级功率变换电路中高频噪声源的电磁干扰进行抑制。通过增加电容容量和电感量可以加强对高频电磁噪声的抑制效果。然而安规要求中掉电时间的要求限制了电容CX1和CX2的容量增加，造成图4所示II类电能变换器噪声抑制困难，就需要再增加1级或多级EMI滤波器进行抑制，但会增加产品的体积、重量和成本，同时降低电能变换效率。
当II类单级EMI滤波电路单元不能满足噪声抑制要求时，II类多级EMI滤波电路单元被提出以满足电磁噪声抑制的要求，如图6所示。II类多级EMI滤波电路单元由多个II类单级EMI滤波电路单元串联而成，其中II类单级EMI滤波电路单元(1)的输入端1和2分别与交流输入线相连；II类单级EMI滤波电路单元(1)的输出端4和5分别与II类单级EMI滤波电路单元(2)的输入端1和2相连；II类单级EMI滤波电路单元(2)的输出端4和5分别与后续II类单级EMI滤波电路单元(n)的输入端1和2相连；后续II类单级EMI滤波电路单元(n)的输出端再与后续的功率变换电路的输入端1和2相连，提供需要电能。
当图6所示的II类多级EMI滤波电路单元被应用到产品中，但该方案存在更多的跨接于火线和零线间的电容，造成更长的放电时间，为满足放电时间的要求，电容的容量就无法无限制地增加；多级的电感进一步增加了导致产品体积、重量和成本的增加，同时电能变换效率进一步下降。
发明内容
针对上述具有多级EMI滤波电路单元的I类和II类电能变换器中现有的电磁噪声抑制技术导致的漏电流问题、放电时间和电能变换器效率低的不足之处，本发明提出一种具有电磁干扰抑制结构的电能变换器，它不需要通过大地线就可以直接给功率变换电路中的高频噪声提供电流回路，显著减小电磁噪声的传播回路面积；在满足电磁兼容法规对电磁干扰和安规要求下，一方面大幅度地减小电能变换器中的对地漏电流，另一方面不影响电能的变换效率。通过优化后，甚至可以免除电能变换器的对地漏电流，提高电能变换效率。而且本发明适用于现有的EMI滤波器结构，可以在不修改现有EMI滤波器结构的情况抑制电磁噪声，满足电磁兼容的法规要求，还可以进一步简化和优化EMI滤波器结构，减小漏电流，减少器件，提高电能变换效率。
为实现上述目的，本发明是这样实现的。
一种具有电磁干扰抑制结构的电能变换器，它包括功率变换电路和多级串联EMI滤波电路；其特征在于：所述的多级串联EMI滤波电路中的多个EMI滤波电路中至少有一个配备电磁干扰抑制结构；
所述的电磁干扰抑制结构包括至少两个串联连接的电容C1和电容C2；所述的电容C1和电容C2串联连接结构的两端分别连接至相应EMI滤波电路的交流输入线；所述的电容C1和电容C2之间的连接点是与后续的功率变换电路的电气连接点连接；所述的电容C1和电容C2可用等效的容性阻抗器件替代。
上述的电容C1和电容C2为任何结构的电容。
所述的具有电磁干扰抑制结构的电能变换器，其特征在于：所述的多级串联EMI滤波电路中的多个EMI滤波电路中均配备一个电磁干扰抑制结构。
所述的具有电磁干扰抑制结构的电能变换器，其特征在于：所述的功率变换电路中包括整流桥，每一个电磁干扰抑制结构中电容C1和电容C2之间的连接点均与整流桥的负端连接；所述的电容C1和电容C2可用等效的容性阻抗器件替代。
所述的具有电磁干扰抑制结构的电能变换器，其特征在于：所述的功率变换电路中包括整流桥，每一个电磁干扰抑制结构中电容C1和电容C2之间的连接点均与整流桥的正端连接；所述的电容C1和电容C2可用等效的容性阻抗器件替代。
所述的具有电磁干扰抑制结构的电能变换器，其特征在于：所述的功率变换电路中包括整流桥，所有的电磁干扰抑制结构中电容C1和电容C2之间的连接点中有的与整流桥的正端连接、有的与整流桥的负端连接；所述的电容C1和电容C2可用等效的容性阻抗器件替代。
当电能变换器中施加本发明提出的电磁干扰抑制结构后，可以进一步优化电能变换器中的EMI滤波器，可以减少(EMI滤波器中)跨接于交流输入线之间的电容容量，甚至可以省去；在I类电能变换器应用，可以进一步减少(EMI滤波器中)跨接于交流输入线和地线之间的电容容量，甚至可以省去。
附图说明
图1是现有的I类电能变换器框架图。
图2是现有的I类电能变换器中单级EMI滤波电路单元结构图。
图3是现有的I类电能变换器中多级串联的EMI滤波电路单元结构图。
图4是现有的II类电能变换器框架图。
图5是现有的II类电能变换器中单级EMI滤波电路单元结构图。
图6是是现有的II类电能变换器中多级EMI滤波电路单元结构图。
图7是本发明电能变换器中电磁干扰抑制结构的结构图。
图8是本发明实施例1的结构图。
图9是本发明实施例2的结构图。
图10是本发明实施例3的结构图。
图11是本发明实施例4的结构图。
图12是本发明实施例5的结构图。
图13是本发明实施例6的结构图。
具体实施方式
本发明公开了一种具有电磁干扰抑制结构的电能变换器(包括I类和II类)，它包括功率变换电路和多级串联EMI滤波电路；所述的多级串联EMI滤波电路中的多个EMI滤波电路中至少有一个配备电磁干扰抑制结构；也可以是所述的多级串联EMI滤波电路中的每一个EMI滤波电路均配备一个电磁干扰抑制结构。如图7所示，所述的电磁干扰抑制结构包括至少两个串联连接的电容C1和电容C2；所述的电容C1和电容C2串联连接结构的两端分别连接至相应EMI滤波电路的交流输入线；所述的电容C1和电容C2之间的连接点是与后续的功率变换电路的电气连接点连接；所述的电容C1和电容C2可用等效的容性阻抗器件替代。
上述的电容C1和电容C2为任何结构的电容；每一个电磁干扰抑制结构可以与EMI滤波电路做在一起，也可以配件的形式连接到现有的具有多级串联EMI滤波电路的电能变换器中。
上述电磁干扰抑制结构主要应用于交流输入的电能变换器，我们在实施例的附图中以附图标记M作为该结构的标注。
以下通过多个实施例来进一步介绍本发明。
实施例1
它是在图3所示的I类具有多级串联的EMI滤波电路单元的电能变换器的基础上，对本发明电磁干扰抑制结构M的应用实施例。如图8所示：每一个对应配备的电磁干扰抑制结构M的1端分别连接至对应的EMI滤波电路单元输出端4与后级的EMI滤波电路单元或功率变换电路输入端1的连接点；电磁干扰抑制结构M的2端连接至EMI滤波电路单元输出端5与后级的EMI滤波电路单元或功率变换电路输入端2的连接点；电磁干扰抑制结构M的3端分别连接至后级的功率变换电路中一个可以电气连接的连接点7或8或9。当然，电磁干扰抑制结构M的3端也可以同时都连接至后级的功率变换电路中同一个可以电气连接的连接点7或8或9。
本实施例1，提出的电磁噪声抑制电路为电磁噪声提供了新的高频噪声电流内部环路，大大缩小了电磁噪声电流的传播回路面积，显著减弱了电磁噪声对外环境的影响，同时不会增加漏电流，而且也不影响电能变化效率。
实施例2
它是在图6所示的II类具有多级串联的EMI滤波电路单元的电能变换器的基础上，对本发明电磁干扰抑制结构M的应用实施例。如图9所示：每一个对应配备的电磁干扰抑制结构M的1端分别连接至对应的EMI滤波电路单元输出端4与后级的EMI滤波电路单元或功率变换电路输入端1的连接点；电磁干扰抑制结构M的2端连接至EMI滤波电路单元输出端5与后级的EMI滤波电路单元或功率变换电路输入端2的连接点；电磁干扰抑制结构M的3端分别连接至后级的功率变换电路中一个可以电气连接的连接点7或8或9。当然，电磁干扰抑制结构M的3端也可以同时都连接至后级的功率变换电路中同一个可以电气连接的连接点7或8或9。
本实施例2，提出的电磁噪声抑制电路为电磁噪声提供了新的高频噪声电流内部环路，大大缩小了电磁噪声电流的传播回路面积，显著减弱了电磁噪声对外环境的影响，同时不会增加漏电流，而且也不影响电能变化效率。
实施例3
图10为本发明电磁干扰抑制结构M应用于I类具有多级串联的EMI滤波电路单元的电能变换器的另一种实施例。其中，每一个电磁干扰抑制结构M的1端连接至对应的EMI滤波电路单元输出端4与后级EMI滤波电路单元或功率变换电路输入端1的连接点；后级功率变换电路输入端1与其内部的整流桥B1交流输入端10相连；每一个电磁干扰抑制结构M的2端连接至对应的EMI滤波电路单元输出端5与后级EMI滤波电路单元或功率变换电路输入端2的连接点；后级功率变换电路的输入端2与其内部的整流桥B1交流输入端11相连；各个电磁干扰抑制结构M的3端分别通过后级功率变换电路上的输入端7、8、9与后级功率变换电路中整流桥B1的负端13相连；后级的功率变换电路中整流桥B1的正端12和负端13分别与功率变换电路的内部电路相连。
本实施例3，提出的电磁噪声抑制电路为电磁噪声提供了新的高频噪声电流内部环路，大大缩小了电磁噪声电流的传播回路面积，显著减弱了电磁噪声对外环境的影响，同时不会增加漏电流，而且也不影响电能变化效率。
实施例4
图11为本发明电磁干扰抑制结构M应用于I类具有多级串联的EMI滤波电路单元的电能变换器的再一种实施例。其中，每一个电磁干扰抑制结构M的1端连接至对应的EMI滤波电路单元输出端4与后级EMI滤波电路单元或功率变换电路输入端1的连接点；后级功率变换电路输入端1与其内部的整流桥B1交流输入端10相连；每一个电磁干扰抑制结构M的2端连接至对应的EMI滤波电路单元输出端5与后级EMI滤波电路单元或功率变换电路输入端2的连接点；后级功率变换电路的输入端2与其内部的整流桥B1交流输入端11相连；各个电磁干扰抑制结构M的3端分别通过后级功率变换电路上的输入端7、8、9与后级功率变换电路中整流桥B1的正端12相连；后级的功率变换电路中整流桥B1的正端12和负端13分别与功率变换电路的内部电路相连。
本实施例4，提出的电磁噪声抑制电路为电磁噪声提供了新的高频噪声电流内部环路，大大缩小了电磁噪声电流的传播回路面积，显著减弱了电磁噪声对外环境的影响，同时不会增加漏电流，而且也不影响电能变化效率。
实施例5
图12为本发明电磁干扰抑制结构M应用于II类具有多级串联的EMI滤波电路单元的电能变换器的另一种实施例。其中，每一个电磁干扰抑制结构M的1端连接至对应的EMI滤波电路单元输出端4与后级EMI滤波电路单元或功率变换电路输入端1的连接点；后级功率变换电路输入端1与其内部的整流桥B1交流输入端10相连；每一个电磁干扰抑制结构M的2端连接至对应的EMI滤波电路单元输出端5与后级EMI滤波电路单元或功率变换电路输入端2的连接点；后级功率变换电路的输入端2与其内部的整流桥B1交流输入端11相连；各个电磁干扰抑制结构M的3端分别通过后级功率变换电路上的输入端7、8、9与后级功率变换电路中整流桥B1的负端13相连；后级的功率变换电路中整流桥B1的正端12和负端13分别与功率变换电路的内部电路相连。
本实施例5，提出的电磁噪声抑制电路为电磁噪声提供了新的高频噪声电流内部环路，大大缩小了电磁噪声电流的传播回路面积，显著减弱了电磁噪声对外环境的影响，同时不会增加漏电流，而且也不影响电能变化效率。
实施例6
图13为本发明电磁干扰抑制结构M应用于II类具有多级串联的EMI滤波电路单元的电能变换器的再一种实施例。其中，每一个电磁干扰抑制结构M的1端连接至对应的EMI滤波电路单元输出端4与后级EMI滤波电路单元或功率变换电路输入端1的连接点；后级功率变换电路输入端1与其内部的整流桥B1交流输入端10相连；每一个电磁干扰抑制结构M的2端连接至对应的EMI滤波电路单元输出端5与后级EMI滤波电路单元或功率变换电路输入端2的连接点；后级功率变换电路的输入端2与其内部的整流桥B1交流输入端11相连；各个电磁干扰抑制结构M的3端分别通过后级功率变换电路上的输入端7、8、9与后级功率变换电路中整流桥B1的正端12相连；后级的功率变换电路中整流桥B1的正端12和负端13分别与功率变换电路的内部电路相连。
本实施例6，提出的电磁噪声抑制电路为电磁噪声提供了新的高频噪声电流内部环路，大大缩小了电磁噪声电流的传播回路面积，显著减弱了电磁噪声对外环境的影响，同时不会增加漏电流，而且也不影响电能变化效率。
另外，作为本发明实施例3-6的变化例，各个电磁干扰抑制结构M的3端分别还可以分别与后级功率变换电路中整流桥B1的正端12和负端13相连。
综上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。
Claims (1)
1.一种具有电磁干扰抑制结构的电能变换器，它包括功率变换电路和多级串联EMI滤波电路；其特征在于：所述的多级串联EMI滤波电路中的多个EMI滤波电路中至少有一个配备电磁干扰抑制结构；
所述的电磁干扰抑制结构包括至少两个串联连接的电容C1和电容C2；所述的电容C1和电容C2串联连接结构的两端分别连接至相应EMI滤波电路的交流输入线；所述的电容C1和电容C2之间的连接点是与后续的功率变换电路的电气连接点连接；所述的电容C1和电容C2可用等效的容性阻抗器件替代；
所述的功率变换电路中包括整流桥，每一个电磁干扰抑制结构中电容C1和电容C2之间的连接点均与整流桥的负端连接；或者每一个电磁干扰抑制结构中电容C1和电容C2之间的连接点均与整流桥的正端连接；或者所有的电磁干扰抑制结构中电容C1和电容C2之间的连接点中有的与整流桥的正端连接、有的与整流桥的负端连接；所述的电容C1和电容C2可用等效的容性阻抗器件替代。
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
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| GR01 | Patent grant | ||
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