CN106230290A - 一种大功率升压开关电源的开关噪声抑制装置 - Google Patents

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王莉
罗飞燕
宗君涛
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Abstract

本发明公开了一种大功率开关电源的开关噪声抑制装置，包括开关电源、母线吸收板、第一电容与第二电容。通过控制开关电源中开关管的导通与断开，使开关电源完成直流逆变为交流电，通过母线吸收板将第一电容并联于开关管上，用于吸收由于开关管的导通与断开产生的高频噪声信号，第二电容直接并联在母线正端与母线负端，用于吸收窜入母线正端与母线负端的由于开关管的导通与断开产生的高频噪声信号。通过减少高频噪声信号对大功率升压开关电源的影响，提高了大功率升压开关电源的品质，保证大功率升压开关电源稳定工作，降低了运行成本。

Description

一种大功率升压开关电源的开关噪声抑制装置
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种大功率升压开关电源的开关噪声抑制装置。
背景技术
在大功率升压式开关电源中，开关噪声的抑制一直是困扰设计师们的一个大难题，在升压式开关电源中，由于流过功率管的电流大，在功率管关断瞬间由于回路上的寄生电感和电容会在回路上产生高频的开关噪声，若开关噪声抑制效果差，会导致以下几方面问题：一是会增大电源的电磁辐射，导致电磁兼容指标很难达标；二是电源输出纹波大，影响电源指标；三是影响电源控制器的稳定工作，严重时使得控制器输出逻辑混乱，导致电源出现故障；四是增加电源成本，要选用耐压值很大的MOS管，用于避免出现由于开关噪声幅值过大导致功率管击穿的故障。
目前主要通过电解电容以及单层电路板吸收大功率升压式开关电源中的开关噪声，但由于单层电路板上导线电阻较大，使得吸收开关噪声的效果不好。由于高频的噪声信号具有趋肤效应，使增加导线的横截面积并不能增大导线的有效横截面积，无法通过增加横截面积的方法减少导线电阻。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷，本发明的目的在于提供一种大功率升压开关电源的开关噪声抑制装置，旨在解决现有开关噪声抑制装置中由于导线电阻较大而导致噪声抑制效果一般的技术问题。
为实现上述目的，本发明的提供一种大功率升压开关电源的开关噪声抑制装置，包括开关电源、母线吸收板、第一电容以及第二电容，上述开关电源包括开关管、母线正端与母线负端。上述母线吸收板由多个单元吸收板组成，且母线吸收板上有多个接触孔，单元吸收板为分布有多条连接导线的绝缘板，接触孔连接所有位于每个单元吸收板上相同位置的连接导线的端点，单元吸收板的数量由开关电源功率确定。
上述第一电容通过母线吸收板上接触孔与上述开关电源的开关管并联，上述第二电容连于上述开关电源的母线正端和上述开关电源的母线负端之间。
上述开关电源，用于在电源控制器的控制下按照指定算法控制开关管的导通与断开，将输入的直流电逆变为交流电；
所述第一电容，用于吸收开关管上由于开关管的导通与断开产生的高频噪声信号；
所述第二电容，用于吸收母线正端与母线负端上的由于开关管导通与断开产生的高频噪声信号；
所述母线吸收板，用于连接开关电源与第一电容。
当开关电源中的开关管在电源控制器的控制下导通与断开时，开关管产生高频噪声信号，大部分高频噪声信号被并联在开关管上的第一电容吸收，少部分高频的噪声信号被连接于母线正端与母线负端的第二电容吸收。
由于接触孔连接所有位于单元吸收板上相同位置的连接导线的端点，使开关电源的开关管与第一电容通过并联的多条连接导线连接，由于增加了开关管与第一电容之间的电流通路，使开关管附近的高频噪声信号能够被第一电容有效地吸收，采用多条连接导线并联也能有效的降低连接导线的分布电阻与分布电容，由连接导线与第一电容组成的吸收回路能够有效地吸收开关管附近的高频噪声信号；在由开关电源模块母线正端、开关电源模块母线负端和第二电容构成的吸收回路中，由第二电容吸收少部分窜入母线正端与母线负端的高频噪声信号。
进一步地，连接导线的截面形状为薄片状，使连接导线在高频噪声信号下阻值更小。
进一步地，第一电容为聚丙烯电容，有利于吸收高频噪声，同时能够实现开关管零电压导通。
进一步地，第二电容为直流支撑电容，有利于吸收母线正端与母线负端的高频噪声信号，同时为开关管瞬间导通提供能量。
进一步地，连接导线厚度小于所述连接导线击穿厚度的两倍，且所述连接导线厚度保证连接导线的电流密度不小于6A/mm2，用于提高高频噪声吸收效果。
进一步地，第一电容需要选用电压变化高于2500伏每微秒的聚丙烯电容，用于吸收高频噪声信号中的尖峰信号。
进一步地，第二电容电气管脚采用薄铜皮引出方式，有效减小管脚上的分布电感和分布电容，有利于吸收母线上高频噪声信号。
进一步地，连接导线为金属铜，使连接导线在高频噪声信号下阻值更小。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，获得以下的有益效果：
1、本发明通过母线吸收板的多层结构，使开关电源与第一电容、第二电容之间通过并联的多条连接导线连接，增加了电流通道，且并联的连接导线分布电容与分布电感更小，有利于吸收高频噪声信号。
2、在开关电源开关管和母线正端与母线负端之间均连有电容，用于就近吸收由于开关管的导通与断开而产生的高频噪声信号，减少噪声信号对大功率升压开关电源的影响，提高大功率升压开关电源的品质，减小运行成本。
附图说明
图1是本发明的电路原理示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本实施例中提供的一种大功率升压开关电源的开关噪声抑制装置，包括开关电源，开关电源由MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q4、母线正端M1和母线负端M2组成，开关噪声装置还包括第一电容C1、第一电容C2、第一电容C3、第一电容C4以及第二电容C5，接触点a1至接触点a16均位于母线吸收板上，母线吸收板由多个单元吸收板组成，单元吸收板上分布有连接导线l1至连接导线l16，接触点a1连接每个单元吸收板上连接导线l1的相同位置的端点，接触点a2至接触点a16与连接导线端点之间的连接关系接触点a1与连接导线l1的连接关系相同。
MOS管Q1的漏极与接触点a1连接，MOS管Q1的源极与接触点a3连接，第一吸收电容C1一端与接触点a2连接，第一吸收电容C1另一端与接触点a4连接，MOS管Q1和第一电容C1通过位于接触点a1与接触点a2之间的多条并联的连接导线以及位于接触点a3与接触点a4之间的多条并联的连接导线并联，MOS管Q2与第一电容C2的连接关系、MOS管Q3与第一电容C3的连接关系、以及MOS管Q4与第一电容C4连接关系与上述MOS管Q1与第一电容C1连接关系相同，第一电容通过多条并联的连接导线与MOS管并联构成噪声吸收回路，用于吸收MOS管导通与关断时产生的高频噪声信号，利用多条并联的连接导线增加了MOS管与第一电容之间的电流通路，且多条并联的连接导线能够有效减少噪声吸收回路上的分布电容与分布电感。
母线正端M1一端与MOS管Q1漏极相连，母线正端M1另一端与MOS管Q3漏极相连，母线负端M2一端与MOS管Q2源极相连，母线负端M2另一端与MOS管Q4源极相连，第二电容C5直接连于母线正端M1与母线负端M2之间，减少回路上的分布电阻，用于吸收窜入母线正端M1与母线负端M2上的由于MOS管的关断产生的高频噪声信号。
开关电源所用MOS管以及母线正端与母线负端需根据具体电源指标来确定规格。
为提高噪声吸收效果，母线吸收板上连接导线截面为薄片状，连接导线厚度不能超过2倍连接导线的穿透厚度，且连接导线厚度要满足使连接导线中电流密度不小于6A/mm2。母线吸收板中单元吸收板的层数由开关电源的功率确定，单元吸收板中连接导线截面积一定，当开关电源的功率越大时，单元吸收板的数量越多，当开关电源的功率越小时，单元吸收板的数量越少。
第一电容选用对高频噪声吸收能力强聚丙烯电容，选用具电压变化率大于2500V/s的聚丙烯电容，有利于吸收高频噪声信号中的尖峰信号。
第二电容选用直流支撑电容，直流支撑电容为超薄聚丙烯薄膜经无感卷绕而成的具有低分布电感和低等效串联电阻的电容，能够有效的吸收母线正端与母线负端的噪声，同时直流支撑电容的大容量能够使MOS管瞬间导通提供能量。为提高母线正端与母线负端上噪声吸收效果，直流支撑电容的电气管脚采用薄铜皮引出方式，可有效减小管脚上的分布电感和分布电容。
采用并联的多条连接导线能够有效的降低连接导线在高频噪声下的电阻值，第一电容连于高频噪声信号源附近，能够及时吸收高频噪声信号，第二电容吸收窜入母线正端与母线负端的高频噪声信号，通过提高噪声吸收效率，抑制了高频噪声对大功率升压开关电源的影响，提升大功率升压开关电源的品质及稳定性，有利于降低运行成本。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种大功率升压开关电源的开关噪声抑制装置，其特征在于，包括开关电源、母线吸收板、第一电容和第二电容，所述开关电源包括开关管、母线正端和母线负端，所述母线吸收板由多个单元吸收板组成，且所述母线吸收板上有多个接触孔，所述单元吸收板为分布有多条连接导线的绝缘板，所述接触孔连接所有位于每个单元吸收板上相同位置的连接导线的端点，单元吸收板的数量由开关电源功率确定；
所述第一电容通过母线吸收板上接触孔和母线与所述开关电源的开关管并联，所述第二电容连于所述开关电源的母线正端和上述开关电源的母线负端之间；
所述开关电源，用于在电源控制器的控制下按照指定算法控制开关管的导通与断开，将输入的直流电逆变为交流电；
所述第一电容，用于吸收开关管上由于开关管的导通与断开产生的高频噪声信号；
所述第二电容，用于吸收母线正端与母线负端的由于开关管导管与断开产生的高频噪声信号；
所述母线吸收板，用于连接开关电源与第一电容。
2.根据权利要求1所述的开关噪声抑制装置，其特征在于，所述连接导线的截面形状为薄片状。
3.根据权利要求1所述的开关噪声抑制装置，其特征在于，所述第一电容为聚丙烯电容。
4.根据权利要求1所述的开关噪声抑制装置，其特征在于，所述第二电容为直流支撑电容。
5.根据权利要求2所述的开关噪声抑制装置，其特征在于，所述连接导线厚度小于所述连接导线击穿厚度的两倍，且所述连接导线厚度保证连接导线的电流密度不小于6A/mm2。
6.根据权利要求3所述的开关噪声抑制装置，其特征在于，所述第一电容的电压变化率高于2500伏每微秒。
7.根据权利要求4所述的开关噪声抑制装置，其特征在于，所述第二电容电气管脚采用薄铜皮引出方式。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的开关噪声抑制装置，其特征在于，所述连接导线为金属铜。
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