CN107317487A - 一种基于谐振电路的开关电源电磁辐射屏蔽装置 - Google Patents

一种基于谐振电路的开关电源电磁辐射屏蔽装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于谐振电路的开关电源电磁辐射屏蔽装置，主要由谐振电路单元组成的网状结构组成。所述的谐振单元电路由电感、电容和电阻连接构成，其谐振频率可以根据开关电源设备的主频率来设定谐振频率，通过改变电路中电感或电容值的大小达到谐振频率；本发明利用了共振的原理使谐振电路的频率与开关电源设备辐射发出的电磁波的频率相同或相近，以尽可能大的吸收辐射电磁波的能量；所述的谐振电路吸收的电磁波能量通过电阻消耗掉，更好的消除磁场污染现象的发生。本发明装置的结构简单，频率改变易于实现，同时采用共振的原理对电磁辐射的吸收效果更佳。

Description

一种基于谐振电路的开关电源电磁辐射屏蔽装置
技术领域
本发明涉及一种电磁辐射屏蔽装置，尤其涉及一种基于谐振电路的开关电源电磁辐射屏蔽装置。
背景技术
电磁辐射是指能量以电磁波的形式通过空间传播的现象，电磁辐射污染成为继废水、废气等之后的重要污染。目前，开关电源作为一种电源设备，其应用也越来越广泛。开关电源通常是将工频交流电整流为直流电，然后经过开关管的控制使其变为高频，再经过整流滤波电路输出得到稳定的直流电压。工频整流滤波使用大容量电容充、放电，开关管高频通断， 输出整流二极管的反向恢复等工作过程中产生了极高的di/dt和du/dt，形成了强烈的浪涌电流和尖峰电压，这些快速变化的电压电流，通过电源线路、寄生参数和杂散的电磁场耦合，会产生大量的电磁辐射干扰。同时随着电力电子器件的不断完善创新，开关电源的开关速度和电源频率不断提高，但随之而来的电磁辐射干扰问题也越来越严重，开关电源的开关通断频率越高，所引起的电压和电流的变化越快。
为解决开关电源电磁干扰的问题，在现有技术中，抑制电磁干扰的措施包括EMI滤波器、吸收电路、接地和屏蔽等几个方面。其中，交流输入EMI滤波器即在电源输入端接上滤波器可以抑制来自电网的噪声对电源本身的侵害，也可以抑制由开关电源产生并向电网反馈的干扰。吸收电路的基本原理是在开关关断时为其提供旁路，吸收积蓄在寄生分布参数中的能量， 从而降低电路中电压电流的变化率来达到抑制干扰的目的。常见的屏蔽措施就是用导电性能良好的材料或者磁导率高的材料对磁场进行屏蔽，但要注意尽量防止外部干扰耦合到电路中。这些现有技术中虽然可以达到降低开关电源电磁干扰的效果，但有一个共同的问题就是仅仅停留在吸收或降低电磁辐射的能量的阶段，并没有把这些能量消耗掉。
如申请号为200820022022.8的实用新型公开了一种开关电源低频电磁辐射屏蔽装置，在开关电源背板的通风口外，设置一层带有正方形网孔的屏蔽网，屏蔽网尺寸与背板相适应，在电源背板四周接缝处，设置四条密封接缝和屏蔽网的密封条。
本发明针对现有技术中的问题，提出一种基于谐振电路的开关电源电磁屏蔽装置，在降低开关电源辐射电磁干扰的同时把吸收的能量通过电阻器件消耗掉，而且可以通过改变电感或电容值的大小来改变其谐振频率以适应不同频率的开关电源。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提出了一种基于谐振电路的开关电源电磁辐射屏蔽装置，相对于现有技术来说，其应用电路原理实现方便，结构简单，而且可以直接通过改变电感电容值的大小来改变谐振频率的大小以适应不同频率的开关电源，能够做到在降低开关电源辐射电磁干扰的同时把吸收的能量通过电阻器件消耗掉。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于谐振电路的开关电源电磁辐射屏蔽装置，主要由谐振电路单元组成的网状结构组成，其特征在于：所述的谐振单元电路由电感、电容和电阻连接构成；所述的谐振电路单元的谐振频率根据开关电源设备的主频率而改变，利用共振的原理使谐振电路的频率与开关电源设备辐射发出的电磁波的频率相同或相近以尽可能大的吸收辐射电磁波的能量；所述的谐振电路通过改变其电感或电容值的大小来改变谐振频率大小；所述的谐振电路吸收电磁波能量通过电阻元件消耗掉以更好的消除磁场污染现象的发生。
所述的电感电容谐振电路可分为串联谐振电路和并联谐振电路。
所述的电感电容串联谐振电路由电感、电容和电阻依次串联组成，串联谐振电路谐振时电路阻抗最小。
所述的电感电容并联谐振电路在低电压下即可进行调谐，同时可以避免串联谐振电路调谐时的电压震荡。包括以下三种方式：电感、电容和电阻各支路依次并联组成；电感和电阻串联后与电容并联组成；电容和电阻串联后与电感并联。
采用上述技术方案，本发明的有益效果是：
（1）传统的开关电源抑制电磁辐射干扰的方法一般是通过金属屏蔽+地线接地的方式将辐射的电磁波传输到大地。本发明中，基于谐振电路的开关电源电磁辐射屏蔽装置，可以免去设备接地的麻烦，因此可以保持地线干净。
（2）本发明中，基于谐振电路的开关电源电磁辐射屏蔽装置，其电路中连接有电阻元件，由电感线圈吸收的电磁波能量会通过电阻直接消耗掉，也有助于设备散热。
（3）本发明中，基于谐振电路的吸波屏蔽装置，直接通过改变电感电容值的大小改变谐振频率的大小方便易于实现。
（4）本发明中，基于谐振电路的开关电源电磁辐射屏蔽装置，其电感电容谐振电路的谐振频率与开关电源辐射的电磁波频率大小相等或近似，利用共振的原理尽可能大的吸收辐射的能量，加强了本发明的屏蔽效果。
附图说明
图1为本发明一种基于谐振电路的开关电源电磁辐射屏蔽装置的总体结构图；
图2为串联谐振电路；
图3为R//L//C结构的并联谐振电路，
图4为RL//C结构的并联谐振电路，
图5为RC//L结构的并联谐振电路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述：
图1为本发明一种基于谐振电路的开关电源电磁辐射屏蔽装置的总体结构图，主要由谐振电路单元1组成的网状结构组成，图中所示的总体结构图是多组谐振单元电路1竖向排列后构成的长方体结构，除此结构外，谐振单元电路也可以采取横向或者各种合适角度的排列方式。电感11的连接方式可分为顺接串联、反接串联和顺接并联、反接并联，其电感的不同连接方式不影响整体谐振电路吸收电磁波能量的能力。所述的谐振电路单元的谐振频率根据开关电源的主频率而改变，利用共振的原理使谐振电路的频率与开关电源等辐射发出的电磁波的频率相同或相近以尽可能大的吸收辐射电磁波的能量，其中谐振电路通过改变其电感或电容值的大小来改变谐振频率的大小，谐振电路吸收的电磁波能量通过电阻元件消耗掉以更好的消除磁场污染现象的发生。
图2为电感电容串联谐振电路，电感、电容和电阻依次串联组成，电路结构相对较简单，所述串联谐振电路谐振时电路阻抗最小，电路失谐时电路的阻抗很大，这时对于频率低于谐振频率的电磁波主要是电路中电容的容抗大了，对于频率高于谐振频率的电磁波信号主要是电路中电感的感抗大了。本发明利用的是串联谐振电路发生谐振时其谐振频率与开关电源主频率相同，从而可以吸收开关电源辐射的电磁波能量，并通过电路中连接的电阻元件消耗掉。
图3-图5为不同方式的电感电容并联谐振电路，所述并联谐振电路有不同的连接方式，但电路原理基本相同，谐振时电路阻抗最大，失谐时电路阻抗最小，这时对于频率低于谐振频率的电磁波信号主要从电感通过，频率高于谐振频率的电磁波信号主要从电容支路通过，并联谐振电路在低电压下即可进行调谐，同时可以避免串联谐振电路调谐时的电压震荡。与串联谐振相同，虽然并联谐振电路有不同的连接方式，但本发明利用的是并联谐振电路发生谐振时吸收开关电源辐射的电磁波能量，并通过电路中连接的电阻元件消耗掉。
图3为R//L//C结构的并联谐振电路，电感、电容和电阻依次并联；图4为RL//C结构的并联谐振电路，电感和电阻串联后与电容并联；图5为RC//L结构的并联谐振电路，电容和电阻串联后与电感并联。
综上所述，本发明基于电感电容串、并联电路的这种特性吸收一定频率的辐射电磁波是非常方便的，无论是串联谐振电路还是并联谐振电路只对频率为谐振频率的信号发生谐振，当然，电路有一定的频带宽度，可以认为频带内的信号即与谐振频率相近的频率信号都可与电路发生谐振。由于谐振电路只与其谐振频率相同的信号发生谐振，所以在应用谐振电路原理来吸收一定频率的电磁波信号时会产生共振效应，这会大大的提高能量的吸收效率，加强本发明的有益效果。

Claims (6)

1.一种基于谐振电路的开关电源电磁辐射屏蔽装置，主要由谐振电路单元（1）组成的网状结构组成，其特征在于：所述的谐振单元电路（1）由电感（11）、电容（12）和电阻（13）连接构成；所述的谐振单元电路的谐振频率可以根据开关电源的主频率而改变，同时利用共振的原理使谐振电路的谐振频率与开关电源辐射发出的电磁波频率相同或相近，以尽可能大的吸收辐射电磁波的能量；所述的谐振电路通过改变其电感或电容值的大小来改变谐振频率的大小；所述的谐振电路吸收的电磁波能量通过电阻元件消耗掉以更好的消除磁场污染现象的发生。
2.根据权利要求1所述的一种基于谐振电路的开关电源电磁辐射屏蔽装置，其特征在于：所述的由谐振电路单元（1）组成的网状结构以各电路单元连接方式的不同而不同，尤其是电感（11）的不同连接方式；图1所示的总体结构图是多组谐振单元电路（1）竖向排列后构成的长方体结构，除此结构外，谐振单元电路也可以采取横向或者各种合适角度的排列方式。
3.根据权利要求2所述的一种基于谐振电路的开关电源电磁辐射屏蔽装置，其特征在于：所述的电感（11）的不同连接方式可分为顺接串联、反接串联和顺接并联、反接并联，其电感的不同连接方式不影响整体谐振电路吸收电磁波能量的能力。
4.根据权利要求1所述的一种基于谐振电路的开关电源电磁辐射屏蔽装置，其特征在于：所述的电感电容谐振电路（1）可分为串联谐振电路和并联谐振电路。
5.根据权利要求4所述的一种基于谐振电路的开关电源电磁辐射屏蔽装置，其特征在于：所述的电感电容串联谐振电路由电感、电容和电阻依次串联组成，串联谐振电路谐振时电路阻抗最小。
6.根据权利要求4所述的一种基于谐振电路的开关电源电磁辐射屏蔽装置，其特征在于：所述的电感电容并联谐振电路在低电压下即可进行调谐，同时可以避免串联谐振电路调谐时的电压震荡；并联谐振电路谐振时阻抗最大，包括以下三种方式：电感、电容和电阻各支路依次并联组成；电感和电阻串联后与电容并联组成；电容和电阻串联后与电感并联组成。
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