CN107612307B - 一种滤波器、电源电路及空调器 - Google Patents

Abstract

一种滤波器、电源电路及空调器，涉及电子技术领域，本申请实施例能够有效减少滤波器的分布电容，更好的抑制高频段的EMC干扰。该滤波器包括：第一共模电感，该第一共模电感包括：磁芯以及缠绕在磁芯上的第一线圈绕组。其中，第一线圈绕组采用扁平线平铺绕制，扁平线在沿磁芯截面半径方面的厚度大，沿磁芯延长方面的厚度小。本申请应用于抑制EMC干扰。

Description

一种滤波器、电源电路及空调器

技术领域

本申请涉及电子技术领域，尤其涉及一种滤波器、电源电路及空调器。

背景技术

电磁兼容性(Electro Magnetic Compatibility，EMC)，是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。EMC包括两个方面的要求：一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值；另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性。现有技术中，通常通过在电路中增加EMC滤波器的方式来抑制设备间的电磁干扰。

针对上述情况，本申请发明人发现，现有EMC滤波器对高频段干扰的抑制作用很差，需要增加手工的磁环绕制环节来抑制高频段的EMC干扰，成本偏高而且EMC滤波的一致性不好。

发明内容

针对现有EMC滤波器对高频段干扰的抑制作用很差，需要增加手工磁环绕制环节抑制高频EMC干扰的这一技术问题。本申请提供一种滤波器、电源电路及空调器，能够有效减少滤波器的分布电容，提高滤波器的谐振频率，更好的抑制高频段的EMC干扰。

为达到上述目的，本申请的实施例采用如下技术方案：

第一方面，本申请实施例提供一种滤波器，包括第一共模电感。该第一共模电感包括：磁芯以及缠绕在磁芯上的第一线圈绕组。其中，第一线圈绕组采用导线平铺绕制，该导线在沿磁芯截面半径方面的厚度大于沿磁芯延长方面的厚度。

本申请实施例中，采用了在沿磁芯截面半径方面的厚度大于沿磁芯延长方面的厚度的扁平线来在磁芯上平铺绕制线圈绕组，从而增加了磁芯上单层可绕制的线圈圈数，在缠绕相同圈数的线圈的情况下相比现有技术减少了磁芯上的线圈层数，进而减少了滤波器线圈绕组中各层导线之间的寄生电容，使得滤波器整体的分布电容减小，提高了滤波器的谐振频率，能够更好的抑制高频段的EMC干扰。

第二方面，本申请实施例提供一种电源电路，包括上述第一方面所述的滤波器。

第三方面，本申请实施例提供一种空调器，包括上述第一方面所述的滤波器，或者上述第二方面所述电源电路。基于同一发明构思，由于上述电源电路以及空调器所解决问题的原理以及有益效果可以参见上述第一方面的内容，重复之处不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本申请的实施例提供的一种电源电路的原理图；

图2为本申请的实施例提供的一种电源电路图；

图3为本申请的实施例提供的一种共模电感的结构示意图；

图4为本申请的实施例提供的一种滤波器的等效电路图；

图5为本申请的实施例提供的一种干扰信号的频率与滤波器的阻抗的关系曲线图；

图6为本申请的实施例提供的一种滤波器的结构示意图；

图7为本申请的实施例提供的附图6中A部的结构放大图；

图8为本申请的实施例提供的采用普通漆包线绕制线圈的共模电感的横截面示意图；

图9为本申请的实施例提供的一种采用扁平线绕制线圈的共模电感的横截面示意图；

图10为本申请的实施例提供的干扰信号的频率与滤波器的阻抗的曲线变化示意图；

图11为本申请的实施例提供的一种滤波器的结构示意图；

图12为本申请的实施例提供的两种六孔磁珠电感的频率-阻抗曲线。

具体实施方式

下面结合附图，对本申请的实施例进行描述。

首先，对于本申请中所涉及的技术术语描述如下：

X电容：一种安规电容，用于抑制电源电磁干扰用电容器。一般在电路中的作用主要是：跨接在电源输入线两端用来消除差模干扰，EMI滤波，消除火花电路等确保电子产品成品满足EMC要求。

Y电容：一种安规电容，用于抑制电源电磁干扰用电容器。在应用中，通常分别跨接在电源输出线与保护地之间，用于抑制共模干扰，一般是成对出现(火线-保护地、零线-保护地)。

共模电感，也叫共模扼流圈，常用于开关电源中过滤共模的电磁干扰信号。在板卡设计中，共模电感也可以起EMC滤波的作用，用于抑制高速信号线产生的电磁波向外辐射发射。其具体结构如图3所述，包括环形磁芯以及缠绕在磁芯上的共模电感线圈La、Lb，其中线圈La包括一个输入端a和一个输出端a，线圈Lb包括一个输入端b和一个输出端b，这两个线圈的匝数和相位都相同(即匝数相同，绕制方向不同)。在实际应用中，将交流电源的零线与火线分别连接在输入端a、输入端b上，当电路中的正常电流流经共模电感时，电流在同相位绕制的电感线圈中产生反向的磁场而相互抵消，此时正常信号电流主要受线圈电阻的影响(和少量因漏感造成的阻尼)；当有共模电流流经线圈时，由于共模电流的同向性，会在线圈内产生同向的磁场而增大线圈的感抗，使线圈表现为高阻抗，产生较强的阻尼效果，以此衰减共模电流，达到滤波的目的。

本申请的实施例应用于抑制EMC干扰的电源电路场景中。附图1为应用本申请实施例的一种可能的电源电路的原理图，其中包括转换电路11、控制芯片12及变压器13。具体的，转换电路包括交流信号输入端AC1和AC2，用于连接交流电源，转换电路还包括接地端E，用于连接保护地。转换电路在接收到交流电源的交流信号后，将接入的交流电源的交流信号通过滤波、整流，转换为直流信号，并分别由第一直流输出端VCC输出直流高压信号、由第二直流输出端VDD输出直流低压信号。变压器13的初级侧包括：第一输入端1、第二输入端3以及初级公共端2，变压器13的次级侧包括：第一输出端4、第二输出端6以及次级公共端5，变压器13的第一输入端1连接转换电路11的第一直流输出端VCC，变压器13的第二输入端3连接控制芯片12。变压器13的次级公共端5连接转换电路11的第二直流输出端VDD。

附图2为应用本申请实施例的一种具体的电源电路图。其中，转换电路11包括滤波器L1和整流器DM1，滤波器L1用于将交流电源与电源电路进行隔离，防止交流电源与电源电路之间的EMC干扰，目前通常采用一个共模电感来实现滤波器L1的功能。整流器DM1用于对交流电源信号进行整流，转换为直流电源信号。具体的，滤波器L1的输入端分别连接交流电源的火线和零线，例如220V市电的火线和零线，滤波器L1的输出端连接整流器DM1的输入端。如图所示，L1的输入端1连接交流电源的火线，L1的输入端2连接交流电源的零线，L1的输出端3连接整流器DM1的输入端1，L1的输出端4连接整流器DM1的输入端2。整流器DM1的输出端3连接电阻R1，电阻R1的另一端连接转换电路11的第一直流输出端VCC，第一直流输出端VCC与变压器13的初级侧的第一输入端1连接。整流器DM1的输出端4连接转换电路11的第二直流输出端VDD与控制芯片连接。转换电路11还包括电容C7，电容C7的一端连接第一直流输出端VCC，另一端连接第二直流输出端VDD。进一步的，该转换电路11还包括放电管DSA1、压敏电阻Z1、压敏电阻Z2、X电容C1以及Y电容C3、C4。其中放电管DSA1一端与保护地连接，一端通过压敏电阻Z2与交流电源火线连接，用于将电网上的浪涌电压进行释放。压敏电阻Z1连接在交流电源火线与零线之间，用于抑制火线和零线间的冲击电压。X电容C1连接在交流电源火线与零线之间，用于释放火线和零线间的差模干扰信号。Y电容C3连接火线与保护地、C4连接零线与保护地，用于释放火线和零线间的共模干扰信号。该转换电路中还包括X电容C2、Y电容C5、C6。电容C2连接在滤波器火线输出端和零线输出端之间，用于释放火线和零线间的差模干扰信号。Y电容C5连接滤波器火线输出端与保护地、C6连接滤波器零线输出端与保护地之间，用于释放火线和零线间的共模干扰信号。

一种实施例中，如图2所示，控制芯片12包括TNY278PN型控制芯片。其中控制芯片12的漏极引脚D连接变压器13的第二输入端3，源极引脚S连接第二直流输出端VDD，使能引脚EN通过电阻R2连接第一直流输出端VCC，旁路引脚BP通过电容C11连接第二直流输出端VDD。该电源电路还包括Y电容C9、C10，C9的一端连接第二直流输出端VDD，另一端连接Y电容C10。Y电容C10的另一端连接变压器次级侧的公共端5。

本申请实施例具体用于上述转换电路中的滤波器中。

在附图1及附图2的转换电路中，滤波器L1的等效电路如附图4所示，滤波器L1包括连接交流电源信号火线的第一滤波单元及连接交流电源信号零线的第二滤波单元。第一滤波单元的等效电路包括直流电阻401、等效电感402、分散电容403，其中电阻401与电感402串联，电容403与电阻401、电感402并联。第二滤波单元的等效电路包括直流电阻404、等效电感405、分散电容406，其中电阻404与电感405串联，电容406与电阻404、电感405并联。

由于共模干扰信号在火线和零线上的滤波情况相同，因此滤波器L1对共模干扰信号的抑制情况可以通过一个滤波单元的抑制干扰的情况来体现。具体的，以第一滤波单元为例，

其中

电感402的阻抗Z_L为：Z_L＝jω·L＝j2π·f·L；

电容403的阻抗Z_c为：

第一滤波单元的总阻抗Z_HFL为：

其中，R为电阻401的电阻值，L为电感402的电感值，C为电容403的电容值，j为虚数单位，ω为干扰信号的角频率，f为干扰信号的工作频率。

进而，干扰信号的频率与滤波器L1的阻抗的关系曲线图如附图5所示，其中当干扰信号的频率小于滤波器的谐振频率f0时，滤波器的阻抗值呈现感性，其阻抗会随着干扰信号的频率的上升而增大；当干扰信号的频率大于滤波器的谐振频率f0时，滤波器的阻抗值呈现容性，其阻抗会随着干扰信号的频率的上升而减大。因此，可以看出，当干扰信号的频率大于一定数值后，滤波器的阻抗会随着干扰信号的频率的上升而越来越小，进而不能对高频的干扰信号起到良好的抑制作用。

为了解决上述技术问题，本申请中提供了一种滤波器60，其中该滤波器60包括第一共模电感601，具体如附图6所示：

第一共模电感601包括：磁芯6011以及缠绕在磁芯上的第一线圈绕组6012。

其中，第一线圈绕组采用导线平铺绕制，导线的横截面在沿磁芯截面半径方向的厚度大于沿磁芯长度方向的厚度。具体的，如附图7所示。附图7为附图6中A部结构放大图。其中，导线的横截面在沿磁芯截面半径方向的厚度h1大于沿磁芯长度方向的厚度h2。

具体的，第一线圈绕组包括第一线圈6012a和第二线圈6012b，第一线圈6012a包括输入端a和输出端a，第二线圈6012b包括输入端b和输出端b。输入端a与输入端b分别用于连接交流电源的火线和零线，输出端a与输出端b用于输出滤波后的交流电源信号。其中，第一线圈6012a和第二线圈6012b的绕制方向不同。如图6中，第一线圈6012a沿图中第一柱状磁芯6011a顺时针绕制，第二线圈6012b则沿图中第二柱状磁芯6011b逆时针绕制。当然，本申请对绕制的具体方向不作限制，只要第一线圈和第二线圈的绕制方向不同，进而使干扰电流流经第一线圈与第二线圈时第一线圈与第二线圈上产生的磁场相互抵消即可。

在一种实施例中，磁芯6011为环形磁芯。或者，在一种实施例中，如图6所示，磁芯6011包括第一柱状磁芯6011a和第二柱状磁芯6011b，第一柱状磁芯6011a和第二柱状磁芯6011b首尾相接；第一线圈6012a绕制在第一柱状磁芯6011a上；第二线圈6012b绕制在第二柱状磁芯6011b上。

本申请实施例中，采用了在沿磁芯截面半径方面的厚度大于沿磁芯延长方面的厚度的扁平线来在磁芯上平铺绕制线圈绕组，因此每缠绕一圈线圈所占据的磁芯上的宽度更小，从而增加了磁芯上单层可绕制的线圈圈数，在缠绕相同圈数的线圈的情况下相比现有技术减少了磁芯上的线圈层数。进而减少了滤波器线圈绕组中各层导线之间的寄生电容，使得滤波器整体的分布电容减小，提高了滤波器的谐振频率，能够更好的抑制高频段的EMC干扰。

例如，附图8、附图9所示，附图8为现有技术中采用普通漆包线绕制线圈的共模电感的横截面示意图，附图9为本申请中采用扁平线绕制线圈的共模电感的横截面示意图。可以看出，在同样缠绕12圈线圈的情况下，图9中由于采用了扁平线绕制，因此每缠绕一圈线圈所占据的磁芯上的宽度更小，所以可能只需要缠绕一圈即可。而在图8所示现有技术的共模电感中则可能需要绕制多层(附图9中仅示意性的画出两层线圈)。

进一步的，由于如图8中现有技术的共模电感中存在多层线圈，所以该共模电感中存在：线圈导线与磁芯之间的寄生电容的电容值CTC、同一层线圈导线之间的寄生电容的电容值CTL以及不同层线圈导线之间的寄生电容的电容值CTT。因此如图8中现有技术的共模电感总的寄生电容的电容值为这三种电容的叠加，即CTC+CTL+CTT。而如图9中本申请中提供的共模电感中，由于仅存在一层线圈，因此不存在不同层线圈导线之间的寄生电容。因此，本申请中的共模电感总的寄生电容的电容值为两种电容的叠加，即CTC+CTL。由此可见，本申请中提供的共模电感在绕制相同圈数的情况下，由于消除了不必要的寄生电容，因此总的寄生电容电容值更小。进而采用了本申请提供的共模电感的滤波器，其谐振频率会更大。如图10所示，当滤波器的谐振频率f0增大时，整个频率-阻抗曲线相比现有技术中滤波器的频率-阻抗曲线会向如图中右边偏移(如图10中，第一滤波曲线为现有技术中滤波器的频率-阻抗曲线，第二滤波曲线为本申请提供的滤波器的频率-阻抗曲线)，进而可以更好的抑制高频部分的干扰信号。

在一种实施例中，如图11所示，本申请实施例提供的滤波器还包括第二共模电感602。第二共模电感602包括：磁芯6011以及缠绕在磁芯上的第二线圈绕组6022；第二线圈绕组6022包括第三线圈6022a和第四线圈6022b，其中第三线圈6022a和第四线圈6022b的绕制方向不同。

第三线圈6022a绕制在第一线圈6012a内侧，第三线圈6022a与第一线圈6012a串联，并且第三线圈6022a与第一线圈6012a的同名端相连接。

第四线圈6022b绕制在第二线圈6012b内侧，第四线圈6022b与第二线圈6012b串联，并且第四线圈6022b与第二线圈6012b的同名端相连接。

该滤波器还包括输入端a、输入端b以及输出端a、输出端b。其中，两个输入端分别连接交流电源的火线和零线，两个输出端分别输出经过滤波后的交流电源信号。如图11所示，当交流电源的火线连接输入端a、零线连接输入端b时，电流通过输入端a流入第一线圈6012a及第三线圈6022a，并从输出端a流出。同时，电流通过输出端b流入第四线圈6022b以及第二线圈6012b，并从输入端b流出。另外，也可以由交流电源的火线连接输入端b、零线连接输入端b，此时，电流通过输入端b流入第二线圈6012b及第四线圈6022b，并从输出端b流出。同时，电流通过输出端a流入第三线圈6022a以及第一线圈6012a，并从输入端a流出。

其中，如图11所示，当第三线圈与第一线圈的绕制方向相同时，则将第三线圈与第一线圈在磁芯同侧的一端相连接，进而将第三线圈与第一线圈串联；同理将第四线圈与第二线圈在磁芯同侧的端点相连接，进而将第四线圈与第二线圈串联。进而当有正常电流接入滤波器时(例如，电流方向为图11中导线上箭头方向所示)，由于外圈的第一线圈绕组6012中的第一线圈6012a与第二线圈6012b的绕制方向不同，因此第一线圈6012a与第二线圈6012b中产生的磁力线方向也不同，所以第一线圈6012a与第二线圈6012b所产生的磁场是相互抵消的，同理第三线圈6022a和第四线圈6022b所产生的磁场是相互抵消的。因此可以防止磁芯饱和。另外，由于第三线圈与第一线圈的同名端相连接、第四线圈与第二线圈的同名端相连接，因此内外层线圈之间的磁场也是相互抵消的。进而可以防止漏磁对线圈电感量的影响。

当然，内层的第二线圈绕组与外层的第一线圈绕组也可以采用其他的连接方式，例如若第三线圈与第一线圈的绕制方向相反，则将第三线圈与第一线圈在磁芯不同侧的一端相连接，同理将第四线圈与第二线圈在磁芯不同侧的端点相连接，这样一来第三线圈与第一线圈之间的磁场依然相互抵消，第四线圈与第二线圈之间的磁场依然相互抵消，同样能够达到本申请防止漏磁对线圈电感量的影响的效果。因此，只要确保第三线圈与第一线圈的同名端相连接、第四线圈与第二线圈的同名端相连接，第三线圈与第一线圈之间的磁场相互抵消，第四线圈与第二线圈之间的磁场相互抵消即可，本申请对具体的连接方式不做限制。

具体的，本申请提供的滤波器还包括：第二线圈绕组602可以绕制在磁芯6011外部，也可以绕制在磁芯6011内部。

第二线圈绕组602绕制在磁芯6011内部时，第二线圈绕组602较第一线圈绕组601的横截面积更小，所以第二线圈绕组602的电感量小，进而对高频的干扰信号有更好的滤除作用。

具体的，本申请提供的滤波器还包括：第一线圈6012a的绕制圈数大于第三线圈6022a的绕制圈数，第二线圈6012b的绕制圈数大于第四线圈6022b的绕制圈数。当第一线圈6012a的绕制圈数大于第三线圈6022a的绕制圈数，第二线圈6012b的绕制圈数大于第四线圈6022b的绕制圈数时，因为内侧的第三线圈与第四线圈的绕制圈数少，所以第二线圈绕组602的电感量小，进而对高频的干扰信号有更好的滤除作用。从而解决现有技术中滤波器对高频干扰信号抑制效果不好的问题。

可选的，本申请实施例提供的滤波器60还包括：与第一线圈串联的第一六孔磁珠电感603，以及与第二线圈串联的第二六孔磁珠电感604。

附图12为两种六孔磁珠电感的频率-阻抗曲线。可以看出，当频率在100M以内时，一种六孔磁珠电感的平均电感量为6.8nH，一种六孔磁珠电感的平均电感量为2.2nH，两种六孔磁珠电感的电感量都比较平稳，不会衰减。因此，可以利用六孔磁珠电感与第一线圈、第二线圈分别串联的方法来搭建EMC回路，进而对高频干扰信号进行抑制，从而使滤波器对干扰信号的抑制具有更好的一致性，提高可操作性，并且降低成本。

此外，本申请还提供一种电源电路，该电源电路包括上述本申请所提供的滤波器。该电源电路的具体结构可以参见附图1、附图2以及说明书中对应附图1、附图2的描述内容，重复之处不再赘述。

此外，本申请实施例还提供一种空调器，该空调器包括上述本申请所提供的电源电路。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种滤波器，其特征在于，包括第一共模电感；

所述第一共模电感包括：磁芯以及缠绕在所述磁芯上的第一线圈绕组；

其中，所述第一线圈绕组采用导线平铺绕制，所述导线的横截面在沿磁芯截面半径方向的厚度大于沿磁芯长度方向的厚度；

所述第一线圈绕组包括第一线圈和第二线圈，所述第一线圈和所述第二线圈的绕制方向不同；

所述滤波器还包括：第二共模电感；所述第二共模电感包括：所述磁芯以及缠绕在所述磁芯上的第二线圈绕组；

所述第二线圈绕组包括第三线圈和第四线圈，其中第三线圈和第四线圈的绕制方向不同；

所述第三线圈绕制在所述第一线圈内侧，所述第三线圈与所述第一线圈串联，所述第三线圈与所述第一线圈的同名端相连接；

所述第四线圈绕制在所述第二线圈内侧，所述第四线圈与所述第二线圈串联，所述第四线圈与所述第二线圈的同名端相连接。

2.根据权利要求1所述滤波器，其特征在于，其中所述第二线圈绕组位于所述磁芯内部或外部。

3.根据权利要求1或2所述滤波器，其特征在于，所述第一线圈的绕制圈数大于所述第三线圈的绕制圈数；

所述第二线圈的绕制圈数大于所述第四线圈的绕制圈数。

4.根据权利要求1或2所述滤波器，其特征在于，所述磁芯为环状磁芯。

5.根据权利要求1或2所述滤波器，其特征在于，所述磁芯包括第一柱状磁芯和第二柱状磁芯，所述第一柱状磁芯和第二柱状磁芯首尾相接；所述第一线圈绕制在所述第一柱状磁芯上；

所述第二线圈绕制在第二柱状磁芯上。

6.根据权利要求1所述滤波器，其特征在于，所述滤波器还包括：与所述第一线圈串联的第一六孔磁珠电感；与所述第二线圈串联的第二六孔磁珠电感。

7.一种电源电路，其特征在于，包括如权利要求1-6任一项所述滤波器。

8.一种空调器，其特征在于，包括如权利要求7所述电源电路。