CN108075626A - 电磁兼容滤波电路、直流电源及家用电器 - Google Patents

电磁兼容滤波电路、直流电源及家用电器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电磁兼容滤波技术领域，具体涉及电磁兼容滤波电路及家用电器，其中该电磁兼容滤波电路具体包括：交流电源接口，交流电源接口包含有用于连接交流电源火线的第一交流电源接口和用于连接交流电源零线的第二交流电源接口；电容器，电容器的两端分别连接至第一交流电源接口和第二交流电源接口；电感器；电容器与第二交流电源接口连接的一端连接至电感器的第一端，在电感器的第二端与第一交流电源接口之间适于连接负载。由此，利用了简单且低成本的电路结构设计，便能使得具有该电磁兼容滤波电路的电器设备能够通过电磁兼容性(EMC)测试，并有效降低生产成本。

Description

电磁兼容滤波电路、直流电源及家用电器
技术领域
本发明涉及电磁兼容滤波技术领域，具体地，涉及一种电磁兼容滤波电路、直流电源及家用电器。
背景技术
电器设备通过电源线连接至电网，电器设备自身产生的干扰信号可以通过电源线传到电网上，对网上其他设备构成危害。为此，制定了家电EMC(Electro Magneticcompatibility电磁兼容性)测试法规规定了传导测试频率范围,以及该频段内信号的幅度限值，以保障电器设备接入电网不会对电网造成信号污染。
一方面，为了通过家电EMC测试，家电产商需要为家电产品增设EMC滤波电路。现有技术中一般是通过在电源端增设Π型或者多级低通滤波电路，并且该Π型或者多级低通滤波电路多采用基于共模电感加上差模滤波电路组成的的多阶滤波的方式，使得家电产品的能够通过EMC测试；但是，采用多级低通滤波电路会导致生产成本增大，更降低了电源转换效率，同时也增大了家电产品中电路设计的复杂程度。
另一方面，随着IEC 2016年新家电EMC测试法规的修订，将传导测试的频率范围由150kHz～30MHz变更为9KHz～30MHz。显然，针对旧家电EMC测试法规要求所设计的EMC滤波电路相对于家电产品的滤波效果已经无法满足EMC测试法规的要求。
由此可知，一款设计简单、成本低廉且能使得家电产品符合家电EMC测试所规定的电磁兼容滤波电路是目前业界亟待解决的技术难题。
需要说明的是，以上技术问题是本发明人在实践本发明的过程中所发现的。
发明内容
本发明一方面的目的是提供一种设计简单、成本低廉且能使得家电产品通过家电EMC测试的电磁兼容滤波电路；本发明另一方面的目的是提供一种包含上述电磁兼容滤波电路的直流电源，本发明还一方面的目的是提供一种包含上述电磁兼容滤波电路或上述直流电源的家用电器，用以至少解决上述背景技术中所阐述的技术问题。
为了实现上述目的，本发明实施例一方面提供一种电磁兼容滤波电路，包括：
交流电源接口，上述交流电源接口包含有用于连接交流电源火线的第一交流电源接口和用于连接交流电源零线的第二交流电源接口；
电容器，上述电容器的两端分别连接至上述第一交流电源接口和上述第二交流电源接口；
电感器；
上述电容器与上述第二交流电源接口连接的一端连接至上述电感器的第一端，在上述电感器的第二端与上述第一交流电源接口之间适于连接负载。
优选地，上述电容器为X型安规电容器。
优选地，上述电容器的电容量的大小为0.1uF～10uF。
优选地，上述电容器的电容量的大小为2uF～5.5uF。
优选地，上述电感器的电感量的大小为20uH～10mH。
优选地，上述电感器的包含电感线圈和磁芯，上述电感器的电感量的大小为200-400uH，以及上述磁芯为非晶磁芯。
优选地，上述电感器的包含电感线圈和磁芯，上述电感器的电感量的大小为300-450uH，以及上述磁芯为铁硅磁芯。
优选地，上述电感线圈包含铜漆包线和/或镀铜铝漆包线。
优选地，在上述电磁兼容滤波电路中：
其中，f指代上述电磁兼容滤波电路的截止频率，L指代上述电感器的电感值，C指代上述电容器的电容值。
本发明实施例另一方面提供一种直流电源，该直流电源包含上文上述的电磁兼容滤波电路，以及整流模块，上述整流模块包含交流输入火线端口和交流输入零线端口；上述电磁兼容滤波电路中电感的上述第二端连接至上述整流模块的上述交流输入零线端口；以及上述整流模块的上述交流输入火线端口连接至上述电磁兼容滤波电路中的上述第一交流电源接口。
优选地，上述整流模块为整流桥。
本发明实施例又一方面提供一种家用电器，包括：上文上述的电磁兼容滤波电路；位于上述电磁兼容滤波电路中的上述电感器的上述第二端与上述电磁兼容滤波电路中的上述第一交流电源接口之间的电器控制电路。
本发明实施例又一方面提供一种家用电器，包括：上文上述的直流电源；以及连接至上述整流模块的输出端的电器控制电路。
通过上述技术方案，基于电感器和电容器所组成的具有低通滤波特性的电磁兼容滤波电路，能够有效衰减或滤除电流的工作频段超过截止频率的高频噪声，对于衰减低频传导噪声具有明显的效果，并且该电磁兼容滤波电路还具有结构设计简单、增加电能热转换效率，成本低的优点，非常适用于家用电器，尤其是应用在小型家电产品中。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1示出的是本发明一实施例的电磁兼容滤波电路的结构示意图；
图2示出的是包含图1所示电磁兼容滤波电路的直流电源在一实施例下的结构示意图；
图3示出的是应用图2所示直流电源在一实施例下的框架示意图；
图4示出的是包含图1所示电磁兼容滤波电路的家用电器在一实施例下的结构示意图；
图5示出的是包含图2所示直流电源的家用电器在一实施例下的结构示意图；
图6A和图6B示出的是当电器电路回路中不包含滤波电路时，针对电器电路回路的EMC测试结果；
图7A和图7B示出的是当电器电路回路中包含Π型滤波器时，针对电器电路回路的EMC测试结果；
图8示出的是当电器电路回路中包含本发明实施例中的电磁兼容滤波电路时，针对电器电路回路的EMC测试结果。
附图标记说明
10、301电磁兼容滤波电路 20、41直流电源
30、40家用电器 302、42电器控制电路
ACL第一交流电源接口 ACN第二交流电源接口
L1电感器 C1电容器
AC整流桥交流端 V+整流桥直流正极端
V-整流桥直流负极端
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本技术领域技术人员可以理解，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在上述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
参见图1示出的是本发明一实施例的电磁兼容滤波电路的结构示意图，其中，该电磁兼容滤波电路10包括：电源接口，电源接口包含有用于连接交流电源的火线的第一交流电源接口ACL和用于连接交流电源零线的第二交流电源接口ACN；电容器C1，电容器C1的两端分别连接至第一交流电源接口ACL和第二交流电源接口ACN，由此基于该差模电容器C1能够抑制差模干扰；电感器L1；电容器C1与第二交流电源接口ACN连接的一端连接至电感器L1的第一端，在电感器L1的第二端与第一交流电源接口ACL之间用于连接负载，由此使得电磁兼容滤波电路具有LC低通滤波特性。
为了使得本实施例更容易被公众所理解，以下公开该具有低通LC滤波特性电磁兼容滤波电路的设计思想：电源接口(包含电源线)上的高频传导噪声可以用差模和共模噪声信号来描述；差模噪声在两传输导线之间流动，属于非对称性干扰；共模噪声在传出导线与地之间传输，属于对称性干扰，所以针对电源接口的低通滤波需要从差模和共模两方面入手。因此，本实施例中采用差模电容C1以抑制差模干扰，并结合采用电感L1为共模扼流圈，其为同向绕在同一个磁芯上的一对线圈，对于共模干扰电流，两个线圈产生的磁场是同方向的，共模扼流圈表现出较大的阻抗，从而起到衰减干扰信号的作用，而对于差模信号，两个线圈产生的磁场抵消，所以又不会影响电路的电源传输功能。需要指出的是，该电磁兼容滤波电路的技术要点的一部分在于电容器C1和电感器L1在该电磁兼容滤波电路中所处的位置，本实施例应当限定将电感器L1位于C1之后，而不能是位于C1之前。
在本实施例的一些可选实施方式中，选择具有特定电感量的电感器L1和具有特定电感量的电容器C1，使得该电磁兼容滤波器具有优秀的低通LC滤波特性，以将电路的电磁兼容性校准至期望水平。优选地，电容器C1适合选用大容量的X型的安规电容，该电容器C1的耐压值应当超过市电电压值，例如当将此电路接入中国的市电电网时，该差模电容C1的耐压值应当超过得220V；电感器L1的电感线圈(未示出)可选用铜漆包线和/或镀铜铝漆包线；电感器L1的磁芯(未示出)选自以下一种或多种：铁氧体、铁硅磁芯、铁粉磁芯、非晶磁芯，由此配合X型安规电容，能够实现良好的滤波效果。由于该电磁兼容滤波电路所采用的具有LC低通滤波的设计方式，使得该电磁兼容滤波电路具有与该LC低通滤波相对应的截止频率，能够将通过该电磁兼容滤波电路的电流中超过该截止频率的干扰信号滤除掉。
参见图2示出的是包含图1所示电磁兼容滤波电路的直流电源在一实施例下的结构示意图，该直流电源20包含电源接口，电源接口包含有用于连接交流电源的火线的第一交流电源接口ACL和用于连接交流电源零线的第二交流电源接口ACN；电容器C1，电容器C1的两端分别连接至第一交流电源接口ACL和第二交流电源接口ACN，由此基于该差模电容器C1能够抑制差模干扰；电感器L1；电容器C1与第二交流电源接口ACN连接的一端连接至电感器L1的第一端，在电感器L1的第二端与第一交流电源接口ACL之间用于连接整流桥的交流输入端，该整流桥的直流输出端适于连接负载，由此使得该直流电源20具有LC滤波特性；需要说明的是，本实施例中的整流桥仅仅用做示例，该整流桥可以被其他元器件所替换，只要是能够实现相应的整流的功能效果的整流模块都应该属于本发明的保护范围内。结合图3，对本实施例所提供的直流电源的应用做进一步的阐述，在整流桥的直流输出端可连接电器控制电路，该交流电源可以选取市电电网。
参见图4示出的是包含图1所示电磁兼容滤波电路的家用电器在一实施例下的结构示意图，该家用电器30包含电磁兼容滤波电路301及电器控制电路302，关于电磁兼容滤波电路301的具体结构可参考上文描述，故在此不加以赘述。该电磁兼容滤波电路设置在靠近电源接口处，并与电控电路连接，能够有效控制工作状态下电控电路的工作电流频段，保障了工作状态下的电控电路不会干扰市电电网，能够符合EMC测试的规定要求。
参见图5示出的是包含图2所示直流电源的家用电器在一实施例下的结构示意图，该家用电器40包含直流电源41及电器控制电路42，关于直流电源41的具体结构可参考上文描述，故在此不加以赘述。可以理解的是，电器控制电路302可以连接至上述直流电源41中整流桥的直流输出端(具体对应图2中的V+和V-)。为了使得该家用电器40能够通过家电EMC测试，本实施例利用电磁兼容滤波电路将传导电流频率降至EMC法规规定传导测试频段的下限值9KHz以下的一个值2KHz。关于其实现的具体说明，是利用电磁兼容滤波电路101中的LC低通滤波特性下的截止频率，将高于该截止频率的电流衰减和滤除，该截止频率应当由电感器L1的电感量和电容器C1的电容量所确定；在本实施例中，关于电感器L1和电容器C1的选型和确定，应当根据所要求达到的EMC标准确定的；相应地，关于电感器L1和电容器C1的选型可参照上文描述，当电感器L1的电感量的取值范围为20uH～10mH，电容器C1的电容量的取值范围为0.1uF～10uF时，能有效保障因此确定的电磁兼容滤波器的截止频率能够满足EMC法规的要求。关于上述电感量和电容量取值范围的确定方法可以是：根据测试数据、余量要求而定出EMC滤波器的插损曲线，进而获取得到幅度衰减，根据幅度衰减/10倍频后的值算出EMC滤波器的截止频率，然后根据该截止频率和电容量和电感量的对应关系换算以确定取值范围。
由于在滤波电路中，电容器的作用就是通过高频阻隔低频，电容器的电容量越大低频越不容易通过；在滤波过程中，小电容量的电容器就是滤除高频，如本发明中电容量范围在0.1uF-10uF的电容器，就是用来滤除高频，并且在滤波电路中搭配使用“通直流，阻交流”的电感器L1，能够实现较佳的滤波效果。更具体地，关于电感器L1的电感量和电容器C1的具体取值可以参考公式：其中f指代上述电磁兼容滤波电路的截止频率；需要说明的是，为了符合当前家电EMC测试法规的要求，同时也考虑到滤波电路中噪声浮动的因素，应当将该电磁兼容滤波电路的截止频率设置为EMC法规规定传导测试频段的下限值9KHz以下的一个值，本实施例中所选用的滤波电路的截止频率为2KHz，由此能够保障工作电流的频段在9KHz以上的干扰信号能够被有效滤除；可以理解的是，本实施例中的滤波电路的截止频率为2KHz仅仅作为示例，截止频率低于9KHz的滤波电路都应该是属于本发明所涵盖的保护范围。基于本实施例，仅仅利用一阶LC滤波电路，便能够使得家用电器满足EMC法规的要求；同时，相比于多阶滤波电路或Π型滤波电路，本实施例方案中的电路设计简单并能够有效降低家用电器的附加生产成本。
在本实施例中，家用电器40可以是电磁炉，因一般情况下电磁炉的电磁加热工作时的电流工作频段为20KHz～40KHz，很显然这样的电流工作频段是无法符合EMC测试法规的要求的。但是当采用了电磁兼容电路10或直流电源20之后，便可以实现在保障生产成本控制的条件下使得电磁炉能够通过家电EMC测试。可以理解的是，本实施例中的家用电器应不仅仅限定为电磁炉，还可以包含有洗衣机、空调等家用电器。
需要在此再次说明的是，本发明中所公开的电感器、电容器的特定选型，以及由此选型所确定的滤波电路，是实现本发明的发明目的的一个重要因素。可以这么理解，如果对于电感器或电容器的选型与本发明不同，是不能实现本发明部分的发明目标的。
为了使本发明思想和效果更令公众所信服，下面将公开利用现有技术和图2所示直流电源执行EMC测试的相关仿真实验数据：
关于本EMC测试样本的选用：
参照实验对象一：电器电路回路中不包含有电磁兼容滤波电路，相应地其试验结果参照图6A和6B，EMC测试结论是：超标严重；
参照实验对象二：包含有通用Π型滤波器的电器电路回路，相应地其试验结果参照图7A和7B，EMC测试结论是：通过；
实验对象：包含本发明实施例中的电磁兼容滤波电路，相应地其试验结果参照图8，EMC测试结论是：通过。
并且，虽然通用Π型滤波器和本实施例中的电磁兼容滤波电路均能够实现通过EMC测试，但是通过对比图8结合图7A和图7B，可以发现：采用本实施例中的滤波电路所带来的滤波效果比Π型滤波器还要优秀。.
现在此继续公开实验对象下该电磁兼容电路中的电容器的选型：安规薄膜X电容，其电容量为2-5.5uF；关于电感器的选用：非晶电感：其电感量为200uH-400uH。由于篇幅的关系，本发明还对电感器选用在电感量为300-450uH的铁硅电感进行了相应的测试，也能够获取通过EMC测试的实验结果。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (13)

1.一种电磁兼容滤波电路，其特征在于，包括：
交流电源接口，所述交流电源接口包含有用于连接交流电源火线的第一交流电源接口和用于连接交流电源零线的第二交流电源接口；
电容器，所述电容器的两端分别连接至所述第一交流电源接口和所述第二交流电源接口；
电感器；
所述电容器与所述第二交流电源接口连接的一端连接至所述电感器的第一端，在所述电感器的第二端与所述第一交流电源接口之间适于连接负载。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于：
所述电容器为X型安规电容器。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于：
所述电容器的电容量的大小为0.1uF～10uF。
4.根据权利要求2或3所述的电路，其特征在于：
所述电容器的电容量的大小为2uF～5.5uF。
5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于：
所述电感器的电感量的大小为20uH～10mH。
6.根据权利要求5所述的电路，所述电感器包含电感线圈和磁芯，其特征在于：
所述电感器的电感量的大小为200-400uH，以及
所述磁芯为非晶磁芯。
7.根据权利要求5所述的电路，所述电感器包含电感线圈和磁芯，其特征在于：
所述电感器的电感量的大小为300-450uH，以及
所述磁芯为铁硅磁芯。
8.根据权利要求6或7所述的电路，其特征在于：
所述电感线圈包含铜漆包线和/或镀铜铝漆包线。
9.根据权利要求5所述的电路，其特征在于：
<mrow> <mi>f</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mn>2</mn> <mi>&amp;pi;</mi> <msqrt> <mrow> <mi>L</mi> <mi>C</mi> </mrow> </msqrt> </mrow> </mfrac> <mo>&amp;le;</mo> <mn>2</mn> <mi>K</mi> <mi>H</mi> <mi>z</mi> </mrow>
其中，f指代所述电磁兼容滤波电路的截止频率，L指代所述电感器的电感值，C指代所述电容器的电容值。
10.一种直流电源，其特征在于，该直流电源包含根据权利要求1-9中任一项所述的电磁兼容滤波电路，以及
整流模块，所述整流模块包含交流输入火线端口和交流输入零线端口；
所述电磁兼容滤波电路中电感的所述第二端连接至所述整流模块的所述交流输入零线端口；以及
所述整流模块的所述交流输入火线端口连接至所述电磁兼容滤波电路中的所述第一交流电源接口。
11.根据权利要求10所述的直流电源，其特征在于，所述整流模块为整流桥。
12.一种家用电器，其特征在于，包括：
权利要求1-9任一项所述的电磁兼容滤波电路；
位于所述电磁兼容滤波电路中的所述电感器的所述第二端与所述电磁兼容滤波电路中的所述第一交流电源接口之间的电器控制电路。
13.一种家用电器，其特征在于，包括：
权利要求10或11所述的直流电源；以及
连接至所述整流模块的输出端的电器控制电路。
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