CN108075643B - Emi抑制电路、开关电源、直流电源及家用电器 - Google Patents

Emi抑制电路、开关电源、直流电源及家用电器 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种用于直流电源的EMI抑制电路、开关电源、直流电源及家用电器，属于电磁干扰抑制领域。其中该EMI抑制电路包括：滤波电容，滤波电容的第一端连接至接地端，第二端连接至DC‑DC转换单元的输出端；第一电容，第一电容的第一端连接至滤波电容的第二端或滤波电容的第一端，第二端连接至整流模块的直流负极输出端、交流电源的零线或火线。由此，能够提供一种有效控制EMI接地的方案，能够有效消除开关电源的EMI问题。

Description

EMI抑制电路、开关电源、直流电源及家用电器
技术领域
本发明涉及电子技术领域，具体地，涉及一种用于直流电源的EMI抑制电路、开关电源、直流电源及家用电器。
背景技术
由于线性电源转换效率低的缺陷，使得转换效率更高的开关电源得到了众多家用电器生产厂商的亲睐和推广应用。
开关电源的工作原理是：开关电源在输入端直接将交流电流整成直流电流，并在高频振荡电路的作用下，用开关管控制电流的通断，形成高频脉冲电流，然后再在电感的帮助下，输出稳定的低压直流电源。通常用的开关管有晶体管，可控硅，磁开关等。开关管工作在截止区的时候，相当于机械开关的断开；当开关管工作在饱和区的时候，相当于机械开关的闭合。
但是在开关电源反复工作在截止及饱和区的时候，开关不断的断开闭合，在PN结中不断的形成di/dt及du/dt能量聚集，这些瞬态能量来不及导走，会以电磁波的形式向空间辐射出去，形成几十兆到几百兆的宽频辐射的电磁干扰，使得目前的家电产品都有共同的电磁干扰(EMI)问题。
现有技术中为了解决传导EMI超标的问题，通常会采用在靠近电源端口一侧设置共模干扰信号滤波器，以对共模信号进行抑制。当家电产品的用电功率比较大时，会导致这种EMI解决方案通常有以下明显的缺点：
第一、共模抑制器件个头比较大，需要占据电路板较大空间，不利于电路板的设计和布局；
第二、共模抑制器件的成本较高；
第三、共模抑制器件发热量大，导致整机热转换效率降低。
由此，一种价格低廉、设计简单、占用体积小、热损耗低且能够有效抑制开关电源EMI问题的EMI抑制电路是目前业界亟待解决的技术难题。
需要指出的是，以上技术问题是本发明的发明人在实践本发明的过程中所发现的。
发明内容
本发明实施例一方面的目的是提供一种价格低廉、设计简单、占用体积小、热损耗低且能够有效抑制开关电源EMI问题的用于直流电源的EMI抑制电路；本发明另一方面的目的是提供一种包含上述EMI抑制电路的开关电源、一种包含上述开关电源的直流电源和一种包含上述直流电源的家用电器，用以至少解决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用于直流电源的EMI抑制电路，该直流电源包含有非隔离式开关电源和整流模块，其中该非隔离式开关电源包含顺序连接的AC-DC转换单元、变压器、第一整流二极管和DC-DC转换单元，该非隔离式开关电源用于将来自交流电源的高压交流电转换为低压直流电并经由上述DC-DC转换单元输出，该整流模块用于将来自交流电源的高压交流电转换为高压直流电并经由上述整流模块的直流正极和负极输出端输出，该EMI抑制电路包括：
滤波电容，上述滤波电容的第一端连接至接地端，第二端连接至上述DC-DC转换单元的输出端；
第一电容，上述第一电容的第一端连接至上述滤波电容的上述第二端或上述滤波电容的上述第一端，第二端连接至上述整流模块的直流负极输出端、交流电源的零线或火线。
优选地，上述第一电容为瓷片电容。
优选地，上述第一电容的耐压值为220-3000VAC。
优选地，上述第一电容的电容量大小为101-104。
本发明实施例另一方面提供一种非隔离式开关电源，包括：
顺序连接的AC-DC转换单元、变压器、第一整流二极管和DC-DC转换单元，该非隔离式开关电源用于将来自交流电源的高压交流电转换为低压直流电并经由上述DC-DC转换单元输出；
上文所述的EMI抑制电路。
优选地，该开关电源还包含：第二及第三整流二极管，该第二及第三整流二极管的正极分别连接至交流电压的火线及零线，负极接上述AC-DC转换单元的输入端。
优选地，上述DC-DC转换单元包含一路或多路输出，其中每一输出被配备有根据上文所述的EMI抑制电路。
本发明实施例又一方面提供一种直流电源，包括：
上文所述的非隔离式开关电源，用于将交流电源的高压交流电转换为低压直流电输出；以及
整流模块，用于将上述交流电源的高压交流电转换为高压直流电输出。
优选地，上述整流模块为整流桥。
本发明实施例还一方面提供一种家用电器，包括：上文所述的直流电源。
优选地，该家用电器为电磁炉、电饭煲等家电。
在上述本发明技术方案所提供的EMI抑制电路，通过在开关电源输出端跨接滤波电容，并在该滤波电容的两侧分别跨接电容，由此利用上述能够有效提供一种控制EMI接地方案，能够有效消除开关电源的EMI问题；相比于现有技术中常见的利用EMI滤波电路以解决开关电源的EMI问题，本发明所提供的该接地方式的EMI抑制电路能够更加彻底地消除电磁干扰的问题；并且该EMI抑制电路中所采用的电子元器件简单，成本低廉，有利于实现该EMI抑制电路的大力推广，尤其适合在所有家用电器中推广应用。
本发明实施例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实施例的进一步理解，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实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1示出的是本发明第一实施例的直流电源的结构示意图；
图2示出的是本发明第二实施例的直流电源的结构示意图；
图3示出的是本发明第三实施例的直流电源的结构示意图；
图4示出的是本发明第四实施例的直流电源的结构示意图；
图5示出的是本发明第五实施例的直流电源的结构示意图；
图6示出的是本发明第六实施例的直流电源的结构示意图；
图7示出的是当开关电源回路中不包含本发明实施例中的EMI抑制电路时，针对开关电源回路的EMI测试结果；
图8示出的是当开关电源回路中包含本发明实施例中的EMI抑制电路时，针对开关电源回路的EMI测试结果。
附图标记说明
ACL 交流电源火线 ACN 交流电源零线
10A-10F EMI抑制电路 C1、C2 电容
C3 滤波电容 VO 开关电源输出端
20A-20F 开关电源 D1、D2、D3 整流二极管
AC 整流桥输入端 V+、V- 整流桥输出端
Tr 变压器 30 A-30F 直流电源
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。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1-6分别示出的是本发明不同实施例下的直流电源的结构示意图，其中该直流电源30A-30F分别包含有非隔离式开关电源20A-20F，且在各非隔离式开关电源20A-20F中应用有本发明实施例所提供的EMI抑制电路10A-10F，从图中可以看出应用该EMI抑制电路的开关电源连接至交流电源的火线和零线，顺序连接的AC-DC转换单元、变压器Tr、第一整流二极管D1和DC-DC转换单元，该非隔离式开关电源用于将来自交流电源的交流电转换为直流电并经由该DC-DC转换单元输出，其能够将交流电源输出的交流电转换为直流电；应用该EMI抑制电路的直流电源中还包含整流桥，用于将来自交流电源的高压交流电转换为高压直流电并经由整流桥的直流正极V+和负极输出端V-输出。关于该EMI抑制电路更具体的结构，如图1所示，该EMI抑制电路10A包含有：滤波电容C3、电容C1；滤波电容C3的一端连接至接地端，滤波电容C3的另一端连接至DC-DC转换单元的输出端；电容C1的一端连接至交流电源的零线ACN，另一端连接至滤波电容连接至DC-DC转换单元的输出端的一端。如图2所示，该EMI抑制电路10B包含有：滤波电容C3、电容C1；滤波电容C3的一端连接至接地端，滤波电容C3的另一端连接至DC-DC转换单元的输出端；电容C1的一端连接至交流电源的火线ACL，另一端连接至滤波电容连接至DC-DC转换单元的输出端的一端。如图3所示，该EMI抑制电路10C包含有：滤波电容C3、电容C1；滤波电容C3的一端连接至接地端，滤波电容C3的另一端连接至DC-DC转换单元的输出端；电容C1的一端连接至滤波电容C3连接至接地端的一端，另一端连接至交流电源的零线ACN。如图4所示，该EMI抑制电路10D包含有：滤波电容C3、电容C1；滤波电容C3的一端连接至接地端，滤波电容C3的另一端连接至DC-DC转换单元的输出端；电容C1的一端连接至滤波电容C3连接至接地端的一端，另一端连接至交流电源的火线。如图5所示，该EMI抑制电路10E包含有：滤波电容C3、电容C1；滤波电容C3的一端连接至接地端，滤波电容C3的另一端连接至DC-DC转换单元的输出端；电容C1的一端连接至滤波电容C3连接至DC-DC转换单元的输出端的一端，另一端连接至整流桥的直流负极输出端V-。如图6所示，该EMI抑制电路10F包含有：滤波电容C3、电容C1；滤波电容C3的一端连接至接地端，滤波电容C3的另一端连接至DC-DC转换单元的输出端；电容C1的一端连接至滤波电容C3连接至接地端的一端，另一端连接至整流桥的直流负极输出端V-。可以理解的是，该EMI抑制电路10A-10F中电子元器件与交流电源火线ACL或零线ACN的连接应是间接连接，更具体地该电子元器件可以是基于用于连接至火线ACL或零线ACN的电源接口而实现与交流电源火线ACL或零线ACN的连接。在本实施例中，能够利用由C1、C3和接地端有效将开关电源接入端的干扰信号以接地的方式进行滤除，由此消除开关电源在工作过程中所产生的强大的电磁干扰信号，尤其是能够消除利用现有技术中的滤波EMI抑制电路难以处理的频段范围为30MHz-230MHz的干扰信号。在本发明一些可选的实施例中，上述EMI抑制电路的载体为PCB电路板，该PCB电路板为单面板或者多层板，当该载体采用多层板时，本实施例中的接地端应单独定义地平面，当该载体采用单层板时，本实施例中的接地端应定于出专门的地回路；由此能够实现干扰信号的快速接地，提高干扰信号的消除效率。
以下将继续公开该EMI抑制电路中各元器件的选型参数：电容C1和电容C2为耐高压电容，优选为瓷片电容，应要求电容C1的耐压值至少能够超过交流电源的电压值；当将该EMI抑制电路应用在家电产品中时，应当将电容的耐压值设为220-3000VAC。电容C1的电容量大小为101-104，可以理解的是，该电容量的表示方法应是本领域技术人员所熟知的，电容量大小101就表示10乘10的一次方PF，电容量大小104表示10乘10的四次方PF；由此能够保障开关电源能正常工作，而不会被烧坏。本发明实施例中的滤波电容C3的型号和电容量在此不做限定，因本发明实施例中通过在开关电源的输出端连接滤波电容C3，实现了干扰信号的耦合接地。
为了证明本发明实施例所提供的EMI抑制电路针对于电磁干涉具有良好的抑制效果，发明人还针对本发明实施例采用了对照实验，其中对照实验中的参照对象为：不包含有本发明实施例所提供的EMI抑制电路的开关电源回路；实验对象为：与参照对象相同的开关电源回路，区别仅在于实验对象采用了本发明实施例所提供的EMI抑制电路10A-10F。图7和图8分别表示的是参照对象和实验对象所输出的EMI参数数据，通过对比数据可知，参照对象的EMI参数超正常EMI指标高达16dB，而实验对象的EMI参数相比于正常EMI指标还留有3dB的余量。因此能很直观地确定：本发明实施例所提供的EMI抑制电路能够显著有效地抑制开关电源回路的EMI问题。
继续参照图1-图6，其中非隔离开关电源20A-20F的具体结构为：包含上文所述的EMI抑制电路10A-10F，以及顺序连接的AC-DC转换单元、变压器Tr、第一整流二极管D1和DC-DC转换单元，该非隔离式开关电源用于将来自交流电源的交流电转换为直流电并经由该DC-DC转换单元输出，其能够将交流电源输出的交流电转换为直流电；其中上文所述的EMI抑制电路连接至该DC-DC转换单元的输出端，以实现对开关电源工作所产生的干扰信号的抑制。其中该AC-DC转换单元包含有AC-DC芯片，以将来自交流电源的交流电转换为直流电输出VO，该VO一般为低压输出电源，为与开关电源连接的低压控制电路(未示出)供电；需要说明的是，当低压控制负载电路与VO连接时，电容器C3跟负载电路形成环路，使得在C3的上端及下端都存有噪声，虽然C3在此处为滤波电路，但是因为该环路的存在，导致C3两端上下都有噪声，而且噪声强度一般情况下不等，极容易在C3处再次形成EMI辐射源；故通过本实施例在C3的两端分别设置电容C1和电容C2，使得C3两端的噪声迅速接地而消除EMI噪声。在本发明的一些可选实施例中，开关电源20A-20F还包含第二整流二级管D2和第三整流二级管D3，该整流二极管D2、D3的正极连接至交流电源火线ACL，该整流二极管D2、D3的负极连接至交流电源零线ACN，由此实现为AC-DC转换单元的输入电流的整流，并能够保障AC-DC转换单元所输出的电压VO的质量和转换效率。在本发明的一些可选的实施例中，当上述低压控制电路需要AC-DC转换单元有多路工作输出(未示出)时，相应地为AC-DC转换单元的每一输出均分别配备有上文实施例中的EMI抑制电路，由此通过将各个支路中的电磁干扰信号进行滤除，能更有效地降低了开关电源回路的电磁干扰辐射。继续参照图1-6，其中直流电源30A-30F分别包含开关电源20A-20F和整流桥，该整流桥的输出端V+和V-用于输出高压直流电输出以供高压负载工作。由此实现了通过在低压控制端控制高压负载电路工作，降低低压端控制工作时所产生的电磁干扰。需要说明的是，本发明实施例中的整流桥也可以被其他具有整流功能的整流模块所替换，都应该是是属于本发明所涵盖的保护范围。
在本发明另一实施例中，还提供一种家用电器，该家用电器包括直流电源。关于直流电源的结构可以参照上述实施例，故在此不加以赘述。通过为家用电器配备该直流电源，能够有效降低家用电器的电磁干扰辐射。更具体地，该家用电器可以是电磁炉、电饭煲或其他家电产品，由此能够降低家电产品的电磁干扰辐射。
以上结合附图详细描述了本发明例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例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实施例的保护范围。
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，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。
本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
此外，本发明实施例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实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (11)

1.一种用于直流电源的EMI抑制电路，该直流电源包含有非隔离式开关电源和整流模块，其中该非隔离式开关电源包含顺序连接的AC-DC转换单元、变压器、第一整流二极管和DC-DC转换单元，该非隔离式开关电源用于将来自交流电源的高压交流电转换为低压直流电并经由所述DC-DC转换单元输出，以为与所述非隔离式开关电源连接的低压控制电路供电，该整流模块用于将来自交流电源的高压交流电转换为高压直流电并经由所述整流模块的直流正极和负极输出端输出，以供高压负载工作，通过所述低压控制电路控制高压负载工作，降低所述低压控制电路控制工作时所产生的电磁干扰；其特征在于，该EMI抑制电路包括：
滤波电容，所述滤波电容的第一端连接至接地端，第二端连接至所述DC-DC转换单元的输出端；
第一电容，所述第一电容的第一端连接至所述滤波电容的所述第一端或所述第二端，第二端连接至所述整流模块的直流负极输出端。
2.根据权利要求1所述的EMI抑制电路，其特征在于：
所述第一电容为瓷片电容。
3.根据权利要求1或2所述的EMI抑制电路，其特征在于：
所述第一电容的耐压值为220-3000VAC。
4.根据权利要求1或2所述的EMI抑制电路，其特征在于：
所述第一电容的电容量大小为101-104。
5.一种非隔离式开关电源，其特征在于，包括：
顺序连接的AC-DC转换单元、变压器、第一整流二极管和DC-DC转换单元，该非隔离式开关电源用于将来自交流电源的高压交流电转换为低压直流电并经由所述DC-DC转换单元输出；
权利要求1-4任一项所述的EMI抑制电路。
6.根据权利要求5所述的非隔离式开关电源，其特征在于，该开关电源还包含：
第二及第三整流二极管，该第二及第三整流二极管的正极分别连接至交流电压的火线及零线，负极接所述AC-DC转换单元的输入端。
7.根据权利要求5所述的非隔离式开关电源，其特征在于，所述DC-DC转换单元包含一路或多路输出，其中每一输出被配备有根据权利要求1-4任一项所述的EMI抑制电路。
8.一种直流电源，其特征在于，包括：
权利要求5-7任一项所述的非隔离式开关电源，用于将交流电源的高压交流电转换为低压直流电输出；以及
整流模块，用于将所述交流电源的高压交流电转换为高压直流电输出。
9.根据权利要求8所述的直流电源，其特征在于：
所述整流模块为整流桥。
10.一种家用电器，其特征在于，包括根据权利要求8或9所述的直流电源。
11.根据权利要求10所述的家用电器，其特征在于，该家用电器为电磁炉、电饭煲等家电。
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