CN108156836A - 电磁噪声抑制电路 - Google Patents
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Abstract
一种用于与接地的噪声源(212、214)一起使用的噪声抑制电路，该噪声抑制电路可以包括：具有第一端子和第二端子的第一电容器(230)，所述第一电容器的第一端子连接至所述噪声源；和具有第一端子和第二端子的第一阻抗元件(240)，所述第一阻抗元件的第一端子连接至所述第一电容器的第二端子，并且所述第一阻抗元件的第二端子接地(210)。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求保护2015年10月7日提交的美国临时专利申请No.61/238,379在35U.S.C.§119(e)下的优先权，其公开通过引用并入于此。
技术领域
本申请涉及用于与诸如马达的噪声源一起使用的噪声抑制电路。
背景技术
在驱动马达时，一个问题是在特定频率上产生噪声。例如，图1示出了常规噪声抑制电路的示例。图1示出了具有电刷1012、1014的马达1000。电感器1020、1022连接至电刷1012、1014中的每一个。“X电容器”1034连接马达端子1050、1052，并且“Y电容器”1030、1032将马达端子1050、1052接地。
如在图2中看出，由于线束1110与马达壳体1010之间的电容导致的线束1110上的RF电流1100而产生辐射噪声。在低频下，Y电容器1030、1032使该电压短路以抑制噪声(参见图2中的电流1102)。然而，已经发现在高频(例如，高于200MHz)下，到马达壳体1010的连接导致比没有连接至马达壳体1010时存在的RF噪声更高的RF噪声水平。据推测，这种更高水平的噪声是归因于电流1100和1102的谐振。
去除Y电容器1030、1032以消除与马达壳体1010的连接将去除高频下的这种谐振辐射噪声(参见图3)。然而，必须保持与马达壳体1010的连接以抑制低频噪声。
另外，图4示出了用于噪声抑制电路的常规印刷电路板(PCB)迹线(trace)布局的示例。例如，图4中的迹线1200、1202以及1204都具有大的宽度以保持低阻抗。然而，当PCB布局中宽度较大的迹线彼此相邻时，因迹线之间的电容而可能出现高频短路路径。当尝试实施针对高频辐射噪声问题的解决方案时，这种高频短路路径可能会影响噪声抑制。
在一些应用中，可以使用馈通电容器来帮助抑制噪声。然而，重要的是注意到馈通电容器的尺寸使其不适用于小型马达。另外，馈通电容器的成本对于广泛使用而言是不可接受的。
因此，需要这样一种成本合理的结构，即，其保持与马达壳体在低频下的连接并且还抑制高频下的辐射噪声，同时考虑到PCB布局中具有较大迹线宽度的高频短路路径所造成的可能问题。
发明内容
用于与可以包括第一电刷、第二电刷以及马达壳体的马达一起使用的噪声抑制电路的至少一个实施方式可以包括：第一电感器，该第一电感器具有第一端子和第二端子，所述第一电感器的第一端子连接至所述第一电刷；第二电感器，该第二电感器具有第一端子和第二端子，所述第二电感器的第一端子连接至所述第二电刷；第一电容器，该第一电容器具有第一端子和第二端子，所述第一电容器的第一端子连接至所述第一电感器的第二端子；第二电容器，该第二电容器具有第一端子和第二端子，所述第二电容器的第一端子连接至所述第二电感器的第二端子；第三电容器，该第三电容器具有第一端子和第二端子，所述第三电容器的第一端子连接至所述第一电容器的第一端子和所述第一电感器的第二端子，并且所述第三电容器的第二端子连接所述第二电容器的第一端子和所述第二电感器的第二端子；以及由以下各项构成的组中的一项：第一铁氧体磁珠(ferrite bead)，该第一铁氧体磁珠具有第一端子和第二端子，所述第一铁氧体磁珠的第一端子连接至所述第一电容器的第二端子和所述第二电容器的第二端子，并且所述第一铁氧体磁珠的第二端子接地；以及具有第一端子与第二端子的第一铁氧体磁珠和具有第一端子与第二端子的第二铁氧体磁珠；所述第一铁氧体磁珠的第一端子连接至所述第一电容器的第二端子，所述第一铁氧体磁珠的第二端子接地；并且所述第二铁氧体磁珠的第一端子连接至所述第二电容器的第二端子，所述第二铁氧体磁珠的第二端子接地。所述马达壳体可以接地。
马达的至少一个实施方式可以包括：第一电刷；第二电刷；马达壳体；以及噪声抑制电路。所述噪声抑制电路可以包括：第一电感器，该第一电感器具有第一端子和第二端子，所述第一电感器的第一端子连接至所述第一电刷；第二电感器，该第二电感器具有第一端子和第二端子，所述第二电感器的第一端子连接至所述第二电刷；第一电容器，该第一电容器具有第一端子和第二端子，所述第一电容器的第一端子连接至所述第一电感器的第二端子；第二电容器，该第二电容器具有第一端子和第二端子，所述第二电容器的第一端子连接至所述第二电感器的第二端子；第三电容器，该第三电容器具有第一端子和第二端子，所述第三电容器的第一端子连接至所述第一电容器的第一端子和所述第一电感器的第二端子，并且所述第三电容器的第二端子连接所述第二电容器的第一端子和所述第二电感器的第二端子；以及由以下各项构成的组中的一项：第一铁氧体磁珠，该第一铁氧体磁珠具有第一端子和第二端子，所述第一铁氧体磁珠的第一端子连接至所述第一电容器的第二端子和所述第二电容器的第二端子，并且所述第一铁氧体磁珠的第二端子接地；和具有第一端子与第二端子的第一铁氧体磁珠和具有第一端子与第二端子的第二铁氧体磁珠；所述第一铁氧体磁珠的第一端子连接至所述第一电容器的第二端子，所述第一铁氧体磁珠的第二端子接地；并且所述第二铁氧体磁珠的第一端子连接至所述第二电容器的第二端子，所述第二铁氧体磁珠的第二端子接地。所述马达壳体可以接地。
用于与接地的噪声源一起使用的噪声抑制电路的至少一个实施方式可以包括：第一电容器，该第一电容器具有第一端子和第二端子，所述第一电容器的第一端子连接至所述噪声源；和第一阻抗元件，该第一阻抗元件具有第一端子和第二端子，所述第一阻抗元件的第一端子连接至所述第一电容器的第二端子，并且所述第一阻抗元件的第二端子接地。
附图说明
下面，参照只是示例性而非限制性的附图，仅通过示例的方式，对实施方式进行描述，并且其中，相同元件在多个图中以相同方式编号，其中：
图1是常规噪声抑制电路的图；
图2是示出可以在噪声抑制电路中流动的电流的图；
图3是去除Y电容器的噪声抑制电路的图；
图4是用于噪声抑制电路的常规PCB迹线布局；
图5是根据实施方式的噪声抑制电路的图；
图6是根据实施方式的噪声抑制电路的图；
图7是根据实施方式的噪声抑制电路的图；
图8是根据实施方式的噪声抑制电路的图；
图9是示出噪声抑制电路的实施方式在低频和高频下的效果的图；
图10是根据至少一个实施方式的用于噪声抑制电路的PCB迹线布局；
图11示出了根据至少一个实施方式的伴随马达的噪声抑制电路的实现。
具体实施方式
图5例示了噪声抑制电路的一个实施方式。该噪声抑制电路可以与噪声源10一起使用，并且可以包括电容器30和阻抗元件40。电容器30具有第一端子和第二端子，电容器30的第一端子连接至噪声源10。阻抗元件40具有第一端子和第二端子。阻抗元件40的第一端子可以连接至电容器30的第二端子，并且阻抗元件的第二端子可以接地。阻抗元件40可以是电阻器、低通滤波器、铁氧体磁珠或其它合适结构。
图6例示了噪声抑制电路的另一实施方式。在图6中，噪声源可以具体实施为包括壳体110、第一电刷112以及第二电刷114的马达。壳体110可以接地。噪声抑制电路可以包括：具有第一端子和第二端子的第一电感器120，具有第一端子和第二端子的第二电感器122，具有第一端子和第二端子的第一电容器130，具有第一端子和第二端子的第二电容器132，具有第一端子和第二端子的第三电容器134，具有第一端子和第二端子的第一铁氧体磁珠140，以及具有第一端子和第二端子的第二铁氧体磁珠142。第一电感器120的第一端子可以连接至第一电刷112。第二电感器122的第一端子可以连接至第二电刷114。第一电容器130的第一端子可以连接至第一电感器120的第二端子。第二电容器132的第一端子可以连接至第二电感器122的第二端子。第三电容器134的第一端子可以连接至第一电容器130的第一端子和第一电感器120的第二端子。第三电容器134的第二端子可以连接至第二电容器132的第一端子和第二电感器122的第二端子。第一铁氧体磁珠140的第一端子可以连接至第一电容器130的第二端子。第一铁氧体磁珠140的第二端子可以接地。第二铁氧体磁珠142的第一端子可以连接至第二电容器132的第二端子。第二铁氧体磁珠142的第二端子可以接地。第一铁氧体磁珠140和第二铁氧体磁珠142的添加将通过向电路增加电感来降低谐振频率，并且还将通过增加电阻来减小电流1100和1102的谐振的幅度。换句话说，铁氧体磁珠具有电阻特性和电感特性二者。
图7例示了噪声抑制电路的另一实施方式。在图7中，图5的噪声源10可以具体实施为包括第一电刷壳体210、第一电刷212以及第二电刷214的马达。壳体210可以接地。噪声抑制电路可以包括：具有第一端子和第二端子的第一电感器220，具有第一端子和第二端子的第二电感器222，具有第一端子和第二端子的第一电容器230，具有第一端子和第二端子的第二电容器232，具有第一端子和第二端子的第三电容器234，以及具有第一端子和第二端子的第一铁氧体磁珠244。第一电感器220的第一端子可以连接至第一电刷212。第二电感器222的第一端子可以连接至第二电刷214。第一电容器230的第一端子可以连接至第一电感器220的第二端子。第二电容器232的第一端子可以连接至第二电感器222的第二端子。第三电容器234的第一端子可以连接至第一电容器230的第一端子和第一电感器220的第二端子。第三电容器234的第二端子可以连接至第二电容器232的第一端子和第二电感器222的第二端子。第一铁氧体磁珠240的第一端子可以连接至第一电容器230的第二端子和第二电容器232的第二端子。第一铁氧体磁珠240的第二端子可以接地。第一铁氧体磁珠240的添加将通过向电路增加电感来降低谐振频率，并且还将通过增加电阻来减小电流1100和1102的谐振幅度。换句话说，铁氧体磁珠具有电阻特性和电感特性二者。
图8例示了噪声抑制电路的另一实施方式。在图8中，噪声源可以具体实施为马达，该马达包括壳体310、第一电刷312以及第二电刷314。壳体310可以接地。噪声抑制电路可以包括：具有第一端子和第二端子的第一电感器320，具有第一端子和第二端子的第二电感器322，具有第一端子和第二端子的第一电容器330，具有第一端子和第二端子的第二电容器332，具有第一端子和第二端子的第三电容器334，具有第一端子和第二端子的第一电阻器340，以及具有第一端子和第二端子的第二电阻器342。第一电感器320的第一端子可以连接至第一电刷312。第二电感器322的第一端子可以连接至第二电刷314。第一电容器330的第一端子可以连接至第一电感器320的第二端子。第二电容器332的第一端子可以连接至第二电感器322的第二端子。第三电容器334的第一端子可以连接至第一电容器330的第一端子和第一电感器320的第二端子。第三电容器334的第二端子可以连接至第二电容器332的第一端子和第二电感器322的第二端子。第一电阻器340的第一端子可以连接至第一电容器330的第二端子。第一电阻器340的第二端子可以接地。第二电阻器342的第一端子可以连接至第二电容器332的第二端子。第二电阻器342的第二端子可以接地。第一电阻器340和第二电阻器342的添加将减小电流1100和1102的谐振幅度(参见图2)。
图9是示出噪声抑制电路的实施方式的效果的图。例如，在低频下，铁氧体磁珠140、142将具有相对较低的阻抗，使得低频电流可以通过电容器130、132被短路至壳体。与此相反，在高频下，铁氧体磁珠140、142的阻抗变得相对较高，以使有效地将电路与壳体110断开，从而抑制由谐振电流产生的高频噪声。
图10示出了如何在电路板160上实现图6的噪声抑制电路。例如，第一电容器130可以在电路板160上具有第一焊盘(land)130a和第二焊盘130b。第二电容器132可以在电路板160上具有第一焊盘132a和第二焊盘132b。第一铁氧体磁珠140(即，第一阻抗元件)可以在电路板160上具有第一焊盘140a和第二焊盘140b。第二铁氧体磁珠142可以在电路板160上具有第一焊盘142a和第二焊盘142b。第一电容器130的第二焊盘130b可以通过第一迹线162连接至第一铁氧体磁珠140的第一焊盘140a。第二电容器132的第二焊盘132b可以通过第二迹线164连接至第二铁氧体磁珠142的第一焊盘142a。第一铁氧体磁珠140的第二焊盘140b可以通过第三迹线166连接至接地端子150。第二铁氧体磁珠142的第二焊盘142b可以通过第四迹线168连接至接地端子150。
如在图10中进一步看出，第一迹线162的宽度可以比第一电容器130的第二焊盘130b的宽度窄，并且比第一铁氧体磁珠140的第一焊盘140a的宽度窄。另外，第二迹线164的宽度可以比第二电容器132的第二焊盘132b的宽度窄，并且比第二铁氧体磁珠142的第一焊盘142a的宽度窄。图10还示出了第一铁氧体磁珠140的第二焊盘140b的宽度和第三迹线166的宽度比第一铁氧体磁珠140的第一焊盘140a的宽度宽。另外，第二铁氧体磁珠142的第二焊盘142b的宽度和第四迹线168的宽度比第二铁氧体磁珠142的第一焊盘142a的宽度宽。焊盘宽度和迹线宽度的这种排布结构有助于防止因焊盘之间的电容而造成的高频短路路径。
图11示出了电路板160可以作为马达的一部分被固定至电刷板(brush card)180。另外，电路板160的接端子可以经由螺钉(screw)152接地。换句话说，第一铁氧体磁珠(即，阻抗元件)的第二端子和第二铁氧体磁珠的第二端子可以经由螺钉152接地。螺钉152可以直接连接至马达盖，因此电噪声可以逸出到马达外部。
由此，总的来说，上述结构具有以同一电路来抑制低频和高频下的噪声，同时避免在PCB布局中实现电路时出现高频短路路径的问题的益处。
虽然以上描述涉及本发明的特定实施方式，但应当明白，在不脱离本发明精神的情况下可以进行许多修改。所附权利要求书旨在覆盖落入本发明的真实范围和精神内的这种修改。
本公开实施方式因此如所示并且不受限地按全部方面来考虑，本发明的范围通过所附权利要求书而非前述描述来限定，并且落入权利要求书的等同物的含义和范围内的所有改变因此被涵盖于其中。
Claims (15)
1.一种用于与马达一起使用的噪声抑制电路，该马达包括第一电刷、第二电刷和马达壳体，所述噪声抑制电路包括：
第一电感器，该第一电感器具有第一端子和第二端子，所述第一电感器的第一端子连接至所述第一电刷；
第二电感器，该第二电感器具有第一端子和第二端子，所述第二电感器的第一端子连接至所述第二电刷；
第一电容器，该第一电容器具有第一端子和第二端子，所述第一电容器的第一端子连接至所述第一电感器的第二端子；
第二电容器，该第二电容器具有第一端子和第二端子，所述第二电容器的第一端子连接至所述第二电感器的第二端子；
第三电容器，该第三电容器具有第一端子和第二端子，所述第三电容器的第一端子连接至所述第一电容器的第一端子和所述第一电感器的第二端子，并且所述第三电容器的第二端子连接至所述第二电容器的第一端子和所述第二电感器的第二端子；以及
由以下各项构成的组中的一项：
第一铁氧体磁珠，该第一铁氧体磁珠具有第一端子和第二端子，所述第一铁氧体磁珠的第一端子连接至所述第一电容器的第二端子和所述第二电容器的第二端子，并且所述第一铁氧体磁珠的第二端子接地；以及
具有第一端子与第二端子的第一铁氧体磁珠和具有第一端子与第二端子的第二铁氧体磁珠；所述第一铁氧体磁珠的第一端子连接至所述第一电容器的第二端子，所述第一铁氧体磁珠的第二端子接地；并且所述第二铁氧体磁珠的第一端子连接至所述第二电容器的第二端子，所述第二铁氧体磁珠的第二端子接地；
其中，所述马达壳体接地。
2.一种马达，该马达包括：
第一电刷；
第二电刷；
马达壳体；以及
噪声抑制电路，该噪声抑制电路包括：
第一电感器，该第一电感器具有第一端子和第二端子，所述第一电感器的第一端子连接至所述第一电刷；
第二电感器，该第二电感器具有第一端子和第二端子，所述第二电感器的第一端子连接至所述第二电刷；
第一电容器，该第一电容器具有第一端子和第二端子，所述第一电容器的第一端子连接至所述第一电感器的第二端子；
第二电容器，该第二电容器具有第一端子和第二端子，所述第二电容器的第一端子连接至所述第二电感器的第二端子；
第三电容器，该第三电容器具有第一端子和第二端子，所述第三电容器的第一端子连接至所述第一电容器的第一端子和所述第一电感器的第二端子，并且所述第三电容器的第二端子连接所述第二电容器的第一端子和所述第二电感器的第二端子；以及
由以下各项构成的组中的一项：
第一铁氧体磁珠，该第一铁氧体磁珠具有第一端子和第二端子，所述第一铁氧体磁珠的第一端子连接至所述第一电容器的第二端子和所述第二电容器的第二端子，并且所述第一铁氧体磁珠的第二端子接地；和
具有第一端子与第二端子的第一铁氧体磁珠和具有第一端子与第二端子的第二铁氧体磁珠；所述第一铁氧体磁珠的第一端子连接至所述第一电容器的第二端子，所述第一铁氧体磁珠的第二端子接地；并且所述第二铁氧体磁珠的第一端子连接至所述第二电容器的第二端子，所述第二铁氧体磁珠的第二端子接地；
其中，所述马达壳体接地。
3.一种用于与接地的噪声源一起使用的噪声抑制电路，该噪声抑制电路包括：
第一电容器，该第一电容器具有第一端子和第二端子，所述第一电容器的第一端子连接至所述噪声源；以及
第一阻抗元件，该第一阻抗元件具有第一端子和第二端子，所述第一阻抗元件的第一端子连接至所述第一电容器的第二端子，并且所述第一阻抗元件的第二端子接地。
4.根据权利要求3所述的噪声抑制电路，其中，所述第一阻抗元件是铁氧体磁珠。
5.根据权利要求3所述的噪声抑制电路，其中，所述噪声源包括马达，该马达包括第一电刷、第二电刷以及马达壳体；
所述马达壳体接地；以及
所述第一电容器的第一端子连接至所述第一电刷。
6.根据权利要求5所述的噪声抑制电路，所述噪声抑制电路还包括：
第二电容器，该第二电容器具有第一端子和第二端子，所述第二电容器的第一端子连接至所述第二电刷；
第二阻抗元件，该第二阻抗元件具有第一端子和第二端子，所述第二阻抗元件的第一端子连接至所述第二电容器的第二端子，并且所述第二阻抗元件的第二端子接地。
7.根据权利要求5所述的噪声抑制电路，所述噪声抑制电路还包括：
第二电容器，该第二电容器具有第一端子和第二端子，所述第二电容器的第一端子连接至所述第二电刷，并且所述第二电容器的第二端子连接至所述第一阻抗元件的第一端子。
8.根据权利要求5所述的噪声抑制电路，所述噪声抑制电路还包括：
第三电容器，该第三电容器具有第一端子和第二端子，所述第三电容器的第一端子连接至所述第一电容器的第一端子和所述第一电刷，并且所述第三电容器的第二端子连接至所述第二电刷。
9.根据权利要求5所述的噪声抑制电路，所述噪声抑制电路还包括：
第一电感器，该第一电感器设置在所述第一电容器的第一端子与所述第一电刷之间。
10.根据权利要求5所述的噪声抑制电路，其中，所述第一阻抗元件是电阻器或低通滤波器。
11.根据权利要求10所述的噪声抑制电路，其中，所述第一阻抗元件是低通滤波器。
12.根据权利要求11所述的噪声抑制电路，其中，所述低通滤波器是铁氧体磁珠。
13.根据权利要求5所述的噪声抑制电路，其中，所述第一电容器和所述阻抗元件设置在电路板上。
14.根据权利要求13所述的噪声抑制电路，其中，在所述第一电容器的第二端子与所述第一阻抗元件的第一端子之间设置有迹线；并且
所述迹线的宽度比用于所述第一电容器的第二端子的焊盘的宽度和用于所述第一阻抗元件的第一端子的焊盘的宽度窄。
15.根据权利要求13所述的噪声抑制电路，其中，所述马达还包括电刷板；
所述电路板固定至所述电刷板；并且
所述第一阻抗元件的第二端子经由螺钉接地。
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