CN111934538A - 一种屏蔽结构、电路以及电源适配器 - Google Patents

Abstract

一件种屏蔽结构、电路以及电源适配器。本发明在电路中的整流滤波电容与其他元件之间设置有两个屏蔽层，并设置其中一个屏蔽层连接电路的副边地SGND，设置其中的另一个屏蔽层连接电路的副边地SGND。本发明能够利用屏蔽结构的这种电路连接关系，使得整流滤波电容与屏蔽层之间的等效寄生电容

不再与电路中的共模电感

并联。由此，本发明在高频状态下工作的时候，共模电感

的阻抗特性受寄生电容影响较小，不会因为寄生电容

的影响而使得共模电感

对高频噪声失去作用。本发明的屏蔽结构适用于直流滤波器、交流滤波器、交直流混合模式的滤波器以及电源适配器电路，能够有效保证对电路中高频共模噪声的抑制作用。

Description

一种屏蔽结构、电路以及电源适配器

技术领域

本发明涉及电磁干扰屏蔽技术，具体而言涉及一种屏蔽结构、电路以及电源适配器。

背景技术

电源适配器电路结构中，各器件之间由于近场耦合作用，会在各器件之间产生寄生电容分布。各寄生电容会等效并联在电源适配器中共模电感的两端。

电源适配器中的共模电感，其设置的目的是用于抑制共模噪声。理论上，共模电感自身阻抗越大，其对适配器电路中共模噪声的抑制程度越高，能够尽可能降低共模噪声所带来的干扰。但是，由于寄生电容的分布，在电源适配器的等效电路中，该共模电感实际上并联有一个等效的寄生电容，该等效的寄生电容容值由各器件之间近场耦合作用大小而共同决定。

由于电容的阻抗与其中所通过的电信号的频率成反比。因此，高频状态下，上述等效的寄生电容分布会导致共模电感两端等效并联一个具有较小阻抗的电容。而这个等效的小阻抗电容与共模电感并联，又会使得并联后整体回路的阻抗几乎直接由该阻抗小的等效寄生电容决定。

极端情况下，在电路高频工作的时候，上述寄生电容的分布会基本让共模电感失效，使得并联后整体回路的阻抗降低，不利于抑制电路中的共模噪声。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种屏蔽结构、电路以及电源适配器，本发明利用两层屏蔽结构，使其分别连接原边地和副边地，从而避免寄生电容等效并联在共模电感两端，降低寄生电容对共模电感高频阻抗特性的影响。本发明具体采用如下技术方案。

首先，为实现上述目的，提出一种 屏蔽结构，其设置在电路中，包括：第一屏蔽层，其连接电路的副边地SGND；第二屏蔽层，其连接电路的原边地PGND；并且，所述第一屏蔽层和第二屏蔽层分别设置在电路中的整流滤波电容与电路中的其他元件之间。

可选的，如上任一所述的屏蔽结构，其中，所述第一屏蔽层设置在整流滤波电容与电路中的其他元件之间；所述第二屏蔽层设置在第一屏蔽层与电路中的其他元件之间。

可选的，如上任一所述的屏蔽结构，其中，所述电路包括：原边电路板，其设置在电路的变压器原边；二次侧电路板，其设置在电路的变压器副边；整流滤波电容，其设置在原边电路板上，但是其元件因为比较大，有可能横跨原边电路板和二次侧电路板，所述整流滤波电容的管脚接于电路的原边；变压器，其设置在原边电路板和二次侧电路板之间，位于电路的另一侧；所述第一屏蔽层和第二屏蔽层均至少部分包裹所述整流滤波电容，所述第一屏蔽层和第二屏蔽层均设置在整流滤波电容和滤波电磁元件之间，并且，所述第一屏蔽层和第二屏蔽层均设置在整流滤波电容和变压器之间。

可选的，如上任一所述的屏蔽结构，其中，所述第一屏蔽层和第二屏蔽层之间相互重叠，并且，所述第一屏蔽层和第二屏蔽层之间相互绝缘。

可选的，如上任一所述的屏蔽结构，其中，所述第一屏蔽层包括：第一屏蔽面和第二屏蔽面，第一屏蔽面和第二屏蔽面之间一体设置或具有电连接，第一屏蔽面和第二屏蔽面之间设置具有紧贴整流滤波电容的夹角，所述第一屏蔽面设置在整流滤波电容的一侧和变压器之间，所述第二屏蔽面设置在整流滤波电容的另一侧和其他元器件之间；所述第二屏蔽层包括：第三屏蔽面和第四屏蔽面，第三屏蔽面和第四屏蔽面之间一体设置或具有电连接，第三屏蔽面和第四屏蔽面之间设置具有紧贴整流滤波电容的夹角，所述第三蔽面设置在第一屏蔽面和变压器之间，所述第四屏蔽面设置在第二屏蔽面和其他元器件之间。

可选的，如上任一所述的屏蔽结构，其中，所述第一屏蔽层和第二屏蔽层之间无直接电接触。

可选的，如上任一所述的屏蔽结构，其中，所述第一屏蔽层为隔离在整流滤波电容与电路中电磁元件之间的一个金属片；所述第二屏蔽层为隔离在整流滤波电容与电路中电磁元件之间的另一个金属片；两个金属片之间设置有绝缘胶带或固定有绝缘机构。

本发明还同时提供有一种电路，包括：原边电路板，其连接电路的输入端；二次侧电路板，其连接电路的输出端；整流滤波电容，其设置在原边电路板和二次侧电路板之间，位于电路的一侧；滤波电磁元件，其设置在原边电路板；第一屏蔽层，其与电路的副边地SGND电连接；第二屏蔽层，其与电路的原边地PGND电连接；所述第一屏蔽层和第二屏蔽层均设置在原边电路板和二次侧电路板之间，且所述第一屏蔽层和第二屏蔽层均位于整流滤波电容和滤波电磁元件之间。

可选的，如上任一所述的电路，其中，所述电路包括但不限于：直流滤波器、交流滤波器、交直流混合模式的滤波器以及电源适配器电路。

同时，为实现上述目的，本发明还提供一种电源适配器，其电路中设置有原边地PGND、副边地SGND以及整流滤波电容；该电源适配器中还设置有：第一屏蔽层，其与电源适配器电路中的副边地SGND电连接；第二屏蔽层，其与电源适配器电路中的原边地PGND电连接；并且，所述第一屏蔽层和第二屏蔽层均至少部分地包裹在整流滤波电容的外周。

有益效果

本发明在电源适配器等电路结构中设置有两个屏蔽层，并设置其中一个屏蔽层连接原 边地，其中另一个屏蔽层连接原边地。由此，本发明的等效电路中，整流滤波电容与屏蔽层 之间的寄生电容

不再与电路中的共模电感

并联。由此，本发明在高频状态下工作 的时候，共模电感

的阻抗特性受寄生电容影响较小，不会因为寄生电容

的影响而使 得共模电感

对高频噪声失去作用。

另外，整流滤波电容与屏蔽层之间的寄生电容

还会因为本发明中所增设的连 接至副边地SGND的屏蔽层，而实现与隔离电容

并联。一般而言，虽然寄生电容

容值远 远小于隔离电容

的容值，但是其与隔离电容

并联后依旧能够增加整体并联电容的容 值总量。因此，本发明能够通过寄生电容

增加隔离电容

两端的等效容值，有利于增强 共模电感

回路的阻抗特性，能够对共模噪声起更好的抑制作用。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图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，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是现有电源适配器的电路原理示意图。

图2是现有屏蔽方式下电源适配器电路中各寄生电容的示意图。

图3是图2所对应的等效电路图。

图4是本发明所提供的屏蔽结构设置方式的示意图。

图5是本发明所提供的屏蔽方式下电源适配器电路中各寄生电容的示意图。

图6是图5所对应的等效电路图。

图7是本发明屏蔽结构与现有技术的屏蔽效果对比图。

图中，1-第一屏蔽层；2-第二屏蔽层；3-整流滤波电容；4-原边电路板；5-二次侧电路板；6-二极管整流电桥结构；7-变压器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本发明中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本发明中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

本发明中所述的“上、下”的含义指的是使用者正对电源适配器电路结构时，由原边电路板指向二次侧电路板的方向即为上，反之即为下，而非对本发明的装置机构的特定限定。

图1为现有的一种典型的电源适配器电路，其包括：

位于电路输入端的原边电路板，其连接原边地，并且可连接通过电容、电感和电阻等元件形成线性阻抗稳定网络LISNs，用于在测试充电器EMI 的时候，外面连接的一个测试设备。由此可通过LISN电感上的信号强弱，模拟测试的噪音强弱。

位于电路输出端的二次侧电路板，其与二次侧地相接，可通过共模电感

实现 对共模噪声的抑制，所述共模电感

的两端可连接由

所形成的整流滤波电容，通过整 流滤波电容将经过整流桥后的整流电压变得平滑稳定，提供滤波作用；所述的二次侧电路 板，其还可进一步连接有变压器7以实现对输出电压的调控；

上述的原边电路板与二次侧电路板之间还可连接相对独立的PCB小板，在该PCB小板上 通过二极管整流电桥结构6将交流输入信号转化为直流信号提供至整流滤波电容以及共模 电感

的输入端。

上述的电源适配器电路，其硬件结构可实现为图4形式：二次侧电路板5与原边电路板4分别设置在电源适配器的上下两侧；安装二极管整流电桥结构的PCB小板可平行设置在电源适配器的上部，例如设置在二次侧电路板的左侧。该电路中，整流滤波电容以及变压器7可分别设置在原边电路板与二次侧电路板之间，其中，整流滤波电容可固定在电源适配器电路的前部，变压器可固定在电源适配器电路的后部。

该电源适配器中，还设置有原边地PGND和副边地SGND，原边地PGND和副边地SGND 之间通过隔离电容

实现隔离。

上述电路中，由于近场耦合作用，各元器件之间会产生图1中虚线所示的寄生电容 分布。为避免寄生电容影响电路特性，现有技术中采用图2所示单层屏蔽技术，利用一块屏 蔽金属片shielding对各寄生电容进行屏蔽。该屏蔽金属片shielding直接连接电路中的原 边地PGND。在屏蔽金属片shielding的作用下，上述各寄生电容分布形成图2所示的电路结 构。对图2中各寄生电容进行电路等效可得到图3所示的等效电路。但是，由于单层屏蔽技术 的限制，图3的等效电路中，整流滤波电容与屏蔽层之间的寄生电容

依旧会与共模电感

并联。

共模电感

的设置目的是为了抑制共模噪声。一般情况下，我们希望它的阻抗 越大越好。共模电感一般可设置连接在整流电容后面。但是也有共模电感接在整流桥前面 的。本发明对共模电感的连接方式不舍限制，可针对不同接法的共模电感设置方式实现同 样的效果。

电感元件的阻抗与电路中信号频率成正比。但是高频信号状况下，电容的阻抗与 电感相反，会与电路中的信号频率成反比。因此，由于整流滤波电容与屏蔽层之间的寄生电 容

的分布，传统屏蔽方式下，在电源适配器的等效电路中，该共模电感

实际上并联 有一个等效的寄生电容，该等效的寄生电容容值由各器件之间近场耦合作用大小而共同决 定。也就是说，在图3所示等效电路中，高频状态下，上述等效的寄生电容分布会导致共模电 感

两端实际上被等效并联一个具有较小阻抗的电容。而并联的等效电路连接关系又使 得这个等效的小阻抗电容与共模电感并联后整体回路的阻抗几乎直接由该阻抗小的等效 寄生电容决定。因此，现有的单层屏蔽技术会在高频情况下致使共模电感

失效，无法对 共模噪声起到足够抑制作用。

基于上述缺陷，本发明提供了图4所示的双层屏蔽结构，其包括：

与电路的副边地SGND电连接的第一屏蔽层1，其设置在电路中的整流滤波电容与电路中电感、变压器等电磁元件之间；

还包括与电路的原边地PGND电连接的第二屏蔽层2，其设置在第一屏蔽层1与电路中的电磁元件之间；所述的电磁元件，包括变压器和电感，变压器是横跨原边和副边的，电感一般指滤波电感，该双层屏蔽结构所设置的充电器中所述的滤波电感一般自以为滤波电磁元件而设置在原边。

其中，所述的第一屏蔽层1和第二屏蔽层2均设置在原边电路板和二次侧电路板之间，且所述第一屏蔽层1和第二屏蔽层2均位于整流滤波电容和变压器之间。这两个屏蔽层可以设置为分别各自绝缘，但是两个屏蔽层之间保持无直接电接触地重叠放置。两屏蔽层各自接地点不同。

由此，本发明通过增加第一屏蔽层1，并使其与副边地SGND电连接，而能够使得本 发明中寄生电容改变为图5所示的分布方式。其等效电路如图6所示。由图6可知中，由于副 边地SGND屏蔽层的设置，整流滤波电容与屏蔽层之间所形成的寄生电容

不再与电路中 的共模电感

并联。由此，本发明在高频状态下工作的时候，共模电感

的阻抗特性受 寄生电容影响较小，不会因为寄生电容

的影响而使得共模电感

对高频噪声失去作 用。

具体参照图5所示：当又加上一层紧靠整流滤波电容的第一屏蔽层1之后, 原先整 流滤波电容与屏蔽层之间耦合作用而形成的寄生电容

，实际转变为就由BULCK CAP和与 其靠近的两层屏蔽结构共同耦合产生。原先整流滤波电容与屏蔽层之间耦合作用而形成的 寄生电容

转变为由图5左侧直接由整流滤波电容与第一屏蔽层1之间耦合作用而产生的 寄生电容

，以及两个屏蔽层之间相互耦合而产生的另一寄生电容

共同构成。

上述的两个屏蔽层，其可直接由铁皮或者铜皮或其他金属片而实现。每一个屏蔽层分别只有一个物理连接。一般分别将两个屏蔽层接到副边地和原边地。本发明中的屏蔽层只要包裹大电容就可实现对共模电感高频特性的保护：如果电容四周都有别的元件，本发明的两个屏蔽层可设置为包裹电容；如果电容只有底面和侧面设置有其他电磁元件，那就可以将两个屏蔽层夹在整流滤波电容等大电容与其他电磁元件之间，即可实现对共模电感高频特性的保护，当然此时，如果要继续包裹整流滤波电容也是可以，只是费些材料。

这样的设置方式，其效果在于：通过屏蔽层隔离大电容，使其不会和别的原件产生耦合电容。而大电容与屏蔽层之间所产生的耦合电容可以被电路适当利用。

例如，在图5中，设置在整流滤波电容与其他电路元件之间的第一屏蔽层1被连接到了副边地SGND；而设置在整流滤波电容及第一屏蔽层1外侧，位于第一屏蔽层1与其他电路元件之间的第二屏蔽层2被连接到了原边地PGND。

图5中，

是第一屏蔽层1和第二屏蔽层2这两个接近相互平行的矩形金属片之间 相互耦合而产生的寄生电容。该寄生电容由于屏蔽层的接地方式，能够被等效为图6所示的 等效电路结构。

由图6可以看出，本方案中，因为有了第二屏蔽层2，整流滤波电容与屏蔽层之间的 寄生电容

不再和共模电感

并联。这样，在电路中存在高频共模噪声干扰的时候，共 模电感

还能继续作用，而不会因为

的并联效果而影响其阻抗特性，本发明中高频环 境下，共模电感

不会对高频噪声失去作用。

此外，整流滤波电容与屏蔽层之间的寄生电容

，甚至两屏蔽层之间耦合所形成 的另一寄生电容

还会因为本发明中所增设的连接至副边地SGND的屏蔽层，而实现与隔 离电容

并联。一般而言，虽然寄生电容的容值会远远小于隔离电容

的容值，但是其与 隔离电容

并联后依旧能够增加整体并联电容的容值总量。因此，本发明能够通过寄生电 容

增加隔离电容

两端的等效容值，有利于增强共模电感

回路的阻抗特性，能够 对共模噪声起更好的抑制作用。

在具体实现上述双层屏蔽结构时，一般可设置其中的第一屏蔽层1具有第一屏蔽面和第二屏蔽面；设置其中的第二屏蔽层2具有第三屏蔽面和第四屏蔽面。

其中，第一屏蔽面和第二屏蔽面可由同意金属片弯折形成，也可由两个金属片通过电连接形成。第一屏蔽面和第二屏蔽面之间连接形成夹角，其角度可设置为90°，也可设置为能够紧贴整流滤波电容的任意角度。所述第一屏蔽面设置在整流滤波电容的一侧和变压器之间，所述第二屏蔽面设置在整流滤波电容的另一侧和原边电路板等其他元器件之间；

所述第三屏蔽面和第四屏蔽面同样可由同意金属片弯折形成，也可由两个金属片通过电连接形成。第三屏蔽面和第四屏蔽面之间连接形成夹角，其角度可设置为90°，也可设置为能够紧贴整流滤波电容的任意角度。所述第三蔽面设置在第一屏蔽面和变压器之间，所述第四屏蔽面设置在第二屏蔽面和原边电路板等其他元器件之间；

并且，可具体通过设置绝缘涂层、设置绝缘固定结构或绝缘隔层的方式，保证第一屏蔽层1的两个屏蔽面与第二屏蔽层2的两个屏蔽面之间无直接电接触。所述绝缘隔层可通过在两屏蔽层之间贴绝缘胶带，或固定绝缘机构等方式实现。

图7将上述屏蔽结构设置在直流滤波器的电容与电感元件之间，以直流滤波器为例，通过仿真测试获得了不同屏蔽方式下的EMI噪声。由图可知，采用双层屏蔽结构后，电路中的EMI噪声可以获得超过10dB的非常明显的下降。图7所示的传导噪声的测试结果中，在超过30兆的辐射噪声中，双层屏蔽的作用会更加明显。

一般来说，由于直流滤波器中，屏蔽层可以和直流大电容靠的更近，因此，直流滤波器中双层屏蔽结构对EMI噪声的屏蔽效果会更优优于同等条件下的交流滤波器。

但是因为产品的设计和器件摆放，还有大电容本身所具有的充分大的表面积，本发明的双层屏蔽结构用于交流滤波器时，也同样能够与交流滤波器中的大电容产生同样的耦合作用。因此，本发明同样能够明显改善交流滤波器的滤波性能。

也就是说，本申请所提供的双层屏蔽方案，其既适用于直流滤波器，也同样适用于交流滤波器。因此，对于交直流混合模式的滤波器，也就是交流滤波器和直流滤波器共存的滤波设计产品，本方案同样适用。

以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种屏蔽结构，其设置在电路中，其特征在于，所述屏蔽结构包括：

第一屏蔽层（1），其连接电路的副边地（SGND）；

第二屏蔽层（2），其连接电路的原边地（PGND）；

并且，所述第一屏蔽层和第二屏蔽层分别设置在电路中的整流滤波电容与电路中的其他元件之间。

2.如权利要求1所述的屏蔽结构，其特征在于，所述第一屏蔽层（1）设置在整流滤波电容与电路中其他元件之间；

所述第二屏蔽层（2）设置在第一屏蔽层（1）与电路中的其他元件之间。

3.如权利要求1所述的屏蔽结构，其特征在于，所述电路包括：

原边电路板，其设置在电路的变压器原边；

二次侧电路板，其设置在电路的变压器副边；

整流滤波电容（3），其设置在原边电路板上，或横跨原边电路板和二次侧电路板，所述整流滤波电容（3）的管脚接于电路的原边；

变压器，其设置在原边电路板和二次侧电路板之间，位于电路的另一侧；

所述第一屏蔽层（1）和第二屏蔽层（2）均至少部分包裹所述整流滤波电容（3），所述第一屏蔽层（1）和第二屏蔽层（2）均设置在整流滤波电容和滤波电磁元件之间，并且，所述第一屏蔽层和第二屏蔽层均设置在整流滤波电容和变压器之间。

4.如权利要求3所述的屏蔽结构，其特征在于，所述第一屏蔽层（1）和第二屏蔽层（2）之间相互重叠，并且，所述第一屏蔽层（1）和第二屏蔽层（2）之间相互绝缘。

5.如权利要求4所述的屏蔽结构，其特征在于，所述第一屏蔽层（1）包括：第一屏蔽面和第二屏蔽面，第一屏蔽面和第二屏蔽面之间一体设置或具有电连接，第一屏蔽面和第二屏蔽面之间设置具有紧贴整流滤波电容的夹角，所述第一屏蔽面设置在整流滤波电容的一侧和变压器之间，所述第二屏蔽面设置在整流滤波电容的另一侧和其他元器件之间；

所述第二屏蔽层（2）包括：第三屏蔽面和第四屏蔽面，第三屏蔽面和第四屏蔽面之间一体设置或具有电连接，第三屏蔽面和第四屏蔽面之间设置具有紧贴整流滤波电容的夹角，所述第三屏蔽面设置在第一屏蔽面和变压器之间，所述第四屏蔽面设置在第二屏蔽面和其他元器件之间。

6.如权利要求1-5任一所述的屏蔽结构，其特征在于，所述第一屏蔽层（1）和第二屏蔽层（2）之间无直接电接触。

7.如权利要求1-5任一所述的屏蔽结构，其特征在于，所述第一屏蔽层（1）为隔离在整流滤波电容与电路中电磁元件之间的一个金属片；

所述第二屏蔽层（2）为隔离在整流滤波电容与电路中电磁元件之间的另一个金属片；

两个金属片之间设置有绝缘胶带或固定有绝缘机构。

8.一种电路，包括：

原边电路板（4），其连接电路的输入端；

二次侧电路板（5），其连接电路的输出端；

整流滤波电容（3），其设置在原边电路板和二次侧电路板之间，位于电路的一侧；

滤波电磁元件，其设置在原边电路板；

其特征在于，所述电路还包括：

第一屏蔽层（1），其与电路的副边地（SGND）电连接；

第二屏蔽层（2），其与电路的原边地（PGND）电连接；

所述第一屏蔽层（1）和第二屏蔽层（2）均设置在原边电路板和二次侧电路板之间，且所述第一屏蔽层（1）和第二屏蔽层（2）均位于整流滤波电容和滤波电磁元件之间。

9.如权利要求8所述的电路，其特征在于，所述电路包括但不限于：直流滤波器、交流滤波器、交直流混合模式的滤波器以及电源适配器电路。

10.一种电源适配器，其电路中设置有原边地（PGND）、副边地（SGND）以及整流滤波电容；

其特征在于，所述电源适配器中还设置有：

第一屏蔽层（1），其与电源适配器电路中的副边地（SGND）电连接；

第二屏蔽层（2），其与电源适配器电路中的原边地（PGND）电连接；

并且，所述第一屏蔽层和第二屏蔽层均至少部分地包裹在整流滤波电容的外周。

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