CN112352374A - 开关电源装置及包括该开关电源装置的车载用电动压缩机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够有效降低EMI噪声的开关电源装置。开关电源装置(9)对低电压电源(12)进行开关，来对控制由高电压电源(11)驱动的车载用电动压缩机(1)的控制电路(6)进行供电。包括具有低电压电源侧的一次绕组(13)和高电压电源侧的二次绕组(14)并将低电压电源侧与高电压电源侧进行绝缘的开关变压器(15)，将该开关变压器的一次绕组的电源正侧(13B)与二次绕组的接地侧(24B)经由耦合电容器(42)进行耦合。

Description

开关电源装置及包括该开关电源装置的车载用电动压缩机
技术领域
本发明涉及利用开关变压器将高电压电源侧与低电压电源侧进行绝缘来构成的开关电源装置、以及包括该开关电源装置的车载用电动压缩机。
背景技术
由于近年来的地球环境问题的显著化，开发了混合动力汽车和电动车，但是在用于对这些汽车的车厢内进行空气调节的空调装置中，使用包括电动机的电动压缩机来代替发动机驱动的压缩机。该情况下，车辆上例如搭载有由DC300V左右的高电压电池构成的高电压电源、和由DC12V左右的一般电池构成的低电压电源，并向电动压缩机的电动机提供利用逆变器电路将高电压电源的直流电压变为交流而得的电压。
另一方面，对控制逆变器电路的控制电路，将低电压电源的直流电压通过开关电源装置而转换为规定电压(例如DC15V等)来进行供电。因此，该开关电源装置中设置有由绝缘变压器构成的开关变压器，将该开关变压器的一次侧即低电压电源侧、与二次侧即高电压电源侧进行绝缘。
另外，关于噪声降低的对策，将开关变压器的一次侧(低电压侧)和二次侧(高电压侧)分别经由Y电容器(跨线旁通电容器)而接地至电动压缩机的底板(GND)，并在低电压电源与开关电源装置之间设置了EMI滤波电路。
此处，对于因开关电源装置而引起的EMI噪声对策，采用利用耦合电容器来连接被开关变压器绝缘的一次侧接地与二次侧接地的结构。根据所涉及的结构，能够期待使经由开关变压器的绕组之间的寄生电容在一次绕组与二次绕组之间相互传递的噪声回流，抑制流向接地(电动压缩机的底板)侧的共模噪声电流，降低噪声电压(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3473853号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，在如以往那样在一次侧接地与二次侧接地之间配置了耦合电容器的情况下，受布线图案走线所导致的阻抗增大的影响，存在EMI噪声的降低效果下降的问题。尤其是在开关变压器的一次绕组不连接到一次侧接地的情况下，所涉及的问题变得显著。
本发明是为了解决所涉及的以往的技术问题而完成的，其目的在于提供一种能够有效降低EMI噪声的开关电源装置、以及包括该开关电源装置的车载用电动压缩机。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明的开关电源装置对低电压电源进行开关来对控制由高电压电源驱动的车载用电动压缩机的控制电路进行供电，其特征在于，包括具有低电压电源侧的一次绕组和高电压电源侧的二次绕组并将低电压电源侧与高电压电源侧进行绝缘的开关变压器，将该开关变压器的一次绕组的电源正侧与二次绕组的接地侧经由耦合电容器来进行耦合。
第2方面的发明的开关电源装置的特征在于，在上述发明中开关变压器的一次绕组不连接到一次侧接地。
第3方面的发明的开关电源装置的特征在于，在上述各发明中包括连接在开关变压器的一次绕组与一次侧接地之间的开关元件、以及对该开关元件进行控制的控制器。
第4方面的发明的开关电源装置的特征在于，在上述各发明中控制电路对由高电压电源进行供电的逆变器电路进行控制，从而驱动车载用电动压缩机的电动机。
第5方面的发明的开关电源装置的特征在于，在上述发明中在高电压电源与逆变器电路之间、以及低电压电源与开关变压器之间，分别设置有EMI滤波电路。
第6方面的发明的开关电源装置的特征在于，在上述各发明中将被开关变压器绝缘的一次侧接地和二次侧接地分别经由Y电容器连接到车载用电动压缩机的底板。
第7方面的发明的车载用电动压缩机的特征在于，包括：上述各发明的开关电源装置、控制电路、由高电压电源进行供电并通过控制电路进行控制的逆变器电路、以及通过该逆变器电路进行驱动的电动机。
发明效果
根据本发明，在对低电压电源进行开关来对控制由高电压电源驱动的车载用电动压缩机的控制电路进行供电的开关电源装置中，包括具有低电压电源侧的一次绕组和高电压电源侧的二次绕组并将低电压电源侧与高电压电源侧进行绝缘的开关变压器，将该开关变压器的一次绕组的电源正侧与二次绕组的接地侧经由耦合电容器来进行耦合，因此，能够使经由开关变压器的绕组之间的寄生电容而在一次绕组与二次绕组之间相互传递的噪声回流，抑制流向接地侧的共模噪声电流，降低噪声电压。
该情况下，在本发明中由于将开关变压器的一次绕组的电源正侧与二次绕组的接地侧经由耦合电容器进行耦合，因此能够在开关变压器内或利用开关变压器附近的极短距离来使噪声回流，能够消除如以往那样因布线图案走线而使得阻抗增大的情况，实现极高的EMI噪声降低效果。
上述这点尤其对如第2方面的发明那样开关变压器的一次绕组不连接到一次侧接地的情况极为有效。
此外，具体而言，上述发明的开关电源装置中，如第3方面的发明那样，包括连接在开关变压器的一次绕组与一次侧接地之间的开关元件、以及对该开关元件进行控制的控制器。另外，如第4方面的发明那样，控制电路对由高电压电源进行供电的逆变器电路进行控制，从而驱动车载用电动压缩机的电动机。进一步地，如第5方面的发明那样，在高电压电源与逆变器电路之间、以及低电压电源与开关变压器之间分别设置EMI滤波电路，从而能力图实现EMI噪声的进一步降低。
此外，如第6方面的发明那样，若将被开关变压器绝缘的一次侧接地和二次侧接地分别经由Y电容器连接至车载用电动压缩机的底板，则通过抑制共模噪声电流，从而能够实现进一步的噪声降低效果。
而且，上述各发明的开关电源装置如第7方面的发明那样，尤其适于设置在包括有控制电路、由高电压电源进行供电并通过控制电路进行控制的逆变器电路、以及通过该逆变器电路进行驱动的电动机的车载用电动压缩机的情况。
附图说明
图1是应用本发明的开关电源装置的一实施例的车载用电动压缩机的电气电路的框图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行详细说明。图中，1是构成搭载于电动车或混合动力汽车等车辆并对车厢内进行空气调节的车辆用空气调节装置的制冷电路的车载用电动压缩机，2示出了其底板。而且，收纳有未在该底板2内图示的压缩机构、驱动该压缩机构的电动机3、用于运行该电动机3的逆变器电路4、对该逆变器电路4进行控制的控制电路6、EMI滤波电路7、8以及本发明的开关电源装置9等。
此外，车辆上搭载有由用于向车载用电动压缩机1的电动机8、或未图示的行驶用的电动机进行供电并进行驱动的例如DC300V左右的高电压电池构成的高电压电源(HV电源)11、和由DC12V左右的电池构成的低电压电源(LV电源)12。另外，车载用电动压缩机1的底板2与车体(接地)导通。
逆变器电路4由三相桥连接的IGBT等所构成的未图示的六个开关元件构成，各开关元件通过控制电路6所具有的栅极驱动器生成的栅极驱动信号来控制。控制电路6由微处理器构成，通过栅极驱动器对逆变器电路4的各开关元件进行开关并进行PWM调制，从而将高电压电源11的直流电压作为规定的交流电压而提供给电动机3。
EMI滤波电路7连接在高电压电源11与逆变器电路4之间，起到降低因逆变器电路4的开关而导致产生的EMI噪声的作用。另外，EMI滤波电路8连接在低电压电源12与开关电源装置9之间，起到降低因开关电源装置9中的如后述那样的开关而产生的EMI噪声的作用。
该开关电源装置9是用于对低电压电源12(DC12V)进行开关来生成规定的直流电压(HV15V、HV5V)以对控制电路6进行供电的DC-DC转换器。此外，HV15V是提供给生成逆变器电路4的栅极驱动信号的栅极驱动器(控制电路6所具有的)的电压，HV5V是成为控制电路6的电源的电压。
实施例的开关电源装置9具有由一次绕组13和与该一次绕组13绝缘的二次绕组14所构成的绝缘变压器构成的开关变压器15。该开关变压器15的一次绕组13的绕卷结束端即电源正侧13B通过一次侧电源线(LV+)16而与EMI滤波电路8相连，并进一步地连接至低电压电源12。该电源正侧13B成为一次绕组13的冷端侧。
在一次绕组13的绕卷起始端即接地侧13A，连接有实施例中由MOSFET构成的开关元件17的漏极端子，该开关元件17的源极端子连接至一次侧接地(LVGND)18。即，开关变压器15的一次绕组13的接地侧不与一次侧接地18直接连接。
图中，19是由微处理构成的开关电源控制器(控制器)，从低电压电源12经由一次侧电源线16对该开关电源控制器19进行供电。开关电源控制器19的输出连接至开关元件17的栅极，对于开关元件17，通过该开关电源控制器19来控制开关。
由此，开关变压器15的一次绕组13位于低电压电源12侧。此外，21是连接在一次侧电源线16与一次侧接地18之间的平滑滤波器。另外，实施例中，与开关变压器15中二次侧(后述的二次侧接地26)绝缘的一次侧接地18经由使共模噪声衰减的Y电容器(跨线旁通电容器)22而连接至底板2。
另一方面，开关变压器15的二次绕组14具有第一二次绕组部23和第二二次绕组部24，该第一二次绕组部23具有绕卷起始端23A和绕卷结束端23B，与之相同地，该第二二次绕组部24具有绕卷起始端24A和绕卷结束端24B。该第二二次绕组部24的绕卷结束端24B连接至二次侧接地(HVGND)26，因此以后将该第二二次绕组部24的绕卷结束端24B称为二次绕组14的接地侧24B。该接地侧24B成为二次绕组14的冷端侧。
而且，第一二次绕组部23的绕卷起始端23A经由二极管31连接至HV15V线(第一高电压侧电源线)32，该HV15V线32与上述的控制电路6的栅极驱动器相连接。第一二次绕组部23的绕卷结束端23B经由二极管33和调节器(LDO：低压差稳压器)34连接至HV5V线(第二高电压侧电源线)36，该HV5V线36成为控制电路6的电源。
另外，第二二次绕组部24的绕卷起始端24A连接至第一二次绕组部23的绕卷结束端23B，第二二次绕组部24的绕卷结束端24B如上述所述连接至二次侧接地26而成为二次绕组14的接地侧24B。
此外，37～39是分别连接在HV15V线32与二次侧接地26之间、调节器34的前后的HV5V线36与二次侧接地26之间的平滑电容器。另外，实施例中，与开关变压器15中一次侧(一次侧接地18)绝缘的二次侧接地经由使共模噪声衰减的Y电容器(跨线旁通电容器)41而连接至底板2。
而且，开关电源控制器19根据开关变压器15的匝数比，来对开关元件17进行开关控制，以将DC15V(HV15V)输出至HV15V线32。由此，向控制电路6的栅极驱动器提供DC15V(HV15V)，并从与二次绕组部23与24的匝数比相对应的中间输出经由调节器34向控制电路6本身提供DC5V(HV5V)。
如上所述，开关电源装置9是一种对低电压电源12进行开关来对控制电路6进行供电、并通过开关变压器15将一次绕组13所在的低电压电源12侧与二次绕组14所在的高电压电源11侧进行绝缘的装置(图中用虚线“绝缘”来表示)，但作为由开关电源装置9的开关元件17的开关所引起的EMI噪声的对策，本发明中将开关变压器15的一次绕组13的电源正侧13B与二次绕组14的接地侧24B经由耦合电容器42来进行耦合。
由此，利用耦合电容器42将开关变压器15的一次绕组13的电源正侧13B与二次绕组14的接地侧24B相耦合，从而伴随开关元件17的开关，使经由开关变压器15的绕组之间(一次绕组13与二次绕组14之间)的寄生电容而在一次绕组13与二次绕组14之间相互传递的噪声回流，以抑制流向电动压缩机1的底板2侧(接地：最终为车体侧)的共模噪声电流。由此，能降低噪声电压。
此处，例如，在如以往那样将耦合电容器42连接在图中的一次侧接地18与二次侧接地26之间的情况下，必须使布线图案从一次侧接地18到二次侧接地26进行走线，从而会导致阻抗增大，EMI噪声的降低效果下降。尤其是，如实施例那样，在开关变压器15的一次绕组13不连接到一次侧接地18的情况下，回流的噪声经由一次侧的电路图案返回到开关变压器15的一次侧，因此所涉及的问题进一步地变得显著。
另一方面，如本发明那样，若将开关变压器15的一次绕组13的电源正侧13B与二次绕组14的接地侧24B经由耦合电容器42来进行耦合，则能够在开关变压器15内或开关变压器15附近的极短距离来使噪声回流，如以往那样的问题得以消除或抑制，能够实现极高的EMI噪声降低效果。
对于如实施例那样开关变压器15的一次绕组13不连接到一次侧接地18的情况，这是极为有效的。进一步地，若如实施例那样在高电压电源11与逆变器电路4之间、以及低电压电源12与开关变压器15之间分别设置EMI滤波电路7、8，则能够力图实现EMI噪声的进一步降低。
进一步地，若如实施例那样将一次侧接地18和二次侧接地26分别经由Y电容器22、41连接至车载用电动压缩机1的底板2，则通过抑制共模噪声电流，从而能够实现进一步的噪声降低效果。
根据图1的实施例，能在20MHz～70MHz的频带获得10dB～15dB的EMI噪声降低效果。
而且，本发明的开关电源装置9如实施例那样，尤其适于设置在包括有控制电路6、由高电压电源11进行供电并通过控制电路6进行控制的逆变器电路4、以及通过该逆变器电路4进行驱动的电动机3的车载用电动压缩机1的情况。
此外，在实施例中，将一次侧接地18经由Y电容器22连接至底板2，将二次侧接地26也经由Y电容器41连接到底板2，但在除第6方面以外的发明中并不限于此，在允许受到共模噪声的影响的情况下，也可以设为不设置所涉及的Y电容器的结构。
标号说明
标号说明
1 车载用电动压缩机
2 底板
3 电动机
4 逆变器电路
6 控制电路
7、8 EMI滤波电路
9 开关电源装置
11 高电压电源
12 低电压电源
13 一次绕组
13B 一次绕组13的电源正侧
14 二次绕组
15 开关变压器
17 开关元件
18 一次侧接地
19 开关电源控制器(控制器)
22、41 Y电容器
24B 二次绕组14的接地侧
26 二次侧接地
42 耦合电容器

Claims (7)

1.一种开关电源装置，该开关电源装置对低电压电源进行开关，来对控制由高电压电源驱动的车载用电动压缩机的控制电路进行供电，其特征在于，
包括开关变压器，该开关变压器具有所述低电压电源侧的一次绕组和所述高电压电源侧的二次绕组，将所述低电压电源侧与高电压电源侧进行绝缘，
将该开关变压器的一次绕组的电源正侧与所述二次绕组的接地侧经由耦合电容器来进行耦合。
2.如权利要求1所述的开关电源装置，其特征在于，
所述开关变压器的一次绕组不连接到一次侧接地。
3.如权利要求1或2所述的开关电源装置，其特征在于，包括：
开关元件，该开关元件连接在所述开关变压器的一次绕组与所述一次侧接地之间；以及
控制器，该控制器对该开关元件进行控制。
4.如权利要求1至3中任一项所述的开关电源装置，其特征在于，
所述控制电路对由所述高电压电源进行供电的逆变器电路进行控制，从而驱动所述车载用电动压缩机的电动机。
5.如权利要求4所述的开关电源装置，其特征在于，
在所述高电压电源与所述逆变器电路之间、以及所述低电压电源与所述开关变压器之间，分别设置有EMI滤波电路。
6.如权利要求1至5中任一项所述的开关电源装置，其特征在于，
将被所述开关变压器绝缘的所述一次侧接地和二次侧接地分别经由Y电容器连接到所述车载用电动压缩机的底板。
7.一种车载用电动压缩机，其特征在于，包括：
如权利要求1至6中任一项所述的开关电源装置；
所述控制电路；
逆变器电路，该逆变器电路由所述高电压电源进行供电，通过所述控制电路进行控制；以及
电动机，该电动机利用该逆变器电路进行驱动。
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