CN112366928A - 一种超低纹波干扰稳压电路及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种超低纹波干扰稳压电路及装置，从输入端到输出端包括依次连接的输入EMI滤波电路、功率开关管交流回路电路、高频变压器、输出整流器交流回路电路以及输出EMI滤波电路；所述PWM控制电路连接于输入EMI滤波电路、功率开关管交流回路电路之间，用于调整电压；所述隔离反馈电路连接于PWN控制电路与输出EMI滤波电路之间，用于修正输出电压；所述输入EMI滤波电路、功率开关管交流回路电路、输出整流器交流回路电路以及输出EMI滤波电路上均设有相应的滤波以及吸收电路，用于滤除纹波谐振干扰信号。本发明将装置设计为一个屏蔽体，抗干扰能力比较强，且极大地降低稳压模块对外的电磁辐射，另对纹波谐振干扰采取了有效地抑制措施，使输出纹波谐振极低。

Description

一种超低纹波干扰稳压电路及装置
技术领域
本发明涉及直流稳压技术领域，尤其涉及一种超低纹波干扰稳压电路及装置。
背景技术
高精度控制系统中，由于其要求体积小，输入电压范围宽，供电系统中大量使用了DC/DC电源模块，而DC/DC电源由于其工作模式的缘故，必然产生纹波谐振干扰，串入后级电路中，影响后级电路正常工作，会造成控制系统无法提取有用信号或误把纹波谐振信号认为是有用信号进行采集处理，造成丢失追踪或错误输出。
DC/DC电源产生的纹波谐振信号为共模干扰信号，采取一般的LC滤波电路进行滤波，收效甚微，对滤除纹波谐振干扰信号基本上不起作用。由于纹波谐振干扰滤除比较困难，目前通用DC/DC电源模块纹波谐振干扰都比较大，不适合在对纹波谐振干扰要求比较高的系统中使用。
基于此，现急需一种能够应用于要求输入电压范围宽、纹波谐振干扰信号极小的高精度控制系统中的超低纹波干扰稳压电路及装置。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的主要目的在于提供了一种能够应用于要求输入电压范围宽、纹波谐振干扰信号极小的高精度控制系统中的超低纹波干扰稳压电路及装置。
为实现上述目的，本发明提供了一种超低纹波干扰稳压电路，从输入端到输出端包括依次连接的输入EMI滤波电路、功率开关管交流回路电路、高频变压器、输出整流器交流回路电路以及输出EMI滤波电路；所述PWM控制电路连接于输入EMI滤波电路、功率开关管交流回路电路之间，用于调整电压；所述隔离反馈电路连接于PWN控制电路与输出EMI滤波电路之间，用于修正输出电压；所述输入EMI滤波电路、功率开关管交流回路电路、输出整流器交流回路电路以及输出EMI滤波电路上均设有相应的滤波以及吸收电路，用于滤除纹波谐振干扰信号。
优选的，所述输入EMI滤波电路至少包括一个二阶共模滤波器、X2Y－平衡线EMI滤波器、PI－大功率贴片EMI滤波器以及穿心电容；稳压模块输入通过二阶共模滤波器后进入X2Y－平衡线EMI滤波器，再输入进入PI－大功率贴片EMI滤波器后通过穿心电容进入屏蔽体内部给稳压装置供电；所述输出EMI滤波电路至少包括一个二阶共模滤波器、穿心电容、X2Y－平衡线EMI滤波器以及PI－大功率贴片EMI滤波器；稳压模块输出通过二阶共模滤波器后进入穿心电容进入屏蔽体内部，再依次进入X2Y－平衡线EMI滤波器、PI－大功率贴片EMI滤波器后输出电压。
优选的，所述二阶共模滤波器为两个电容与一个共模扼流圈组成，所述共模扼流圈使用高磁导率铁氧体环形磁芯绕制，减小共模扼流圈产生的纹波。
优选的，所述X2Y－平衡线EMI滤波器为两个对称的共模电容以及一个差模电容组成，其中两个共模电容共同端接入屏蔽外壳，将高频噪音能量分流到金属外壳耗散掉。
优选的，所述PI－大功率贴片EMI滤波器包括至少一组两电容夹一电感，对纹波谐振干扰进行衰减的频率能够达到1GHZ以上。
优选的，所述功率开关管交流回路电路至少包括C1、L2、D2、D3四个器件组成的无源无损吸收电路以及L6、C2两个器件组成的谐振吸收电路。
优选的，所述输出整流器交流回路电路至少包括R56、C60、R57、C61四个器件组成的RC吸收回路。
此外，为实现上述目的，本发明还提出一种超低纹波干扰稳压装置，从上到下包括三层结构：分别为滤波层、屏蔽层以及主控层，上述三层结构通过金属管壳形成屏蔽体，所述屏蔽体作为稳压装置系统接地；稳压装置输入输出均通过穿心电容进入或离开屏蔽体，穿心电容的接地端接入屏蔽体外壳上，且在输入输出端、进入及离开屏蔽体处都使用了相应的EMI滤波措施，使通过导线传导的纹波谐振干扰得到抑制。
优选的，所述主控层采用四层PCB板，中间两层PCB板为电源和地线层，电源和地线层布置PWM控制电路、功率开关管交流回路电路、输出整流器交流回路电路以及隔离反馈电路，用于实现DC/DC变换功能；
所述屏蔽层采用四层PCB板，四层均为整片铺铜，四层铺铜之间电气相通，且顶层和底层为裸露铜箔，并固定到金属管壳上，使四层铜箔与金属管壳之间形成密闭屏蔽体；电源输入、输出端使用穿心电容连接，穿心电容地线使用金属螺母与屏蔽层连接到一起，使穿心电容地线接入屏蔽体，以便滤除输入输出产生的纹波谐振干扰。
所述滤波层采用四层PCB板，顶层和中间两层均为整体铺铜，并与金属管壳固定连接，底层布置输入输出环路中采用的共模电感、平衡线EMI滤波器、大功率贴片EMI滤波器，并将平衡线EMI滤波器和大功率贴片EMI滤波器的地线与铺铜层电气连接，接入屏蔽体。
优选的，所述金属管壳内不同高度设有三个搭接部，每个搭接部分别用于安装滤波层、屏蔽层以及主控层，每个搭接部均通过PCB板固定螺钉进行固定；所述金属管壳上设有若干通孔，通过通孔对整个稳压装置进行固定。
本发明在输入输出回路中使用多层次馈通滤波方式，有效抑制纹波谐振干扰流入或流出稳压装置；本发明在电路中采用了多种纹波谐振吸收电路，有效吸收降低了纹波谐振干绕信号；本发明采用立体组装，利用金属管壳与多层PCB板形成屏蔽体，并将屏蔽体作为稳压装置系统地，对纹波谐振干扰进行有效吸收；本发明稳压输入输出通过穿心电容进入或离开屏蔽体，穿心电容接地端接入屏蔽体外壳上，有效阻止了纹波谐振干扰信号流入或流出屏蔽体；本发明在输入输出导线进入和离开屏蔽体处均使用了相应的EMI滤波措施,使通过导线传导的纹波谐振干扰得到很好的抑制。
通过以上技术手段，本发明具有以下有益效果：（1）由于该产品设计为一个屏蔽体，抗干扰能力比较强，且极大地降低了稳压模块对外的电磁辐射；（2）由于该产品对纹波谐振干扰采取了有效地抑制措施，该产品输出纹波谐振极低，是同类通用DC/DC电源模块的1/5左右，全带宽范围谐波干扰信号低于20mV,能够很好地应用于对纹波谐振要求比较高的高精度控制系统中。
附图说明
图1是实施例中的超低纹波干扰稳压电路的功能结构示意图；
图2是实施例中的超低纹波干扰稳压装置的结构示意图；
图3是实施例中的超低纹波谐振干扰稳压装置功率开关管交流回路的电路图；
图4是实施例中的超低纹波谐振干扰稳压装置输出整流器交流回路的电路图；
图5是实施例中的超低纹波谐振干扰稳压装置输出EMI滤波的电路图；
图6是实施例中的极超低纹波谐振干扰稳压装置的结构示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
参见图1-5：本实施例提供了一种超低纹波干扰稳压电路，从输入端到输出端包括依次连接的输入EMI滤波电路、功率开关管交流回路电路、高频变压器、输出整流器交流回路电路以及输出EMI滤波电路；所述PWM控制电路连接于输入EMI滤波电路、功率开关管交流回路电路之间，用于调整电压；所述隔离反馈电路连接于PWN控制电路与输出EMI滤波电路之间，用于修正输出电压；所述输入EMI滤波电路、功率开关管交流回路电路、输出整流器交流回路电路以及输出EMI滤波电路上均设有相应的滤波以及吸收电路，用于滤除纹波谐振干扰信号。
需要说明的是，本实施例在输入EMI滤波电路、功率开关管交流回路电路、输出整流器交流回路电路以及输出EMI滤波电路均采取了相应的滤波以及吸收电路，使纹波谐振干扰得到了很好的抑制。
在一具体的实例中，所述输入EMI滤波电路至少包括一个二阶共模滤波器、X2Y－平衡线EMI滤波器、PI－大功率贴片EMI滤波器以及穿心电容；稳压模块输入通过二阶共模滤波器后进入X2Y－平衡线EMI滤波器，再输入进入PI－大功率贴片EMI滤波器后通过穿心电容进入屏蔽体内部给稳压装置供电；所述输出EMI滤波电路至少包括一个二阶共模滤波器、穿心电容、X2Y－平衡线EMI滤波器以及PI－大功率贴片EMI滤波器；稳压模块输出通过二阶共模滤波器后进入穿心电容进入屏蔽体内部，再依次进入X2Y－平衡线EMI滤波器、PI－大功率贴片EMI滤波器后输出电压。
所述二阶共模滤波器为两个电容与一个共模扼流圈组成，所述共模扼流圈使用高磁导率铁氧体环形磁芯绕制。
所述X2Y－平衡线EMI滤波器为两个对称的共模电容以及一个差模电容组成，其中两个共模电容共同端接入屏蔽外壳。
所述PI－大功率贴片EMI滤波器包括至少一组两电容夹一电感，对纹波谐振干扰进行衰减的频率能够达到1GHZ以上。
参见图2：在具体实现中：输入EMI滤波电路:在稳压输入端使用两个电容和一个共模扼流圈组成一个二阶共模滤波器，阻止外部谐波干扰通过导线传导进入电源装置，其中共模扼流圈使用高磁导率铁氧体环形磁芯绕制，减小共模扼流圈产生的纹波。稳压模块输入通过二阶共模滤波器后进入X2Y－平衡线EMI滤波器，该滤波器内部结构示意图如附图2中E1所示，由两个对称性很好的共模电容以及一个差模电容组成，对温度、电压变化具有对消作用，能够很好的抑制纹波谐振干扰的串入，其中两个共模电容共同端接入屏蔽外壳，将高频噪音能量分流到金属外壳耗散掉。通过X2Y－平衡线EMI滤波器的电源输入进入PI－大功率贴片EMI滤波器，该滤波器内部结构示意图如附图2中E2所示，两电容夹一电感，对纹波谐振干扰进行衰减的频率能够达到1GHZ以上，具有优良的防瞬间电压变化。经过以上滤波处理的电源输入通过穿心电容进入屏蔽体内部给稳压装置供电。
参见图5：输出EMI滤波电路，输出EMI滤波电路与输入EMI滤波电路组成基本相同。
具体的：所述功率开关管交流回路电路至少包括C1、L2、D2、D3四个器件组成的无源无损吸收电路以及L6、C2两个器件组成的谐振吸收电路。
参见图3：功率开关管交流回路电路：功率开关管在关断瞬间，由于变压器绕组反电动势的存在，会产生很大的尖峰，该尖峰会通过变压器耦合到电源输出回路，形成极大的谐波干扰信号，影响后级电路正常工作。本实施例在该回路中同时采用了两种尖峰抑制电路，一种如附图3中所示的由C1、L2、D2、D3四个器件组成的无源无损吸收电路；另一种如附图3中所示的由L6、C2两个器件组成的谐振吸收电路。两种吸收电路配合使用，对尖峰起到了很好的抑制作用。
具体的，所述输出整流器交流回路电路至少包括R56、C60、R57、C61四个器件组成的RC吸收回路。
参见图4：输出整流器交流回路电路：输出整流管在施加反向电压关断之前有正向电流流过，这样整流管在关断瞬间会产生很大的电流尖峰，形成谐波干扰信号。在该回路中使用了RC吸收回路，如附图4中所示的由R56、C60、R57、C61四个器件组成的RC吸收回路。
综上所述：本实施例在输入输出电路中采用了共模电感、平衡线EMI滤波器、大功率贴片EMI滤波器以及穿心电容等滤波措施，阻止纹波谐振干扰进入周围电路；在功率开关管交流环路中采取了无源无损吸收电路以及在开关管漏源极并联谐振电容，减小开关管在不停的开关过程中产生的谐波尖峰；在输出负载电流环路中采取了整流管并联RC吸收电路，减小整流管反向关断产生的谐波尖峰。
实施例2
此外，为实现上述目的，参见图6：本实施例还提出一种超低纹波干扰稳压装置，从上到下包括三层结构：分别为滤波层1、屏蔽层2以及主控层3，上述三层结构通过金属管壳4形成屏蔽体，所述屏蔽体作为稳压装置系统接地；稳压装置输入输出均通过穿心电容5进入或离开屏蔽体，穿心电容5的接地端接入屏蔽体外壳上，且在输入输出端、进入及离开屏蔽体处都使用了相应的EMI滤波措施，使通过导线传导的纹波谐振干扰得到抑制，从而实现超低纹波谐振干扰稳压装置的设计要求。
本实施例利用组装结构很好地实现了抑制纹波谐振干扰的作用。
优选的，所述主控层3采用四层PCB板，中间两层PCB板为电源和地线层，电源和地线层布置PWM控制电路、功率开关管交流回路电路、输出整流器交流回路电路以及隔离反馈电路，用于实现DC/DC变换功能；
所述屏蔽层2采用四层PCB板，四层均为整片铺铜，四层铺铜之间电气相通，且顶层和底层为裸露铜箔，并固定到金属管壳4上，使四层铜箔与金属管壳4之间形成密闭屏蔽体；电源输入、输出端使用穿心电容5连接，穿心电容地线6使用金属螺母7与屏蔽层2连接到一起，使穿心电容地线6接入屏蔽体，以便滤除输入输出产生的纹波谐振干扰。
所述滤波层1采用四层PCB板，顶层和中间两层均为整体铺铜，并与金属管壳固定连接，底层布置输入输出环路中采用的共模电感、平衡线EMI滤波器、大功率贴片EMI滤波器，并将平衡线EMI滤波器和大功率贴片EMI滤波器的地线与铺铜层电气连接，接入屏蔽体。
优选的，所述金属管壳4内不同高度设有三个搭接部，每个搭接部分别用于安装滤波层1、屏蔽层2以及主控层3，每个搭接部均通过PCB板固定螺钉8进行固定；所述金属管壳4上设有若干通孔9，通过通孔9对整个稳压装置进行固定。
综上所述：本实施例在组装结构上采用金属管壳，实现高斯外壳的作用，使稳压装置成为一个屏蔽体。该稳压装置共有三层组装结构，最底下一层布置了PWM控制电路、功率开关管交流回路电路，输出整流器交流回路电路，隔离反馈电路几个部分电路，采用四层PCB板，PCB板中间两层为电源和地线层；中间层为屏蔽层，与金属管壳电连接良好，与金属管壳形成电磁屏蔽装置；最上面一层为滤波电路部分，输入输出环路中采用的共模电感、平衡线EMI滤波器、大功率贴片EMI滤波器都放在这一层，最低下一层与最上面一层电连接通过穿心电容进行连接。这样的结构作用是实现了整个产品对外辐射屏蔽的作用，在产品输入输出点处使用了相应的EMI滤波器，使通过导线传导的谐波干扰得到抑制，从而实现超低纹波谐振干扰电源的设计要求。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质（如只读存储器/随机存取存储器、磁碟、光盘）中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种超低纹波干扰稳压电路，其特征在于，从输入端到输出端包括依次连接的输入EMI滤波电路、功率开关管交流回路电路、高频变压器、输出整流器交流回路电路以及输出EMI滤波电路；所述PWM控制电路连接于输入EMI滤波电路、功率开关管交流回路电路之间，用于调整电压；所述隔离反馈电路连接于PWN控制电路与输出EMI滤波电路之间，用于修正输出电压；所述输入EMI滤波电路、功率开关管交流回路电路、输出整流器交流回路电路以及输出EMI滤波电路上均设有相应的滤波以及吸收电路，用于滤除纹波谐振干扰信号。
2.如权利要求1所述的超低纹波干扰稳压电路，其特征在于，所述输入EMI滤波电路至少包括一个二阶共模滤波器、X2Y－平衡线EMI滤波器、PI－大功率贴片EMI滤波器以及穿心电容；稳压模块输入通过二阶共模滤波器后进入X2Y－平衡线EMI滤波器，再输入进入PI－大功率贴片EMI滤波器后通过穿心电容进入屏蔽体内部给稳压装置供电；所述输出EMI滤波电路至少包括一个二阶共模滤波器、穿心电容、X2Y－平衡线EMI滤波器以及PI－大功率贴片EMI滤波器；稳压模块输出通过二阶共模滤波器后进入穿心电容进入屏蔽体内部，再依次进入X2Y－平衡线EMI滤波器、PI－大功率贴片EMI滤波器后输出电压。
3.如权利要求2所述的超低纹波干扰稳压电路，其特征在于，所述二阶共模滤波器为两个电容与一个共模扼流圈组成，所述共模扼流圈使用高磁导率铁氧体环形磁芯绕制。
4.如权利要求2所述的超低纹波干扰稳压电路，其特征在于，所述X2Y－平衡线EMI滤波器为两个对称的共模电容以及一个差模电容组成，其中两个共模电容共同端接入屏蔽外壳。
5.如权利要求2所述的超低纹波干扰稳压电路，其特征在于，所述PI－大功率贴片EMI滤波器包括至少一组两电容夹一电感，对纹波谐振干扰进行衰减的频率能够达到1GHZ以上。
6.如权利要求1所述的超低纹波干扰稳压电路，其特征在于，所述功率开关管交流回路电路至少包括C1、L2、D2、D3四个器件组成的无源无损吸收电路以及L6、C2两个器件组成的谐振吸收电路。
7.如权利要求1所述的超低纹波干扰稳压电路，其特征在于，所述输出整流器交流回路电路至少包括R56、C60、R57、C61四个器件组成的RC吸收回路。
8.一种超低纹波干扰稳压装置，其特征在于，从上到下包括三层结构：分别为滤波层（1）、屏蔽层（2）以及主控层（3），上述三层结构通过金属管壳（4）形成屏蔽体，所述屏蔽体作为稳压装置系统接地；稳压装置输入输出均通过穿心电容（5）进入或离开屏蔽体，穿心电容（5）的接地端接入屏蔽体外壳上，且在输入输出端、进入及离开屏蔽体处都使用了相应的EMI滤波措施，使通过导线传导的纹波谐振干扰得到抑制。
9.如权利要求8所述的超低纹波干扰稳压装置，其特征在于，所述主控层（3）采用四层PCB板，中间两层PCB板为电源和地线层，电源和地线层布置PWM控制电路、功率开关管交流回路电路、输出整流器交流回路电路以及隔离反馈电路，用于实现DC/DC变换功能；
所述屏蔽层（2）采用四层PCB板，四层均为整片铺铜，四层铺铜之间电气相通，且顶层和底层为裸露铜箔，并固定到金属管壳（4）上，使四层铜箔与金属管壳（4）之间形成密闭屏蔽体；电源输入、输出端使用穿心电容（5）连接，穿心电容地线（6）使用金属螺母（7）与屏蔽层（2）连接到一起，使穿心电容地线（6）接入屏蔽体，以便滤除输入输出产生的纹波谐振干扰；所述滤波层（1）采用四层PCB板，顶层和中间两层均为整体铺铜，并与金属管壳固定连接，底层布置输入输出环路中采用的共模电感、平衡线EMI滤波器、大功率贴片EMI滤波器，并将平衡线EMI滤波器和大功率贴片EMI滤波器的地线与铺铜层电气连接，接入屏蔽体。
10.如权利要求8所述的超低纹波干扰稳压装置，其特征在于，所述金属管壳（4）内不同高度设有三个搭接部，每个搭接部分别用于安装滤波层（1）、屏蔽层（2）以及主控层（3），每个搭接部均通过PCB板固定螺钉（8）进行固定；所述金属管壳（4）上设有若干通孔（9），通过通孔（9）对整个稳压装置进行固定。
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