CN113258789B - 开关电源电路及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种开关电源电路及电子设备，开关电源电路包括整流电路、储能电路、开关管及变压器；整流电路、储能电路、变压器及开关管设置于基板上，基板上设置有大地；整流电路的负极输出端及其连接线形成开关电源电路的功率地，功率地通过走线与大地电连接。本申请提供的方案在开关电源电路的功率地与大地之间设置了接地回路，从而通过开关管的对地分布电容传导至大地的共模噪声、以及变压器副边的对地分布电容传导至大地的共模噪声可以通过接地回路流回开关管，避免噪声对后级负载或电源造成影响，降低开关电源电路的干扰。

Description

开关电源电路及电子设备
技术领域
本发明涉及开关电源技术领域，具体而言，涉及一种开关电源电路及电子设备。
背景技术
随着变频技术突飞猛进的发展，所用设备也正追求更加快速的逻辑电路，同时带来许多电磁兼容问题，对于空调来说必须要做出更大的努力才能保证产品的电磁干扰(Electro Magnetic Interference，EMI)需求。为了降低EMI干扰，除了从板级器件布局着手，更应从PCB接地布线挖掘，而且此需求也会在未来电磁兼容发展中日趋重要。
以开关电源电路为例，开关电源电路电源与大地之间存在共模干扰，这些干扰如果不能消除的话会对电路的EMI影响较大。
发明内容
本发明所要解决的问题是降低开关电源电路的共模干扰。
为解决上述问题，本发明采取的方案如下：
第一方面，本发明提供一种开关电源电路，所述开关电源电路包括整流电路、储能电路、开关管及变压器；
所述整流电路、储能电路、变压器及开关管设置于基板上，所述基板上设置有大地；
所述整流电路的输入端与电源火线、电源零线连接，所述整流电路的正极输出端与变压器的原边第一端连接，所述整流电路的负极输出端通过所述开关管与变压器的原边第二端连接；所述储能电路设置于所述正极输出端与所述负极输出端之间；
所述整流电路的负极输出端及其连接线形成所述开关电源电路的功率地，所述功率地通过走线与大地电连接。
本申请提供的方案，在开关电源电路的功率地与大地之间设置了接地回路，从而通过开关管的对地分布电容传导至大地的共模噪声、以及变压器副边的对地分布电容传导至大地的共模噪声可以通过接地回路流回开关管，避免噪声对后级负载或电源造成影响，降低开关电源电路的干扰。
在可选的实施方式中，所述开关电源电路包括至少一个RC电路，所述功率地通过所述至少一个RC电路与所述基板的大地电连接。
通过在功率地与大地之间设置RC电路形成的短低阻回路，为共模噪声提供回流路径，从而减小EMI共模干扰。
在可选的实施方式中，所述开关电源电路包括第一RC电路，所述开关管包括开关管第一端、开关管第二端，所述开关管第一端与所述变压器的原边第二端连接，所述开关管第二端与所述负极输出端连接；
所述开关管第二端通过所述第一RC电路与大地连接。
在可选的实施方式中，所述开关电源电路包括第二RC电路，所述储能电路包括电解电容，所述电解电容的正极与所述整流电路的正极输出端连接，所述电解电容的负极与所述整流电路的负极输出端连接；
所述电解电容的负极通过所述第二RC电路与大地连接。
在可选的实施方式中，所述开关电源电路包括第三RC电路，所述储能电路包括薄膜电容，所述薄膜电容的第一端与所述变压器的原边第一端连接，所述薄膜电容的第二端与所述整流电路的负极输出端连接；
所述薄膜电容的第二端通过所述第三RC电路与大地连接。
在可选的实施方式中，所述RC电路包括电阻R与电容C，所述电阻R与所述电容C串联连接。
在可选的实施方式中，所述储能电路包括电解电容与薄膜电容，所述电解电容的正极与所述整流电路的正极输出端连接，所述电解电容的负极与所述整流电路的负极输出端连接；所述薄膜电容的第一端与所述变压器的原边第一端连接，所述薄膜电容的第二端与所述整流电路的负极输出端连接；
当所述开关电源电路仅设置一个用于接地的RC电路时，从所述电解电容的负极、薄膜电容的第二端以及所述开关管中选取与大地之间走线最短的与大地连接。
选取走线最短的功率地与大地连接，对地走线越短，形成的回路面积越小，从而可以更好的抑制EMI干扰。
在可选的实施方式中，所述储能电路包括电解电容与薄膜电容，所述电解电容的正极与所述整流电路的正极输出端连接，所述电解电容的负极与所述整流电路的负极输出端连接；所述薄膜电容的第一端与所述变压器的原边第一端连接，所述薄膜电容的第二端与所述整流电路的负极输出端连接；
所述电解电容的负极、薄膜电容的第二端以及所述开关管中的至少一个通过RC电路与大地连接。
在可选的实施方式中，所述变压器的副边第一端与变压器的副边第二端之间设置有储能电容。
第二方面，本发明提供一种电子设备，所述电子设备包括如前述实施方式任意一项所述的开关电源电路。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种开关电源电路的示意图；
图2为本申请实施例提供的另一种开关电源电路的示意图；
图3为本申请实施例提供的一种基板示意图；
图4为图2所示开关电源电路的EMI测试示意图；
图5为本申请实施例提供的另一种开关电源电路的示意图；
图6为本申请实施例提供的另一种基板示意图；
图7为图5所示开关电源电路的EMI测试示意图；
图8为本申请实施例提供的另一种开关电源电路的示意图；
图9为本申请实施例提供的另一种基板示意图；
图10为图8所示开关电源电路的EMI测试示意图。
附图标记说明：
100-开关电源电路；110-整流电路；P-正极输出端；N-负极输出端；120-储能电路；Ci-电解电容；Cx-薄膜电容；Q-开关管；Cgd-开关管第一端；Cds-开关管第二端；Cgs-开关管控制端；T-变压器；Lp1-原边第一端；Lp2-原边第二端；Ls1-副边第一端；Ls2-副边第二端；140-RC电路；141-第一RC电路；142-第二RC电路；143-第三RC电路。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施例做详细的说明。
显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出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。
需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物品或者设备不仅包括那些要素，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、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
随着变频技术突飞猛进的发展，所用设备也正追求更加快速的逻辑电路，同时带来许多电磁兼容问题，对于空调来说必须要做出更大的努力才能保证产品的EMI需求。为了降低EMI干扰，除了从板级器件布局着手，更应从PCB接地布线挖掘，并且降低EMI干扰也会在未来电磁兼容发展中日趋重要。
以开关电源电路为例，如图1所示，开关电源电路100电源与大地之间存在共模干扰，这些干扰如果不能消除的话会对电路的EMI影响较大，影响开关电源电路100乃至整个系统的正常运行。
有鉴于此，本申请提供了一种降低共模干扰的开关电源电路100。请参阅图1，图1示出了本申请实施例提供的开关电源电路100的示意图。
开关电源电路100包括整流电路110、储能电路120、开关管Q及变压器T；整流电路110、储能电路120、变压器T及开关管Q设置于基板(图未示)上，基板可以是印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)，其中基板上设置有大地，例如基板的某一个端子或者引脚通过导线与大地连接，或者与其他接地的回路连接等等。
整流电路110包括输入端与输出端，其中输入端用于接入电源，在可能的实现方式中，整流电路110的输入端分别与电源火线、电源零线连接，整流电路110的输出端包括正极输出端P与负极输出端N，其中整流电路110的正极输出端P与变压器T的原边第一端Lp1连接，整流电路110的负极输出端N通过开关管Q与变压器T的原边第二端Lp2连接。在整流电路110的正极输出端P与负极输出端N之间设置有储能电路120。
变压器T的副边第一端Ls1与变压器T的副边第二端Ls2之间设置有储能电容Co，其中，变压器T的副边第一端Ls1通过防逆流二极管D5与储能电容Co的第一端连接，变压器T的副边第二端Ls2与储能电容Co的第二端连接，储能电容Co的两端可以用于连接负载或者后级电路。
由于火线、零线对大地之间存在共模干扰，整体开关电源电路100干扰的共模噪声的一部分会通过开关管Q对地的分布电容Cqd传递至大地，另一部分流入变压器T副边通过对地的分布电容Cd传递至大地。于本实施例中，整流电路110的负极输出端N及其连接线形成开关电源电路100的功率地，将功率地通过走线与大地电连接，将共模干扰引流至大地，以降低干扰。
本申请提供的方案，在开关电源电路100的功率地与大地之间设置了接地回路，从而通过开关管Q的对地分布电容传导至大地的共模噪声、以及变压器T副边的对地分布电容传导至大地的共模噪声可以通过接地回路流回开关管Q，避免噪声对后级负载或电源造成影响，降低开关电源电路100的干扰。
在可选的实施方式中，开关管Q包括开关管第一端Cgd、开关管第二端Cds与开关管控制端Cgs，开关管第一端Cgd与变压器T的原边第二端Lp2连接，开关管第二端Cds与整流电路110的负极输出端N连接，开关管控制端Cgs用以接收控制信号，以根据控制信号切换导通状态。
上述储能电路120包括电解电容Ci及薄膜电容Cx，其中电解电容Ci设置在靠近整流电路110的一侧，薄膜电容Cx设置在靠近开关管Q的一侧，例如，电解电容Ci的正极与整流电路110的正极输出端P连接，电解电容Ci的负极与整流电路110的负极输出端N连接；薄膜电容Cx的第一端与变压器T的原边第一端Lp1连接，薄膜电容Cx的第二端与开关管第二端Cds即整流电路110的负极输出端N连接。电解电容Ci的容量较大，设置于靠近整流电路110的一侧，可以存储整流电路110输出的能量；薄膜电容Cx的容量较小，设置于开关管Q的一侧，便于与开关管Q形成回路。
在上述开关电源电路100的基础上，设置至少一个RC电路140，RC电路140包括电阻Rs与电容Csd，电阻Rs与电容Csd串联连接。开关电源电路100的功率地通过至少一个RC电路140与基板的大地电连接，即可以分别将薄膜电容Cx、电解电容Ci以及开关管Q中至少一个的功率地与大地连接，以将共模干扰信号引导至大地，通过在功率地与大地之间设置RC电路140形成的短低阻回路，为共模噪声提供回流路径，从而减小EMI共模干扰，下面分别对几种可能的实施方式进行介绍。
在一些可能的实施方式中，如图2所示，开关电源电路100包括第一RC电路141，利用第一RC电路141将开关管Q的功率地与大地连接。例如，开关管Q包括开关管第一端Cgd、开关管第二端Cds，开关管第一端Cgd与变压器T的原边第二端Lp2连接，开关管第二端Cds与整流电路110的负极输出端N连接，开关管第二端Cds通过第一RC电路141与大地连接。
以图3所示的基板布局为例，开关管Q功率地对通过第一RC电路141与大地连接，走线长度约为93mm，测试数据如图4所示，由测试数据可知，将开关管Q功率地通过RC电路140与大地连接，低频段的共模干扰有明显抑制效果，裕量4.18dB。
在一些可能的实施方式中，如图5所示，开关电源电路100包括第二RC电路142，利用第二RC电路142将电解电容Ci的功率地与大地连接。例如，电解电容Ci的正极与整流电路110的正极输出端P连接，电解电容Ci的负极与整流电路110的负极输出端N连接，电解电容Ci的负极通过第二RC电路142与大地连接。
以图6所示的基板布局为例，电解电容Ci功率地通过第二RC电路142与大地连接，走线长约为73mm，测试数据如图7所示，由测试数据可知，将电解电容Ci功率地通过RC电路140与大地连接，低频段的共模干扰有明显的抑制效果，裕量5.08dB。
在一些可能的实施方式中，如图8所示，开关电源电路100包括第三RC电路143，利用第三RC电路143将薄膜电容Cx的功率地与大地连接，例如，薄膜电容Cx的第一端与变压器T的原边第一端Lp1连接，薄膜电容Cx的第二端与整流电路110的负极输出端N或者开关管第二端Cds连接，薄膜电容Cx的第二端通过第三RC电路143与大地连接。
以图9所示的基板布局为例，薄膜电容Cx功率地通过第三RC电路143与大地连接，走线长约为40mm，测试数据如图10所示，由测试数据可知，将薄膜电容Cx功率地通过RC电路140与大地连接，低频段的共模干扰有很明显的抑制效果，裕量7.39dB。
基于上述内容，在同一大地，功率地近似相同的情况下，走线长度不同，EMI测试低频段裕量不同，走线越短，形成的回路面积越小，对EMI低频段干扰抑制效果好。不同大地，不同功率地情况下，功率地对大地走线越短，形成的回路面积越小，对EMI低频段干扰抑制效果好。
在可能的实现方式中，为降低系统成本，当上述开关电源电路100仅设置一个用于接地的RC电路140时，从电解电容Ci的负极、薄膜电容Cx的第二端以及开关管第二端Cds中选取与大地之间走线最短的与大地连接。
如上述实施方式中，薄膜电容Cx的第二端与大地之间的走线最短，因此再仅设置一个用于接地的RC电路140时，将薄膜电容Cx的第二端通过RC电路140与大地连接。在本实施例的其他实施方式中，应将到大地走线最短的器件的功率地与大地通过RC电路140连接，以减小所形成回路的面积，抑制EMI干扰。
即当开关电源电路100仅设置一个用于接地的RC电路140时，选取走线最短的器件功率地与大地连接，对地走线越短，形成的回路面积越小，从而可以更好的抑制EMI干扰。
在可能的实现方式中，若忽略系统成本，在上述开关电源电路100的基础上，电解电容Ci的负极、薄膜电容Cx的第二端以及开关管Q中的至少一个通过RC电路140与大地连接。
例如，可以是其中的一个通过RC电路140与大地连接，也可以是其中的两个通过RC电路140与大地连接，还可以是上述三个器件均分别通过RC电路140与大地连接，从而可以更好地抑制由于开关管Q等器件产生的干扰。
在上述开关电源电路100的基础上，本发明提供一种电子设备(图未示)，电子设备包括如前述实施方式提供的开关电源电路100。
需要说的是，本实施方式提供的电子设备，其实现的技术效果以及技术原理与前述实施方式中提供的开关电源电路100基本相同，为简要描述，本申请实施方式不再进行详细说明，本申请实施方式未介绍详尽之处，请参阅前述实施方式中的相关内容。
上述电子设备可以是家用电器，例如空调器、加热器等等，本实施例对此不作限定。
综上所述，本申请提供了一种开关电源电路100及电子设备，开关电源电路100包括整流电路110、储能电路120、开关管Q及变压器T；整流电路110、储能电路120、变压器T及开关管Q设置于基板上，基板上设置有大地；整流电路110的输入端与电源火线、电源零线连接，整流电路110的正极输出端P与变压器T的原边第一端Lp1连接，整流电路110的负极输出端N通过开关管Q与变压器T的原边第二端Lp2连接；储能电路120设置于正极输出端P与负极输出端N之间；整流电路110的负极输出端N及其连接线形成开关电源电路100的功率地，功率地通过走线与大地电连接。本申请提供的方案在开关电源电路100的功率地与大地之间设置了接地回路，从而通过开关管Q的对地分布电容传导至大地的共模噪声、以及变压器T副边的对地分布电容传导至大地的共模噪声可以通过接地回路流回开关管Q，避免噪声对后级负载或电源造成影响，降低开关电源电路100的干扰。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (8)

1.一种开关电源电路(100)，其特征在于，所述开关电源电路(100)包括整流电路(110)、储能电路(120)、开关管(Q)及变压器(T)；
所述整流电路(110)、储能电路(120)、变压器(T)及开关管(Q)设置于基板上，所述基板上设置有大地；
所述整流电路(110)的输入端与电源火线、电源零线连接，所述整流电路(110)的正极输出端(P)与变压器(T)的原边第一端(Lp1)连接，所述整流电路(110)的负极输出端(N)通过所述开关管(Q)与变压器(T)的原边第二端(Lp2)连接；所述储能电路(120)设置于所述正极输出端(P)与所述负极输出端(N)之间；
所述整流电路(110)的负极输出端(N)及其连接线形成所述开关电源电路(100)的功率地，所述功率地通过走线与大地电连接；所述开关电源电路(100)包括至少一个RC电路(140)，所述功率地通过所述至少一个RC电路(140)与所述基板的大地电连接形成接地回路；
其中，薄膜电容(Cx)的第二端与大地之间的走线最短；
所述开关电源电路(100)包括第三RC电路(143)，所述储能电路(120)包括薄膜电容(Cx)，所述薄膜电容(Cx)的第一端与所述变压器(T)的原边第一端(Lp1)连接，所述薄膜电容(Cx)的第二端与所述整流电路(110)的负极输出端(N)连接；
所述薄膜电容(Cx)的第二端通过所述第三RC电路(143)与大地连接；
所述变压器(T)的副边与大地形成副边对地分布电容(Cd)，以使通过所述开关管(Q)的对地分布电容传导至大地的共模噪声、以及所述副边对地分布电容(Cd)传导至大地的共模噪声通过所述接地回路流回所述开关管(Q)。
2.根据权利要求1所述的开关电源电路(100)，其特征在于，所述开关电源电路(100)包括第一RC电路(141)，所述开关管(Q)包括开关管第一端(Cgd)、开关管第二端(Cds)，所述开关管第一端(Cgd)与所述变压器(T)的原边第二端(Lp2)连接，所述开关管第二端(Cds)与所述负极输出端(N)连接；
所述开关管第二端(Cds)通过所述第一RC电路(141)与大地连接。
3.根据权利要求1所述的开关电源电路(100)，其特征在于，所述开关电源电路(100)包括第二RC电路(142)，所述储能电路(120)包括电解电容(Ci)，所述电解电容(Ci)的正极与所述整流电路(110)的正极输出端(P)连接，所述电解电容(Ci)的负极与所述整流电路(110)的负极输出端(N)连接；
所述电解电容(Ci)的负极通过所述第二RC电路(142)与大地连接。
4.根据权利要求1所述的开关电源电路(100)，其特征在于，所述RC电路(140)包括电阻R与电容C，所述电阻R与所述电容C串联连接。
5.根据权利要求1所述的开关电源电路(100)，其特征在于，所述储能电路(120)包括电解电容(Ci)与薄膜电容(Cx)，所述电解电容(Ci)的正极与所述整流电路(110)的正极输出端(P)连接，所述电解电容(Ci)的负极与所述整流电路(110)的负极输出端(N)连接；所述薄膜电容(Cx)的第一端与所述变压器(T)的原边第一端(Lp1)连接，所述薄膜电容(Cx)的第二端与所述整流电路(110)的负极输出端(N)连接；
当所述开关电源电路(100)仅设置一个用于接地的RC电路(140)时，从所述电解电容(Ci)的负极、薄膜电容(Cx)的第二端以及所述开关管(Q)中选取与大地之间走线最短的与大地连接。
6.根据权利要求1所述的开关电源电路(100)，其特征在于，所述储能电路(120)包括电解电容(Ci)与薄膜电容(Cx)，所述电解电容(Ci)的正极与所述整流电路(110)的正极输出端(P)连接，所述电解电容(Ci)的负极与所述整流电路(110)的负极输出端(N)连接；所述薄膜电容(Cx)的第一端与所述变压器(T)的原边第一端(Lp1)连接，所述薄膜电容(Cx)的第二端与所述整流电路(110)的负极输出端(N)连接；
所述电解电容(Ci)的负极、薄膜电容(Cx)的第二端以及所述开关管(Q)中的至少一个通过RC电路(140)与大地连接。
7.根据权利要求1所述的开关电源电路(100)，其特征在于，所述变压器(T)的副边第一端(Ls1)与变压器(T)的副边第二端(Ls2)之间设置有储能电容。
8.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1～7任意一项所述的开关电源电路(100)。
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