CN113364271A - 一种用于开关管的抑制传导emi的系统及家用电器 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开一种用于开关管的抑制传导EMI的系统及家用电器。其中，所述系统包括传导EMI抑制电路、感性负载和一个开关管，所述开关管与所述感性负载相连，其中：所述传导EMI抑制电路包括一个电感和RC电路，所述电感和所述开关管串联，所述RC电路包括一个电阻和一个电容；所述开关管与所述电感串联之后，与所述开关管对应的电容和所述电阻构成的串联电路并联，所述传导EMI抑制电路用于抑制所述开关管在关断时导致的传导EMI。本发明实施例提供的用于开关管的抑制传导EMI的系统及家用电器，在传导EMI测试时，为LISN分压，无需使用滤波板，降低了通过传导EMI测试的成本。

Description

一种用于开关管的抑制传导EMI的系统及家用电器
技术领域
本发明实施例涉及家用电器技术领域，具体涉及一种用于开关管的抑制传导EMI的系统及家用电器。
背景技术
电磁干扰(Electromagnetic Interference简称EMI)是指由无用信号或者噪声对有用电磁信号的接收或者传输所造成的损害。电子/电气设备产生的EMI是通过导线或者公共电源线进行传输的，在导线或者公共电源线中传输的EMI可以称为传导EMI。通过人工电源网络(Line Impedance Stabilization Network，简称LISN)，可以测量电子/电气设备的传导EMI，目前，电子/电气设备在投放市场之前，都需要通过相关的传导EMI测试。
对于采用双向晶闸管、金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal OxideSemiconductor，简称MOS管)、绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor，简称IGBT)等开关管的电子/电气设备，当上述开关管连接的用电设备为感性负载，在上述开关管关断时，会在开关管的两端产生较大的反向冲击电压，导致传导EMI的产生。例如，双向晶闸管连接感性负载，当给双向晶闸管施加反方向电压时，由于载流子集蓄效应，即PN结两侧存储了大量少子的缘故并没有恢复反向阻断能力，这些少子在反向电压的作用下被抽出PN结，使双向晶闸管流过较大的反向恢复电流，存储的少子在反向电压的作用下迅速减少，使得反向恢复电流迅速衰减，产生较大的瞬时电流变化，在感性负载和寄生电感的作用下会在双向晶闸管两端产生较大的反向冲击电压，从而形成传导EMI。
为了使电子/电气设备能够通过传导EMI测试，通常会在上述开关管的两端增加吸收电路，为反向恢复电流提供旁路。图1为现有技术中吸收电路的结构示意图，如图1所示，现有技术中，上述吸收电路通常采用RC吸收电路，并联在开关管的两端。在实际应用中，当传导EMI的频率较低时，RC吸收电路的电容阻抗较高，导致RC吸收电路的插入损耗不高，当传导EMI的频率较高时，由于杂散电感的作用使感性负载的阻抗降低，导致RC吸收电路的插入损耗也不高，还需要在电源端口处添加滤波板才能通过传导EMI测试，提高了传导EMI测试的成本。
因此，如何提出一种用于开关管的抑制传导EMI的系统，能够提高抑制开关管导致的传导EMI的效果，避免滤波板的使用，以降低通过传导EMI测试的成本成为业界亟待解决的重要课题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明实施例提供一种用于开关管的抑制传导EMI的系统及家用电器。
一方面，本发明实施例提出一种用于开关管的抑制传导EMI的系统，包括传导EMI抑制电路、感性负载和至少一个开关管，其中：
所述传导EMI抑制电路包括一个电感和RC电路，所述电感和每个所述开关管串联，所述感性负载和每个所述开关管连接，所述电感和每个所述开关管串联后与所述RC电路并联，所述传导EMI抑制电路用于抑制每个所述开关管在关断时导致的传导EMI。
其中，所述开关管有一个，所述RC电路包括一个电阻和一个电容，所述电阻和所述电容串联。
其中，所述开关管有多个，各个所述开关管与所述感性负载相连线路相互并联，所述RC电路包括多个RC子电路，各个所述RC子电路与所述开关管一一对应，所述电感和所述开关管串联之后，与所述开关管对应的RC子电路并联，每个所述RC子电路包括一个电阻和一个电容，所述电阻和所述电容串联。
其中，各个所述RC子电路的电阻的电阻值相等，各个所述RC子电路的电容的电容值相等。
其中，所述开关管有多个，各个所述开关管与所述感性负载相连线路相互并联，所述RC电路包括一个电阻和多个电容，各个所述电容与所述开关管一一对应；所述开关管与所述电感串联之后，与所述开关管对应的电容和所述电阻构成的串联电路并联。
其中，所述RC电路包括的各个所述电容的电容值相等。
其中，所述电感的一端连通火线，所述电感的另一端与每个所述开关管的一端相连。
其中，所述开关管为双向晶闸管、金属氧化物半导体场效应晶体管或者绝缘栅双极型晶体管。
其中，所述感性负载为电动机。
另一方面，本发明实施例提供一种家用电器，包括上述任一实施例所述的用于开关管的抑制传导EMI的系统。
本发明实施例提供的用于开关管的抑制传导EMI的系统及家用电器，包括传导EMI抑制电路、感性负载和至少一个开关管，传导EMI抑制电路包括一个电感和RC电路，电感和每个开关管串联，感性负载和每个开关管连接，电感和每个开关管串联后与RC电路并联，传导EMI抑制电路用于抑制每个开关管在关断时导致的传导EMI，由于采用包括电感和RC电路的传导EMI抑制电路，在传导EMI测试时，为LISN分压，无需使用滤波板，降低了通过传导EMI测试的成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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的附图。
图1为现有技术中吸收电路的结构示意图；
图2为本发明一实施例提供的用于开关管的抑制传导EMI的系统的结构示意图；
图3为本发明一实施例提供的开关管并联RC吸收电路的原理图；
图4为本发明一实施例提供的双向晶闸管两端并联RC吸收电路后传导EMI测量电路图；
图5为本发明一实施例提供的用于开关管的抑制传导EMI的系统的电路原理图；
图6为本发明一实施例提供的用于开关管的抑制传导EMI的系统的差模传导EMI测量电路图；
图7为本发明另一实施例提供的用于开关管的抑制传导EMI的系统的结构示意图；
图8为本发明又一实施例提供的用于开关管的抑制传导EMI的系统的结构示意图；
图9为本发明一实施例提供的家用电器的结构示意图；
图10为本发明一实施例提供的现有某滚筒洗衣机的传导EMI测试结果曲线示意图；
图11为本发明一实施例提供的使用用于双向晶闸管的抑制传导EMI的系统后的某滚筒洗衣机的传导EMI测试结果曲线示意图；
图12为本发明一实施例提供的应用于某滚筒洗衣机的用于双向晶闸管的抑制传导EMI的系统的结构示意图；
附图标记说明：
1-感性负载； 2-开关管；
3-电感； 4-RC电路；
10-用于开关管的抑制传导EMI的系统； 71-感性负载；
72-开关管； 73-电感；
74-RC电路； 741-RC子电路；
81-感性负载； 82-开关管；
83-电感； 84-RC电路；
841-电阻； 842-电容；
121-电动机； 122-双向晶闸管；
123-电感； 124-RC电路；
1241-RC子电路。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
图2为本发明一实施例提供的用于开关管的抑制传导EMI的系统的结构示意图，如图2所示，本发明实施例提供的用于开关管的抑制传导EMI的系统，包括传导EMI抑制电路、感性负载1和至少一个开关管2，其中：
所述传导EMI抑制电路包括一个电感3和RC电路4，电感3和每个开关管2串联，感性负载1和每个开关管2连接，电感3和每个开关管2串联后与RC电路4并联，所述传导EMI抑制电路用于抑制每个开关管2在关断时导致的传导EMI。
具体地，感性负载1可以为电动机，开关管2可以为双向晶闸管MOS管或者IGBT，当设置多个开关管2时，每次只会有一个开关管2处于导通状态。电感3的一端可以与火线连通，电感3的另一端连接每个开关管2。RC电路4包括电阻和电容，所述电阻和电容串联。
由于开关管2关断时，会在开关管2的两端产生较大的反向冲击电压，导致传导EMI的产生。在测量感性负载1的传导EMI时，需要在电网和感性负载1之间接入LISN，由LISN中50Ω电阻上的接收电压来反映传导EMI水平，干扰源为开关管关断时的反向冲击电压，敏感设备为市电和感性负载之间的LISN中的50Ω电阻。为了说明本发明实施例提供的用于开关管的抑制传导EMI的系统抑制传导EMI的效果，下面以开关管2为双向晶闸管为例将本发明实施例提供的用于开关管的抑制传导EMI的系统的传导EMI抑制电路的插入损耗与图1所示的吸收电路的插入损耗进行对比。
图3为本发明一实施例提供的双向晶闸管并联RC吸收电路的原理图，与图1中的电路结构对应，图1所示的开关管采用双向晶闸管，如图3所示，为了获得双向晶闸管的反向冲击电压，感性负载用电感和电阻的串联形式表征，设阻抗为ZM，设双向晶闸管的反向冲击电压为UR，反向恢复电流为IR，根据电压电流关系可得出频域下UR为：
Figure BDA0003146000820000061
其中，
Figure BDA0003146000820000062
ω为传导EMI的频率，R为所述RC吸收电路的电阻的电阻值，C为所述RC吸收电路的电容的电容值。
根据替代定理：在存在唯一解的电路中，任意一个二端元件或网络，不论其是否线性，可以用电压源替代，此电压源的电压的函数表达式和参考方向均与原二端元件或网络的端电压相同。因此，可以获得所述双向晶闸管并联RC吸收电路后传导EMI测量电路图，由于共模传导EMI和差模传导EMI的分析方法相同，以下针对差模传导EMI进行分析。
图4为本发明一实施例提供的双向晶闸管两端并联RC吸收电路后差模传导EMI测量电路图，在图4所示的电路中，当所述双向晶闸管没有并联RC吸收电路时，LISN中50Ω电阻上的接收电压V1为：
Figure BDA0003146000820000063
其中，ZM为感性负载的阻抗，ZLISN为LISN的阻抗。
如图4所示的电路中，LISN中50Ω电阻上的接收电压V2为：
Figure BDA0003146000820000064
由于PN结中集蓄的大量少子在反向电压的作用下被抽离而形成反向恢复电流的迅速衰减，因此所述双向晶闸管的RC吸收电路不影响反向恢复电流的衰减特性，即频域下的反向恢复电流IR不变。因此，RC吸收电路的插入损耗LRC为：
Figure BDA0003146000820000065
由式(4)可以看出，当频率ω较低时，电容阻抗较高，导致插入损耗LRC不高；频率ω较高时，杂散电感的作用使感性负载的阻抗ZM降低，导致插入损耗LRC也不高。
图5为本发明一实施例提供的用于开关管的抑制传导EMI的系统的电路原理图，与图2中的电路结构对应，如图5所示，为了获得双向晶闸管的反向冲击电压，感性负载用电感和电阻的串联形式表征，设阻抗为ZM，设双向晶闸管的反向冲击电压为UR，反向恢复电流为IR，根据电压电流关系可得出频域下UR为：
Figure BDA0003146000820000071
其中，其中，
Figure BDA0003146000820000072
ω为传导EMI的频率，R为所述RC电路的电阻的电阻值，C为所述RC电路的电容的电容值，L为所述传导EMI抑制电路的电感的电感值。
图6为本发明一实施例提供的用于开关管的抑制传导EMI的系统的差模传导EMI测量电路图，如图6所示的电路中，LISN中50Ω电阻上的接收电压V3为：
Figure BDA0003146000820000073
其中，//表示并联。
所述传导EMI抑制电路的插入损耗LRLC为：
Figure BDA0003146000820000074
为了比较所述传导EMI抑制电路的插入损耗LRLC和RC保护电路的插入损耗LRC，设置图4中的感性负载与图6中的感性负载的阻抗ZM相等；图4中的RC保护电路中的电阻与图6中传导EMI抑制电路的电阻的电阻值相等，图4中的RC保护电路中的电容与图6中传导EMI抑制电路的电容的电容值相等。可理解的是图4中的LISN与图6中的LISN相同。
用式(7)减去式(4)，可以获得：
Figure BDA0003146000820000075
由式(8)可以看出，ΔL随着L的增大而增大，本发明实施例提供的抑制传导EMI的系统对传导EMI的抑制效果非常显著。
本发明实施例提供的用于开关管的抑制传导EMI的系统，包括传导EMI抑制电路、感性负载和至少一个开关管，传导EMI抑制电路包括一个电感和RC电路，电感和每个开关管串联，感性负载和每个开关管连接，电感和每个开关管串联后与RC电路并联，传导EMI抑制电路用于抑制每个开关管在关断时导致的传导EMI，由于采用包括电感和RC电路的传导EMI抑制电路，在传导EMI测试时，为LISN分压，无需使用滤波板，降低了通过传导EMI测试的成本。此外，传导EMI抑制电路还可以降低反向冲击电压的大小，延长开关管的使用寿命。
如图2所示，在上述各实施例的基础上，进一步地，开关管2有一个，RC电路4包括一个电阻和一个电容，所述电阻和所述电容串联。
图7为本发明另一实施例提供的用于开关管的抑制传导EMI的系统的结构示意图，开关管72有多个，各个开关管72与感性负载71相连线路相互并联，开关管72与感性负载71相连线路为一个支路，RC电路74包括多个RC子电路741，各个RC子电路741与开关管72一一对应，电感73和开关管72串联之后，与开关管72对应的RC子电路741并联，每个RC子电路741包括一个电阻和一个电容，每个RC子电路741包括的电阻和电容串联。
在上述各实施例的基础上，进一步地，各个RC子电路741的电阻的电阻值相等，各个RC子电路741的电容的电容值相等。
图8为本发明又一实施例提供的用于开关管的抑制传导EMI的系统的结构示意图，如图8所示，开关管82有多个，各个开关管82与感性负载81相连线路相互并联，开关管82与感性负载81相连线路为一个支路，RC电路84包括一个电阻841和多个电容842，电阻841与每个电容842串联，各个电容842与开关管82一一对应；开关管82与电感83串联之后，与开关管82对应的电容842和电阻841构成的串联电路并联。相对于图7所示的RC电路74，本发明实施例提供的RC电路84的各个电容842共用一个电阻841，可以节约用于开关管的抑制传导EMI的系统的成本。
在上述各实施例的基础上，进一步地，RC电路84包括的各个电容842的电容值相等。
在上述各实施例的基础上，进一步地，电感3的一端连通火线，即L线，电感3的另一端与每个开关管2的一端相连。
在上述各实施例的基础上，进一步地，开关管2为双向晶闸管、MOS管或者IGBT。其中，所述双向晶闸管可以等效为一对反向并联连接的普通晶闸管的集成，多用于交流电路中。晶闸管又称作可控硅整流器，是一种通过控制信号控制其导通而不能控制其关断的半控型器件。晶闸管的关断条件是正向电流降低到接近于零的某一数值以下。
在上述各实施例的基础上，进一步地，感性负载1为电动机。
图9为本发明一实施例提供的家用电器的结构示意图，如图9所示，本发明实施例提供的家用电器包括如上述任一实施例所述的用于开关管的抑制传导EMI的系统10。其中，所述家用电器例如为空调、洗衣机、冰箱等。
针对一台滚筒洗衣机，用两个双向晶闸管分别控制所述滚筒洗衣机的电动机的正转和反转。图10为本发明一实施例提供的现有某滚筒洗衣机的传导EMI测试结果曲线示意图，如图10所示的传导EMI测试结果显示，所述滚筒洗衣机的传导EMI超过国家标准限值。图11为本发明一实施例提供的使用用于双向晶闸管的抑制传导EMI的系统后的某滚筒洗衣机的传导EMI测试结果曲线示意图，对比图10和图11可以发现，使用本发明实施例提供的用于开关管的抑制传导EMI的系统之后，所述滚筒洗衣机的传导EMI得到显著的改善，表明本发明实施例提供的抑制传导EMI的系统可有效抑制由双向晶闸管关断造成的传导EMI。
其中，图12为本发明一实施例提供的应用于某滚筒洗衣机的用于双向晶闸管的抑制传导EMI的系统的结构示意图，如图12所示，所述滚筒洗衣机采用如图12所示的用于双向晶闸管的抑制传导EMI的系统获得图11所示的传导EMI测试结果，所述用于双向晶闸管的抑制传导EMI的系统包括传导EMI抑制电路、所述滚筒洗衣机的电动机121和两个双向晶闸管122，所述传导EMI抑制电路包括一个电感123和RC电路124，电感123和两个双向晶闸管分别串联，两个双向晶闸管122分别与电动机121连接，一个晶闸管122用于控制电动机121的正转，另一个晶闸管122用于控制电动机121的反转，RC电路124包括两个RC子电路1241，两个RC子电路1241与双向晶闸管122一一对应，电感123和双向晶闸管122串联之后，与双向晶闸管122对应的RC子电路1241并联，每个RC子电路1241包括一个电阻和一个电容，每个RC子电路1241包括的电阻和电容串联。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种用于开关管的抑制传导EMI的系统，其特征在于，包括传导EMI抑制电路、感性负载和一个开关管，所述开关管与所述感性负载相连，其中：
所述传导EMI抑制电路包括一个电感和RC电路，所述电感和所述开关管串联，所述RC电路包括一个电阻和一个电容；所述开关管与所述电感串联之后，与所述开关管对应的电容和所述电阻构成的串联电路并联；所述传导EMI抑制电路用于抑制所述开关管在关断时导致的传导EMI。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电感的一端连通火线，所述电感的另一端与所述开关管的一端相连。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述开关管为双向晶闸管、金属氧化物半导体场效应晶体管或者绝缘栅双极型晶体管。
4.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述感性负载为电动机。
5.一种家用电器，其特征在于，包括如权利要求1至4任一项所述的用于开关管的抑制传导EMI的系统。
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