CN113452246A - 传导干扰抑制电路和功率变换器 - Google Patents

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CN113452246A CN202110696455.1A CN202110696455A CN113452246A CN 113452246 A CN113452246 A CN 113452246A CN 202110696455 A CN202110696455 A CN 202110696455A CN 113452246 A CN113452246 A CN 113452246A
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吴洪清
吴勇
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Abstract

本申请涉及一种传导干扰抑制电路和功率变换器，其中传导干扰抑制电路包括：整流单元、第一滤波单元、驱动单元，其中，整流单元包括电源输入端和电源输出端，电源输出端设置有第一输出引脚和第二输出引脚；第一输出引脚与第一滤波单元的一端相连接，第二输出引脚与第一滤波单元的另一端相连接；驱动单元设置有第一输入引脚、第二输入引脚、第三输出引脚和第四输出引脚；第一输入引脚与第一输出引脚相连接，第二输入引脚用于接入驱动单元工作的驱动信号；第三输出引脚与第二输出引脚相连接，且第三输出引脚与第四输出引脚用于接入负载。仅加入第一滤波单元就可以避免差模干扰，避免加入过多磁环，更节省成本。

Description

传导干扰抑制电路和功率变换器
技术领域
本申请涉及干扰抑制技术领域，尤其涉及一种传导干扰抑制电路和功率变换器。
背景技术
随着电力电子技术的发展，PFC电路的应用越来越广泛，开关电源的核心是功率变换器，由于功率变换器是通过开关管进行功率变换的，开关管的高频切换，会产生较大的传导干扰，导致电磁兼容(Electro Magnetic Compatibility，EMC)测试不合格，接入电网后，也会给电网造成一定的污染。
针对这一问题，目前都是在电源线上绕制一定圈数的磁环(比如铁氧体磁环)，如图1所示，这就相当于在线路上增加一个非线性阻抗，使电源回路的阻抗增加，增加高频干扰的损耗，阻尼干扰的传播。但是这种方式，需要在电源线上额外绕制一定圈数的磁环，绕制磁环的成本较高，会提高电源的造价。
发明内容
为克服相关技术中存在的绕制磁环的方式成本高的问题，本申请提供一种传导干扰抑制电路和功率变换器。
根据本申请的第一方面，提供一种传导干扰抑制电路，包括：整流单元、第一滤波单元、驱动单元；
所述整流单元包括电源输入端和电源输出端，所述电源输入端用于连接交流电源，所述电源输出端设置有第一输出引脚和第二输出引脚；
所述第一输出引脚与所述第一滤波单元的一端相连接，所述第二输出引脚与所述第一滤波单元的另一端相连接；
所述驱动单元设置有第一输入引脚、第二输入引脚、第三输出引脚和第四输出引脚；
所述第一输入引脚与所述第一输出引脚相连接，所述第二输入引脚用于接入驱动所述驱动单元工作的驱动信号；
所述第三输出引脚与所述第二输出引脚相连接，且所述第三输出引脚与所述第四输出引脚用于接入负载。
在一个可选的实施方式中，所述传导干扰抑制电路还包括：第二滤波单元；
所述整流单元的电源输入端设置有第三输入引脚和第四输入引脚，所述第三输入引脚与所述第二滤波单元的一端相连接，所述第四输入引脚与所述第二滤波单元的另一端相连接。
在一个可选的实施方式中，所述传导干扰抑制电路还包括：第三滤波单元；
所述第三滤波单元的一端与所述第四输出引脚相连接，另一端接地。
在一个可选的实施方式中，所述第三滤波单元包括电阻模块和第一电容模块；
所述第一电容模块的一端与所述第四输出引脚相连接，另一端与所述电阻模块的一端相连接；
所述电阻模块的另一端接地。
在一个可选的实施方式中，所述电阻模块包括至少一个电阻，所述第一电容模块包括至少一个电容；
所述第一电阻模块的等效阻值为51Ω，所述第一电容模块的等效电容为2.2μF。
在一个可选的实施方式中，所述第一滤波单元包括第二电容模块；
所述第二电容模块处于150KHz以上的频率时，容抗小于50Ω。
在一个可选的实施方式中，所述第二电容模块包括至少一个电容；
所述第二电容模块的等效电容为0.68μF，所述第二电容模块包括的电容为金属化聚酯膜电容。
在一个可选的实施方式中，所述第二滤波单元包括第三电容模块；所述第三电容模块包括至少一个电容；
所述第三电容模块的等效电容为1μF，所述第三电容模块包括的电容为金属化聚酯膜电容。
在一个可选的实施方式中，所述驱动单元包括电感和MOS管；
所述电感的一端与第一输入引脚连接，另一端与所述MOS管的漏极相连，所述电感的另一端与所述MOS管的漏极之间与所述第四输出引脚连接，所述MOS管的栅极与所述第二输入引脚连接，MOS管的源极与所述第三输出引脚连接。
根据本申请的第二方面，提供一种功率变换器，包括电源输入端子、电源输出端子以及如本申请第一方面所述的传导干扰抑制电路；
所述电源输入端子与所述传导干扰抑制电路的电源输入端连接，用于外接交流电源；
所述电源输出端子与所述传导干扰抑制电路的电源输出端连接，用于外接负载。
本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：传导干扰抑制电路包括整流单元、第一滤波单元、驱动单元，其中，整流单元包括电源输入端和电源输出端，电源输出端设置有第一输出引脚和第二输出引脚；第一输出引脚与第一滤波单元的一端相连接，第二输出引脚与第一滤波单元的另一端相连接；驱动单元设置有第一输入引脚、第二输入引脚、第三输出引脚和第四输出引脚；第一输入引脚与第一输出引脚相连接，第二输入引脚用于接入驱动单元工作的驱动信号；第三输出引脚与第二输出引脚相连接，且第三输出引脚与第四输出引脚用于接入负载。由于第一输出引脚和第二输出引脚之间接入了第一滤波单元，在整流单元产生干扰电流时，干扰电流会通过第一滤波单元以及驱动单元中的虚拟寄生电容流入地，避免该干扰电流从第一输出引脚流入第二输入引脚，再经过整流单元流回电源输入端，也就是说，仅加入第一滤波单元就可以避免干扰电流在传导干扰抑制电路中形成回路所导致的差模干扰，滤波单元的体积往往要比绕制磁环的体积小，可以满足功率变换器小体积的需求。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1是背景技术中的现有绕制磁环的电路结构示意图；
图2是本申请的一个实施例提供的一种传导干扰抑制电路的结构示意图；
图3是本申请的一个实施例提供的未接入第一滤波单元时的干扰电流的传导路径示意图；
图4为本申请的一个实施例提供的一种接入第一滤波单元后的干扰电流的传导路径示意图；
图5是本申请的一个实施例提供的具有第二滤波单元的传导干扰抑制电路的结构示意图；
图6是本申请的一个实施例提供的接入第二滤波单元后干扰电流的传导路径示意图；
图7是本申请的一个实施例提供的接入第三滤波单元的传导干扰抑制电路的结构示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
请参阅图2，图2是本申请的一个实施例提供的一种传导干扰抑制电路的结构示意图。
如图2所示，本实施例提供的传导干扰抑制电路可以包括：整流单元101、第一滤波单元102、驱动单元103；
所述整流单元包括电源输入端和电源输出端，所述电源输入端用于连接交流电源，所述电源输出端设置有第一输出引脚和第二输出引脚；
所述第一输出引脚与所述第一滤波单元的一端相连接，所述第二输出引脚与所述第一滤波单元的另一端相连接；
所述驱动单元设置有第一输入引脚、第二输入引脚、第三输出引脚和第四输出引脚；
所述第一输入引脚与所述第一输出引脚相连接，所述第二输入引脚用于接入驱动所述驱动单元工作的驱动信号；
所述第三输出引脚与所述第二输出引脚相连接，且所述第三输出引脚与所述第四输出引脚用于接入负载。
本实施例中，传导干扰抑制电路包括整流单元、第一滤波单元、驱动单元，其中，整流单元包括电源输入端和电源输出端，电源输出端设置有第一输出引脚和第二输出引脚；第一输出引脚与第一滤波单元的一端相连接，第二输出引脚与第一滤波单元的另一端相连接；驱动单元设置有第一输入引脚、第二输入引脚、第三输出引脚和第四输出引脚；第一输入引脚与第一输出引脚相连接，第二输入引脚用于接入驱动单元工作的驱动信号；第三输出引脚与第二输出引脚相连接，且第三输出引脚与第四输出引脚用于接入负载。由于第一输出引脚和第二输出引脚之间接入了第一滤波单元，在整流单元产生干扰电流时，干扰电流会通过第一滤波单元以及驱动单元中的虚拟寄生电容流入地，避免该干扰电流从第一输出引脚流入第二输入引脚，再经过整流单元流回电源输入端，也就是说，仅加入第一滤波单元就可以避免干扰电流在传导干扰抑制电路中形成回路所导致的差模干扰，滤波单元的体积往往要比绕制磁环的体积小，可以满足功率变换器小体积的需求。
需要说明的是，本实施例中的第一滤波单元可以包括第二电容模块，而第二电容模块可以包括至少一个电容，当所述第二电容模块包括的所述电容的数量大于或等于2时，所述电容之间采用并联连接。
其中，第二电容模块的等效电容可以为2.2μF，第三电容模块包括的电容为金属化聚酯膜电容。
为了对干扰电流的传导路径进行说明，特利用接入的线路阻抗稳定网络(LineImpedance Stabilization Network，LISN)进行干扰电流的传导路径的演示。
请参阅图3，图3是本申请的一个实施例提供的未接入第一滤波单元时的干扰电流的传导路径示意图。
如图3所示，整流单元可以包括由4个二极管构成的整流桥，在交流电源AC的正半周，电流从L线流出，经过整流桥的D1、驱动电路、负载以及整流桥的D4流入N线；在交流电源AC的负半周，电流从N先流出，经过D2、驱动电路、负载以及整流桥的D3流入L线。
其中，图3中示出的LISN为简化结构，其包括两个等效电阻RLN，其中的一个等效电阻一端连接L线，另一端接地，另一个等效电阻的一端连接N线，另一端接地。
另外，驱动单元可以包括电感Lb和MOS管，其中，电感的一端为第一输入引脚，另一端与MOS管的D极(漏极)相连，电感的另一端与MOS管的D极之间引出第四输出引脚，MOS管的G极(栅极)为第二输入引脚，MOS管的S极(源极)为第三输出引脚。
具体的，电感的一端与第一输入引脚连接，另一端与MOS管的漏极相连，电感的另一端与MOS管的漏极之间与第四输出引脚连接，MOS管的栅极与第二输入引脚连接，MOS管的源极与第三输出引脚连接。
需要说明的是，干扰电流是在D1和D4，或者，D2和D3从导通状态变为关断状态的过程中产生的，以D1和D4从导通状态变为关断状态的过程为例，产生的一种干扰电流的传导路径如Ib所示，依次流经D1、驱动单元、D4、连接N线的等效电阻RLN、连接L线的等效电阻RLN，构成了回路，且在L线和N线上的电流方向相反，该干扰电流会形成差模干扰。
当然还会产生另一种干扰电流，其传导路径如Ip所示，依次流经连接L线的D4、驱动单元中的MOS管、驱动单元中的MOS管D极与地之间形成的虚拟寄生电容Cp、地、等效电阻RLN，形成了N线与地之间的回路，该干扰电流会形成共模干扰。
两种干扰电流会使电路中既有共模干扰，也有差模干扰，即该电路中存在混合干扰。
一般，形成差模干扰的干扰电流与回路中的流经的有效电流(即正常的工作电流)方向一致，会对有效电流产生直接的影响，因此，形成差模干扰的干扰电流会对电路正常工作的影响更大，因此，可以先避免干扰电流形成差模干扰，具体便是本实施例中在整流单元的电源输出端并上第一滤波单元。
以第一滤波单元为一个电容为例，接入第一滤波单元后，干扰电流的传导路径可以参阅图4，图4为本申请的一个实施例提供的一种接入第一滤波单元后的干扰电流的传导路径示意图。
如图4所示，可能会形成差模干扰的干扰电流在流经D1后会经过第一滤波单元Ca与形成共模干扰的干扰电流整合，再通过驱动单元中的MOS管以及寄生电容Cp流入地，经过地返回到连接N线的RLN，此时干扰电流便无法在L线和N线上方向相反，便不会形成差模干扰。
需要说明的是，由于第一滤波单元的引入，可能会导致整流单元前的输入出现谐波畸变，影响功率变换器的PF值，因此，第一滤波单元包括的电容的取值不宜过大，电容在150KHz的频率下，容抗小于50欧姆，就能有效抑制混合干扰，避免共模干扰转化为差模干扰。
具体的，第一滤波单元可以选取0.68μF金属化聚酯膜电容，其在150KHz阻抗为1.622Ω，谐振频率为2.4MHz,在2MHz之前能提供较低的阻抗值，有较好的效果。
在加入第一滤波单元后，在每个工频周期，输入电压过零处(即整流单元的整流桥关断时间)，都会出现较大的峰值和准峰值干扰，该干扰会给寄生电容Cp充电，此时，干扰产生的电流会流经D1，在与L线连接的测试电阻上产生干扰电压，寄生电容Cp放电时，放电产生的电流会经过与N线连接的测试电阻和D4，此时会在与N线连接的测试电阻上产生干扰电压。而寄生电容充电和放电的过程必然不会同时发生，也就是说，充电和放电过程形成的电流必然不会同时流经与L线连接的测试电阻以及与N线连接的测试电阻，导致了差模电压分量，即差模干扰。
针对该种情况，本实施例的传导干扰抑制电路还可以包括第二滤波单元。具体可以参阅图5，图5是本申请的一个实施例提供的具有第二滤波单元的传导干扰抑制电路的结构示意图。
如图5所示，传导干扰抑制电路还可以包括第二滤波单元104，整流单元的电源输入端设置有第三输入引脚和第四输入引脚，所述第三输入引脚与所述第二滤波单元的一端相连接，所述第四输入引脚与所述第二滤波单元的另一端相连接。
需要说明的是，所述第二滤波单元包括第三电容模块，所述第三电容模块包括至少一个电容；当所述第三电容模块包括的所述电容的数量大于或等于2时，所述电容之间采用并联连接。具体的，第三电容模块的等效电容为1μF，第三电容模块包括的电容为金属化聚酯膜电容。
接入第二滤波单元后的干扰电流传导路径可以参阅图6，图6是本申请的一个实施例提供的接入第二滤波单元后干扰电流的传导路径示意图。
如图6所示，在图4的传导路径的基础上，在整流单元的电源输入端并上第二滤波单元，以第二滤波单元为一个电容Cb为例，峰值和准峰值干扰会经过Cb与形成共模干扰的干扰电流整合，避免了给寄生电容的充放电，以及充放电过程中产生的差模电压分量。
具体的，第二滤波单元可以选取1μF金属化聚酯膜电容，在低频段提供更低的阻抗，干扰能够被有效地抑制。
经过接入第一滤波单元和第二滤波单元，差模干扰已经被有效地抑制，由于共模干扰过大时，仍会带来一些影响，因此，本实施例在上述接入第一滤波单元和/或第二滤波单元的基础上，在驱动单元的MOS管的D极与地之间接入第三滤波单元。具体可以参阅图7，图7是本申请的一个实施例提供的接入第三滤波单元的传导干扰抑制电路的结构示意图。
如图7所示，传导干扰抑制电路还包括：第三滤波单元105；所述第三滤波单元的一端与所述第四输出引脚相连接，另一端接地。
由于形成共模干扰的干扰电流会经过寄生电容流入地，因此，可以在电感Lb的另一端与MOS管的D极之间(即驱动单元的第三输出引脚)与地之间接入第三滤波单元，以消耗掉原本会经过寄生电容流入地的干扰电流。
具体的，第三滤波单元包括电阻模块和第一电容模块；所述第一电容模块的一端与所述第四输出引脚相连接，另一端与所述电阻模块的一端相连接；所述电阻模块的另一端接地。
其中，电阻模块和第一电容模块的组合，可以形成较为可靠的阻尼，加大对原本会经过寄生电容流入地的干扰电流的消耗。
所述电阻模块包括至少一个电阻，所述第一电容模块包括至少一个电容；当所述电阻模块包括的所述电阻的数量大于或等于2时，所述电容之间采用串联和/或连接；当所述第一电容模块包括的所述电容的数量大于或等于2时，所述电容之间采用并联连接。
需要说明的是，以上提到的第一电容模块、第二电容模块和第三电容模块，采用多个电容并联可以方便调试其等效电容的大小，且多个电容并联可以避免使用一个电容时对电容的过度充放电的情况，延长使用寿命。
同理，电阻模块采用多个电阻串联和/或并联，同样可以方便调试其等效电阻的大小，且避免使用一个电阻时的过度发热的情况，延长使用寿命。
需要说明的是，第一电容模块的等效电容可以为2.2μF，第一电容模块包括的电容可以采用瓷片电容，可在30MHz之前都能提供较低的阻抗，为干扰提供一条低阻抗路径消耗及泄放。另外，第一电阻模块的等效电阻可以为51Ω。
另外，本申请的另一实施例还提供了一种功率变换器，具体包括电源输入端子、电源输出端子以及如前述实施例提供的传导干扰抑制电路；
所述电源输入端子与所述传导干扰抑制电路的电源输入端连接，用于外接交流电源；
所述电源输出端子与所述传导干扰抑制电路的电源输出端连接，用于外接负载。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种传导干扰抑制电路，其特征在于，包括：整流单元、第一滤波单元、驱动单元；
所述整流单元包括电源输入端和电源输出端，所述电源输入端用于连接交流电源，所述电源输出端设置有第一输出引脚和第二输出引脚；
所述第一输出引脚与所述第一滤波单元的一端相连接，所述第二输出引脚与所述第一滤波单元的另一端相连接；
所述驱动单元设置有第一输入引脚、第二输入引脚、第三输出引脚和第四输出引脚；
所述第一输入引脚与所述第一输出引脚相连接，所述第二输入引脚用于接入驱动所述驱动单元工作的驱动信号；
所述第三输出引脚与所述第二输出引脚相连接，且所述第三输出引脚与所述第四输出引脚用于接入负载。
2.根据权利要求1所述的传导干扰抑制电路，其特征在于，所述传导干扰抑制电路还包括：第二滤波单元；
所述整流单元的电源输入端设置有第三输入引脚和第四输入引脚，所述第三输入引脚与所述第二滤波单元的一端相连接，所述第四输入引脚与所述第二滤波单元的另一端相连接。
3.根据权利要求1或2所述的传导干扰抑制电路，其特征在于，所述传导干扰抑制电路还包括：第三滤波单元；
所述第三滤波单元的一端与所述第四输出引脚相连接，另一端接地。
4.根据权利要求3所述的传导干扰抑制电路，其特征在于，所述第三滤波单元包括电阻模块和第一电容模块；
所述第一电容模块的一端与所述第四输出引脚相连接，另一端与所述电阻模块的一端相连接；
所述电阻模块的另一端接地。
5.根据权利要求4所述的传导干扰抑制电路，其特征在于，所述电阻模块包括至少一个电阻，所述第一电容模块包括至少一个电容；
所述第一电阻模块的等效阻值为51Ω，所述第一电容模块的等效电容为2.2μF。
6.根据权利要求1或2所述的传导干扰抑制电路，其特征在于，所述第一滤波单元包括第二电容模块；
所述第二电容模块处于150KHz以上的频率时，容抗小于50Ω。
7.根据权利要求6所述的传导干扰抑制电路，其特征在于，所述第二电容模块包括至少一个电容；
所述第二电容模块的等效电容为0.68μF，所述第二电容模块包括的电容为金属化聚酯膜电容。
8.根据权利要求2所述的传导干扰抑制电路，其特征在于，所述第二滤波单元包括第三电容模块；所述第三电容模块包括至少一个电容；
所述第三电容模块的等效电容为1μF，所述第三电容模块包括的电容为金属化聚酯膜电容。
9.根据权利要求1、2、4～8任一项所述的传导干扰抑制电路，其特征在于，所述驱动单元包括电感和MOS管；
所述电感的一端与第一输入引脚连接，另一端与所述MOS管的漏极相连，所述电感的另一端与所述MOS管的漏极之间与所述第四输出引脚连接，所述MOS管的栅极与所述第二输入引脚连接，MOS管的源极与所述第三输出引脚连接。
10.一种功率变换器，其特征在于，包括电源输入端子、电源输出端子以及如权利要求1～9任一项所述的传导干扰抑制电路；
所述电源输入端子与所述传导干扰抑制电路的电源输入端连接，用于外接交流电源；
所述电源输出端子与所述传导干扰抑制电路的电源输出端连接，用于外接负载。
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