CN204304786U - 一种开关电源电路结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种开关电源电路结构。包括电源变压器的前级电路的前级线圈、次级电路的次级线圈和辅助电源变压器的辅助线圈，将前级线圈和次级线圈的绕组距离增大。降低了噪声，减小了电源线的体积，降低了成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种开关电源电路结构。
背景技术
随着功率半导体器件技术的发展，开关电源高功率体积比和高效率的特性使得其在现代军事、工业和商业等各级别的仪器设备中得到广泛应用，并且随着时钟频率的不断提高，设备的电磁兼容性(EMC)问题引起人们的广泛关注。EMC设计已成为开关电源开发设计中必不可少的重要环节。
传导电磁干扰(EMI)噪声的抑制必须在产品开发初期就加以考虑。通常情况下，加装电源线滤波器是抑制传导EMI的必要措施。但是，仅仅依靠电源输入端的滤波器来抑制干扰往往会导致滤波器中元件的电感量增加和电容量增大。而电感量的增加使体积增加；电容量的增大受到漏电流安全标准的限制。
电子设备的传导噪声干扰指的是：设备在与供电电网连接工作时以噪声电流的形式通过电源线传导到公共电网环境中去的电磁干扰。传导干扰分为共模干扰与差模干扰两种。共模干扰电流在零线与相线上的相位相等；差模干扰电流在零线与相线上的相位相反。差模干扰对总体传导干扰的贡献较小，且主要集中在噪声频谱低频端，较容易抑制；共模干扰对传导干扰的贡献较大，且主要处在噪声频谱的中频和高频频段。对共模传导干扰的抑制是电子设备传导EMC设计中的难点，也是最主要的任务。
反激式开关电源的电路中存在一些电压剧变的节点。和电路中其他电势相对稳定的节点不同，这些节点的电压包含高强度的高频成分。这些电压变化十分活跃的节点称为噪声活跃节点。噪声活跃节点是开关电源电路中的共模传导干扰源，它作用于电路中的对地杂散电容就产生共模噪声电流M 。而电路中对EMI影响较大的对地杂散电容有：功率开关管的漏极对地的寄生电容，变压器的主边绕组对副边绕组的寄生电容；变压器的副边回路对地的寄生电容， 变压器主、副边绕组对磁芯的寄生电容，以及变压器磁芯对地的寄生电容。这些寄生电容在电路中的分布如图1所示。 图l中所示中的3种电流是构成共模噪声电流(图1中的黑色箭头)的主要因素。共模电流通过电源线输入端的地线回流，从而被LISN取样测量得到。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种不仅能减小电源线的体积，还能降低成本的开关电源电路结构。
本实用新型采用的技术方案如下：一种开关电源电路结构，包括电源变压器的前级电路的前级线圈、次级电路的次级线圈和辅助电源变压器的辅助线圈，其特征在于，将前级线圈和次级线圈的绕组距离增大。
作为优选，将所述辅助线圈绕组设置在前级线圈和次级线圈的绕组之间。
作为优选，将电源变压器的最内层与功率开关管的d极相连，最外层与整流桥输出正极相连。
作为优选，将前级线圈和次级线圈方向相反的噪声活跃点成对地绕在最内和最外层相对位置。
作为优选，将前级电路和次级电路的线圈绕组之间的金属隔离层与前级电路的负极相连。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：降低了噪声，减小了电源线的体积，降低了成本。
附图说明
图1为现有技术中开关电源电路结构示意图。
图2为本实用新型其中一实施例的原理示意图。
图3为本实用新型其中一实施例的噪声电流在电源变压器内部的耦合情况示意图。
图4为本实用新型其中一实施例的电路结构示意图。
图5为采用本实用新型方案前后的噪声频谱示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
一种开关电源电路结构，包括电源变压器的前级电路的前级线圈、次级电路的次级线圈和辅助电源变压器的辅助线圈，将前级线圈和次级线圈的绕组距离增大。从而它们的层间寄生电容就减小了，噪声电流就能相应减小。
前级电路和次级电路的辅助电源也是由绕在变压器上的独立线圈提供能量的。这两级辅助线圈的存在给噪声电流的传播提供了额外的途径。辅助线圈是为了控制电路的供电设计的。尽管控制电路本身的功率很小，但它们的存在却增大了电路对地的寄生电容，从而分担了一部分把共模噪声从活跃节点耦合到地的工作。将所述辅助线圈绕组设置在前级线圈和次级线圈的绕组之间，更进一步的减小了电源线的体积，降低了成本。
因此，变压器绕制的最终方法应如图2所示。从内到外的线圈绕组依次是：前级绕组的一半、辅助绕组的一半、后级绕组、辅助绕组的另一半和前级绕组的另一半。
将电源变压器的最内层与功率开关管的d极相连，最外层与整流桥输出正极相连。
在电路中，噪声电压活跃节点并不是单一的。除功率开关管的d极外，变压器前级绕组的另一端也是一个噪声电压活跃节点，而且节点电压的变化方向与场管的d极电压情况相反。所以变压器次级绕组的两端是相位相反的噪声电压活跃节点。图3所示的是采用节点相位平衡法后，变压器骨架上的线圈分布情况。
变压器骨架最内层是前级绕组线圈的一半，与功率开关管的d极相连；中间层的线圈是次级绕组；最外层是前级绕组的另一半，与整流桥输出正极相连相连。由于噪声电流主要通过前后级线圈层之间的寄生电容耦合，将前级线圈和次级线圈方向相反的噪声活跃点成对地绕在最内和最外层相对位置，就能使大部分的噪声电流相互抵消，大大降低了最终耦合到次级的噪声电流的强度。
共模噪声的耦合除了通过场效应管d极对地这条途径外，开关管d极的噪声电压通过变压器的寄生电容将噪声电流耦合到变压器副边绕组所在的回路，再通过次级回路对地的寄生电容耦合到地也是共模电流产生的途径。因此设法减小从变压器主边绕组传递到副边绕组间的共模电流是一种有效的EMC设计方法。传统的变压器EMC设计方法是在两绕组间添加隔离层，如图4所示。
金属隔离层直接连接地线的设计会增大共模噪声电流，使EMC性能变差。在本具体实施例中，将前级电路和次级电路的线圈绕组之间的金属隔离层与前级电路的负极相连，使隔离层成为电路中电位的稳定节点。这样的连接能把原本流向大地的共模电流有效分流，从而大大降低电源线的传导噪声发射水平。
图5为采用本实用新型变压器设计方案改进前（图a）后（图b）实验样品的传导噪声频谱对比。 图5中的上下两条平行折线分别为国际无线电干扰特别委员会(简称CISPR)颁布的CISPR22标准中b级要求的准峰值检波限值和平均值检波限值；而曲线为开关电源的传导噪声频谱。从实验结果可以看出：与传统方案相比，新方案有着更出色的对共模噪声电流的抑制能力，尤其在中频1～ 5MHz的频段。在较低频段，电源线上的传导干扰主要是差模电流引起的；而在中高频段，共模电流起主要作用。而本实用新型提出的方法对共模电流的抑制较强，实验和理论是相符合的。在10 MHz以上的频段，主要由电路中的其他寄生参数决定EMC性能，与变压器关系不大。
Claims (5)
1.一种开关电源电路结构，包括电源变压器的前级电路的前级线圈、次级电路的次级线圈和辅助电源变压器的辅助线圈，其特征在于，将前级线圈和次级线圈的绕组距离增大。
2.根据权利要求1所述的开关电源电路结构，其特征在于，将所述辅助线圈绕组设置在前级线圈和次级线圈的绕组之间。
3.根据权利要求1所述的开关电源电路结构，其特征在于，将电源变压器的最内层与功率开关管的d极相连，最外层与整流桥输出正极相连。
4.根据权利要求3所述的开关电源电路结构，其特征在于，将前级线圈和次级线圈方向相反的噪声活跃点成对地绕在最内和最外层相对位置。
5.根据权利要求1所述的开关电源电路结构，其特征在于，将前级电路和次级电路的线圈绕组之间的金属隔离层与前级电路的负极相连。
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