CN204559391U - 一种开关dc-dc转换器及电磁干扰滤波装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种开关DC-DC转换器及电磁干扰滤波装置，所述开关DC-DC转换器包括开关DC-DC电路，设置电磁干扰滤波装置，开关DC-DC电路与电磁干扰滤波装置连接；所述电磁干扰滤波装置包括输入保护电路、共模扼流组合电路以及输出保护电路、输出端口P2，输入保护电路与共模扼流组合电路连接，共模扼流组合电路与输出保护电路连接，输出保护电路与输出端口P2连接。本实用新型需要的电感、电容的体积相对较小，对高频干扰能够提供足够的衰减。

Description

一种开关DC-DC转换器及电磁干扰滤波装置

技术领域

本实用新型涉及直流-直流转换电路领域和抗电磁干扰与滤波技术领域，具体涉及一种在开关DC-DC转换器的噪声和纹波滤除装置。

背景技术

直流-直流(DC-DC)转换器为转变输入电压后有效输出固定电压的电压转换器。根据需求可采用两类控制。PWM(脉冲宽度调制)控制型效率高并具有良好的输出电压纹波和噪声。PFM(脉冲频率调制方式)控制型即使长时间使用，尤其小负载时具有耗电小的优点。在DC-DC转换器中有许多高频的大功率开关，其动作时可能产生干扰信号。主要表现为低频的差模噪声，在基频开关频率和谐波频率呈现在输入电感上。

其共模噪声主要有高频分量，在转换器输入电感器和地之间测量，在开关DC-DC转换器的输出包含某种噪声和纹路。恰当地设计实现电磁干扰(EMI)，可降低噪声在可接受的范围内。在许多国家，传导噪声发射由FCC和VDE标准的ClassA和ClassB标准限定。在美国，FCC要求工厂用设备遵从ClassA，而家用设备要遵从更严格的ClassB标准。

现在大多数开关电源工作在100KHZ到1MHZ的频率范围内，发射回电压的传导噪声谱的主要峰值对应基频开关频率及其谐波分量。传导发射标准(如EN55011，EN55022)规定在150KHZ至30MHZ频率范围内，从转换器或电源系统的输入反射到源的准峰值和平均限度传导噪声。为了遵循此标准，传导噪声谱中的所有峰值必须低于特定的限度。

但是，现有技术的缺点是效率低，谐波含量多。

实用新型内容

本实用新型主要是解决现有技术所存在的技术问题，提供了一种可以减小共模扼流图的体积，一种有效降低总传导噪声的开关DC-DC转换器的有源EMI滤波装置，从而改进了开关DC-DC转换器整体性能。

本实用新型还有一个目的是解决现有技术所存在的技术问题：提出一种可以解决开关DC-DC转换器传导噪声无法低于特定限度的方案，达到国际传导发射标准(如EN55011，EN55022)规定在150KHZ至30MHZ频率范围内，可以支持更高滤波性能、可以兼顾在更小 的空间里面，在频率条和电压电平下降的情况下更好地进行EMI的控制，兼具结构合理，滤波效果好同时抗干扰能力强的优点。

本实用新型再有一目的是解决现有技术所存在的技术问题：在频率范围150KHZ至30MHZ(传导辐射标准EN55022要求的)内，能衰减传导模式和差模噪声，同时可以支持多DC-DC变换器负载。

为达到上述目的，本实用新型技术方案提供一种开关DC-DC转换器，包括开关DC-DC电路，设置电磁干扰滤波装置，开关DC-DC电路与电磁干扰滤波装置连接，

所述开关DC-DC电路包括电压转换芯片P1，

所述电磁干扰滤波装置包括输入保护电路、共模扼流组合电路以及输出保护电路、输出端口P2，输入保护电路与共模扼流组合电路连接，共模扼流组合电路与输出保护电路连接，输出保护电路与输出端口P2连接；

所述输入保护电路包括熔断器F1和可调电阻R5，

所述共模扼流组合电路包括电感L1、电感L4、电感L2、电感L5、电阻R2、电阻R4、电阻R9和电容C5，电感L1与电感L2串联，电感L4与电感L5串联，电感L1连接电感L2的一端与电感L4连接电感L5的一端经电阻R4连接，电感L1的另一端与电感L4的另一端经电容C5连接，电感L1与电阻R2并联，电感L4与电阻R9并联；

所述输出保护电路包括电容C3、电容C7、电容C8、电容C12、电容C13和电阻R3，电容C3、电容C7串联，电容C8和电阻R3串联，然后并联；电阻C3和电容C7的中间点接地，电容C12一端连接电容C8，另一端接地，电容C13一端连接输出端口P2，另一端接地。

而且，所述开关DC-DC电路的电压转换芯片P1采用电压转换芯片CS5171，所述开关DC-DC电路包括差模电容器C1、旁路电容器C9、共模电感器L3，差模电容器C1连接电压转换芯片P1的引脚1，电压转换芯片P1的引脚8经旁路电容器C9接地，并经共模电感器L3连接电压转换芯片P1的引脚5的输出。

本实用新型技术方案相应提供一种开关DC-DC转换器的电磁干扰滤波装置，包括输入保护电路、共模扼流组合电路以及输出保护电路、输出端口P2，输入保护电路与共模扼流组合电路连接，共模扼流组合电路与输出保护电路连接，输出保护电路与输出端口P2连接；

所述输入保护电路包括熔断器F1和可调电阻R5，

所述共模扼流组合电路包括电感L1、电感L4、电感L2、电感L5、电阻R2、电阻R4、 电阻R9和电容C5，电感L1与电感L2串联，电感L4与电感L5串联，电感L1连接电感L2的一端与电感L4连接电感L5的一端经电阻R4连接，电感L1的另一端与电感L4的另一端经电容C5连接，电感L1与电阻R2并联，电感L4与电阻R9并联；

所述输出保护电路包括电容C3、电容C7、电容C8、电容C12、电容C13和电阻R3，电容C3、电容C7串联，电容C8和电阻R3串联，然后并联；电阻C3和电容C7的中间点接地，电容C12一端连接电容C8，另一端接地，电容C13一端连接输出端口P2，另一端接地。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：针对传统的滤波器大多采用无源滤波器，常常受到可用的电感、电容的体积制约而无法朝着更加精细化方向发展，设计了一种需要的电感、电容的体积相对较小，对高频干扰提供足够的衰减的一种开关DC-DC转换器的电磁干扰滤波装置。该装置可以滤除外界电路产生的高频脉冲对电源的干扰，同时也起到减少开关DC-DC转换器对外界的电磁干扰的作用。

附图说明

图1是本实用新型实施例的开关DC-DC转换器电路示意图。

图2是本实用新型实施例的电磁干扰滤波装置电路示意图。

具体实施方式

以下结合实施例及附图对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

实施例提供的一种开关DC-DC转换器的电磁干扰滤波装置，包括用于连接开关DC-DC电路的EMI滤波器。所述开关DC-DC电路一般由控制芯片，电感线圈，二极管，三极管，电容器构成，具体实施时可以与EMI滤波器集成作为系统产品；EMI滤波器做在单封装中，可以单独生产售卖，它是一种通孔滤波器，有一个共模扼流图，Y电容器(线-地)，两个附加的电感和一个X电容器(线-线)，这种滤波器配置，提供足够的插入损耗来遵守额定传导发射限度。

图1中，按照从左到右的装置分别是开关DC-DC电路和EMI滤波器。

所述开关DC-DC电路的电压转换芯片P1采用电压转换芯片CS5171，包括8个引脚(Header 4×2A)。如图1、2所示，在图1左边所示的48V输入DC-DC转换器的输入有一个差模电容器C1。这个单模电解电容器，用于确保低输入阻抗稳定和良好的瞬态响应。此电容器是转换器的能量储存器，为了得到最大效益，此电容器必须尽可能地靠近模块P1的输入引脚1。同时增加旁路电容到变换器，输入引脚8的旁路电容器C9是连到基板(此处是地)，输出引脚为5。具体实施时，模块P1可采用电压转换芯 片CS5171。共模电感器L3能加重电容器的能力。这是因为它对来自变换器的共模噪声能提供高阻抗，使噪声通过电容器这个最小阻抗通路到地。

所述开关DC-DC电路还包括输入端口P3、差模电容器C1、旁路电容器C9、共模电感器L3、二极管D1、电容C2、电容C6、电容C10、电容C11、电阻R1、电阻R6、电阻R7、电阻R8，二极管D1为稳压二极管，电压转换芯片P1的引脚1经串联的差模电容器C1和电阻R6接地，电压转换芯片P1的引脚2、3连接后，一路经电阻R7接地，一路连接到二极管D1的负极；电压转换芯片P1的引脚8经旁路电容器C9接地，并经共模电感器L3连接电压转换芯片P1的引脚5的输出，然后连接到二极管D1的正极。电容C2和电容C11串联，电容C4和电阻R8串联，然后一起与电容C10并联，一端连接于二极管D1的负极，一端接地。电容C6一端连接电压转换芯片P1的引脚8，一端接地，输入端口P3有两个引脚(Header 2)，输入端口P3的引脚1、2分别连接电容C6的两端。

电磁干扰滤波装置包括输入保护电路、共模扼流组合电路以及输出保护电路、输出端口P2，输入保护电路与共模扼流组合电路连接，共模扼流组合电路与输出保护电路连接，输出保护电路与输出端口P2连接；输处端口P2有两个引脚(Header 2)。

所述输入保护电路包括熔断器F1和可调电阻R5，

所述共模扼流组合电路包括电感L1、电感L4、电感L2、电感L5、电阻R2、电阻R4、电阻R9和电容C5，电感L1与电感L2串联，电感L4与电感L5串联，电感L1连接电感L2的一端与电感L4连接电感L5的一端经电阻R4连接，电感L1的另一端与电感L4的另一端经电容C5连接，电感L1与电阻R2并联，电感L4与电阻R9并联；

所述输出保护电路包括电容C3、电容C7、电容C8、电容C12、电容C13和电阻R3，电容C3、电容C7串联，电容C8和电阻R3串联，然后并联(并联的一端连接到输出端口P2的引脚1，另一端连接到输出端口P2的引脚2)；电容C3和电容C7的中间点接地，电容C12一端连接电容C8(即连接到输出端口P2的引脚2)，另一端接地，电容C13一端连接输出端口P2(即连接到输出端口P2的引脚1)，另一端接地。

电容C4与二极管D1负极连接的一端连接电感L1，另一端经熔断器F1连接电感L4，可调电阻R5与电容C5并联。

上述的DC-DC变换器采用的是PWM信号控制，开关脉冲的频率一定，通过改变脉冲输出宽度，使输出电压达到稳定。具体实施时，可由开关DC-DC转换器外置的控制芯片实现控制信号单元，所述控制信号单元包括PWM控制信号发射设备，设备电源从DC-DC电路获得。

具体实施时，本实用新型一般还包括对相应电路进行供电的电源模块，本领域技术人员可自行设置。

具体实施时，所述的开关DC-DC电路可以采用现有开关DC-DC转换器，例如采用德州仪器LM3263高电流降压DC-DC转换器，EMI滤波器由熔断器F1和电容、电感等组成，本领域技术人员可自行根据需要设置元件参数。

以上装置、器件均可在市面上购买到。

通过推广使用本专利可以对开关电源功率半导体器件高速开通和关断过程会产生强烈的电磁噪声进行滤除。针对传统无源电磁干扰滤波器的元件数量多、体积大、损耗大等不足，本专利的有源EMI滤波装置采用半导体器件和电子电路，可以抵消线路中的传导干扰信号，实现动态补偿和调整，从而达到降低噪声的目的。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (3)

1.一种开关DC-DC转换器，包括开关DC-DC电路，其特征在于：设置电磁干扰滤波装置，开关DC-DC电路与电磁干扰滤波装置连接，

所述开关DC-DC电路包括电压转换芯片P1，

所述电磁干扰滤波装置包括输入保护电路、共模扼流组合电路以及输出保护电路、输出端口P2，输入保护电路与共模扼流组合电路连接，共模扼流组合电路与输出保护电路连接，输出保护电路与输出端口P2连接；

所述输入保护电路包括熔断器F1和可调电阻R5，

所述共模扼流组合电路包括电感L1、电感L4、电感L2、电感L5、电阻R2、电阻R4、电阻R9和电容C5，电感L1与电感L2串联，电感L4与电感L5串联，电感L1连接电感L2的一端与电感L4连接电感L5的一端经电阻R4连接，电感L1的另一端与电感L4的另一端经电容C5连接，电感L1与电阻R2并联，电感L4与电阻R9并联；

所述输出保护电路包括电容C3、电容C7、电容C8、电容C12、电容C13和电阻R3，电容C3、电容C7串联，电容C8和电阻R3串联，然后并联；电阻C3和电容C7的中间点接地，电容C12一端连接电容C8，另一端接地，电容C13一端连接输出端口P2，另一端接地。

2.根据权利要求1所述开关DC-DC转换器，其特征在于：所述开关DC-DC电路的电压转换芯片P1采用电压转换芯片CS5171，所述开关DC-DC电路包括差模电容器C1、旁路电容器C9、共模电感器L3，差模电容器C 1连接电压转换芯片P1的引脚1，电压转换芯片P1的引脚8经旁路电容器C9接地，并经共模电感器L3连接电压转换芯片P1的引脚5的输出。

3.一种开关DC-DC转换器的电磁干扰滤波装置，其特征在于：包括输入保护电路、共模扼流组合电路以及输出保护电路、输出端口P2，输入保护电路与共模扼流组合电路连接，共模扼流组合电路与输出保护电路连接，输出保护电路与输出端口P2连接；

所述输入保护电路包括熔断器F1和可调电阻R5，

所述共模扼流组合电路包括电感L1、电感L4、电感L2、电感L5、电阻R2、电阻R4、电阻R9和电容C5，电感L1与电感L2串联，电感L4与电感L5串联，电感L1连接电感L2的一端与电感L4连接电感L5的一端经电阻R4连接，电感L1的另一端与电感L4的另一端 经电容C5连接，电感L1与电阻R2并联，电感L4与电阻R9并联；

所述输出保护电路包括电容C3、电容C7、电容C8、电容C12、电容C13和电阻R3，电容C3、电容C7串联，电容C8和电阻R3串联，然后并联；电阻C3和电容C7的中间点接地，电容C12一端连接电容C8，另一端接地，电容C13一端连接输出端口P2，另一端接地。