CN206402098U - 一种整流滤波电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种整流滤波电路，包括：瓷片电容组、电解电容组或固态电容组，其中，瓷片电容组和电解电容组或固态电容组并联连接；瓷片电容组的两端分别连接信号输入端，构成第一回路，用于过滤高频纹波电流；电解电容组或固态电容组分别连接信号输入端，与瓷片电容组构成第二回路；第一回路位于第二回路的前端连接信号输入端。本实用新型充分利用了瓷片电容无纹波电流限制的特性，可充分过滤高频纹波电流；同时，利用电解电容或固态电容的大容量，满足纹波电压的需求。另外，利用瓷片电容体积小的特性，可减小电路的长度，从而减小电阻损耗和电场干扰。
Description
技术领域
本实用新型涉及开关电源领域，更具体地说，涉及一种整流滤波电路。
背景技术
目前的整流滤波电路主要使用并联电解电容、或并联瓷片电容、或并联固态电容来实现滤波功能。如图1所示，是一种利用并联电解电容的滤波电路，其中，电解电容C1和电解电容C2并联(可多个)，电解电容C1和电解电容C2的一端通过阻抗L1连接。电解电容C1的一端通过二极管D1连接信号输入端，电解电容C1的另一端通过二极管D2连接信号输入端，第一开关电路并联二极管D2。由于电解电容的特性，导致该整流滤波电路有较大的ESR(Equivalent Series Resistance，等效串联电阻)，易发热，导致寿命短；为了降低ESR和延长使用寿命，往往会并联多个电解电容，由于电解电容的体积较大，会占用较多电路板空间，不利于电子设备的小型化。另外，电解电容寿命短，难处理，易造成环境污染，固态电容有类似缺点。
如图2所示，是一种利用并联瓷片电容的滤波电路，其中，瓷片电容C3和瓷片电容C4并联(可多个)，瓷片电容C3的一端通过阻抗L2并联第三开关电路。第三开关电路的一端通过第二开关电路连接信号输入端，第三开关电路的另一端连接信号输入端。由于瓷片电容的特性，该滤波电路不适用在中低频的工作环境，会导致很大的开关频率产生电纹波电压。
由此可见，在整流滤波电路中，单一并联电解电容、或并联瓷片电容、或并联固态电容会导致较大ESR、寿命短、占用电路板空间大等缺点。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述在整流滤波电路中，单一并联电解电容、或并联瓷片电容、或并联固态电容会导致较大ESR、寿命短、占用电路板空间大的缺陷，提供一种整流滤波电路。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种整流滤波电路，包括：瓷片电容组、电解电容组或固态电容组，其中，
所述瓷片电容组和所述电解电容组或固态电容组并联连接；
所述瓷片电容组的两端分别连接信号输入端，构成第一回路，用于过滤高频纹波电流，所述信号输入端为开关电源的变压器输出端或开关电源的电感输出端；
所述电解电容组或固态电容组分别连接信号输入端，与所述瓷片电容组构成第二回路，用于过滤所述瓷片电容组产生的高频纹波电压；
所述第一回路位于所述第二回路的前端连接所述信号输入端。
进一步，在本实用新型所述的整流滤波电路中，在PCB板上，所述瓷片电容组安装位置距离所述信号输入端的距离小于所述电解电容组或固态电容组距离所述信号输入端的距离。
进一步，在本实用新型所述的整流滤波电路中，
所述瓷片电容组包括至少一个瓷片电容，所述至少一个瓷片电容进行串联和/或并联连接；
所述电解电容组包括至少一个电解电容，所述至少一个电解电容进行串联和/或并联连接；
所述固态电容组包括至少一个固态电容，所述至少一个固态电容进行串联和/或并联连接。
优选地，在本实用新型所述的整流滤波电路中，所述瓷片电容的工作频率小于1MHz。
优选地，在本实用新型所述的整流滤波电路中，所述固态电容为有机半导体铝电解电容或聚合物导体铝电解电容。
进一步，在本实用新型所述的整流滤波电路中，还包括：
位于所述瓷片电容组和所述电解电容组或固态电容组之间、用于过滤高频纹波电流以及高频纹波电压的阻抗。
优选地，在本实用新型所述的整流滤波电路中，所述阻抗为引线、跳线、电感、PCB寄生电阻、电阻中的一种或多种带来的阻抗。
进一步，在本实用新型所述的整流滤波电路中，还包括：第一二极管和第二二极管，
所述瓷片电容组的一端连接所述第一二极管的负极，所述第一二极管的正极连接所述信号输入端；所述瓷片电容组的另一端连接所述第二二极管的正极，所述第二二极管的负极连接所述信号输入端。
进一步，在本实用新型所述的整流滤波电路中，还包括第四开关电路，所述第四并联连接所述第二二极管，所述瓷片电容组通过所述第四开关电路连接所述信号输入端。
优选地，在本实用新型所述的整流滤波电路中，所述第四开关电路为三极管、场效应管、可控硅、绝缘栅双极晶体管中的任意一种。
实施本实用新型的一种整流滤波电路，具有以下有益效果：包括：瓷片电容组、电解电容组或固态电容组，其中，所述瓷片电容组和所述电解电容组或固态电容组并联连接；所述瓷片电容组的两端分别连接信号输入端，与所述瓷片电容组构成第一回路，用于过滤高频纹波电流；所述电解电容组或固态电容组分别连接信号输入端，与瓷片电容组构成第二回路；所述第一回路位于所述第二回路的前端连接所述信号输入端。本实用新型充分利用了瓷片电容无纹波电流限制的特性，可充分过滤高频纹波电流；同时，利用电解电容或固态电容的大容量，满足纹波电压的需求。另外，利用瓷片电容体积小的特性，可减小电路的长度，从而减小电阻损耗和电场干扰。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
图1是一种利用并联电解电容的滤波电路的结构示意图；
图2是一种利用并联瓷片电容的滤波电路的结构示意图；
图3-5是本实用新型一种整流滤波电路的结构示意图；
图6是本实用新型一种整流滤波电路的第一实施例的结构示意图；
图7是本实用新型一种整流滤波电路的第二实施例的结构示意图；
图8是本实用新型一种整流滤波电路的第三实施例的结构示意图；
图9是本实用新型实施例中电解电容连接示意图；
图10是本实用新型实施例中瓷片电容连接示意图。
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。
如图3所示，图3是本实用新型一种整流滤波电路的结构示意图。
具体的，本实用新型构造一种整流滤波电路，包括：瓷片电容组、电解电容组或固态电容组、阻抗，其中，
瓷片电容组和电解电容组或固态电容组并联连接；
瓷片电容组的两端分别连接信号输入端，构成第一回路，用于过滤高频纹波电流，所述信号输入端为开关电源的变压器输出端或开关电源的电感输出端；在PCB板上，瓷片电容组安装位置距离信号输入端的距离小于电解电容组或固态电容组距离信号输入端的距离。
电解电容组或固态电容组分别连接信号输入端，与所述瓷片电容组构成第二回路，用于过滤所述瓷片电容组产生的高频纹波电压；
第一回路位于第二回路的前端连接信号输入端。这里所说的前端指的是从信号输入端输出的电流首先流过的线路。
进一步，在本实用新型的整流滤波电路中，瓷片电容组包括至少一个瓷片电容，至少一个瓷片电容进行串联和/或并联连接；优选地，在本实用新型的整流滤波电路中，瓷片电容的工作频率小于1MHz。
电解电容组包括至少一个电解电容，至少一个电解电容进行串联和/或并联连接；
固态电容组包括至少一个固态电容，至少一个固态电容进行串联和/或并联连接。优选地，在本实用新型的整流滤波电路中，固态电容为有机半导体铝电解电容或聚合物导体铝电解电容。
阻抗位于瓷片电容组和电解电容组或固态电容组之间、用于过滤高频纹波电流以及高频纹波电压。优选地，在本实用新型的整流滤波电路中，阻抗为引线、跳线、电感、PCB寄生电阻、电阻中的一种或多种带来的阻抗。
参考图3，优选地，在本实用新型的整流滤波电路中，还包括第一二极管，瓷片电容组连接第一二极管的负极，第一二极管的正极连接信号输入端；
参考图4，优选地，在本实用新型的整流滤波电路中，还包括第二二极管，瓷片电容组连接第二二极管的正极，第二二极管的负极连接信号输入端。
参考图5，优选地，在本实用新型的整流滤波电路中，还包括第四开关电路，瓷片电容组通过第四开关电路连接信号输入端。优选地，在本实用新型的整流滤波电路中，第四开关电路包括但不限于：三极管、场效应管、可控硅、绝缘栅双极晶体管等，只要具有电路开关功能即可。
图6是本实用新型一种整流滤波电路的第一实施例的结构示意图。
在本实施例中，瓷片电容组为瓷片电容C5，电解电容组为电解电容C6，阻抗为阻抗L3，第一二极管为二极管D3，其中，瓷片电容C5通过阻抗L3与电解电容C6并联，瓷片电容C5和阻抗L3的连接点连接二极管D3的负极，二极管D3的正极连接信号输入端；瓷片电容C5和电解电容C6的连接点信号输入端。所述信号输入端为开关电源的变压器输出端或开关电源的电感输出端。
在本实施例中，信号输入端、电容C5、以及二极管D3构成第一回路；电容C5、电容C6、以及阻抗L3构成第二回路。
图7是本实用新型一种整流滤波电路的第二实施例的结构示意图。
在本实施例中，瓷片电容组为瓷片电容C5，电解电容组为电解电容C6，阻抗为阻抗L3，第二二极管为二极管D4，其中，瓷片电容C5通过阻抗L3与电解电容C6并联，瓷片电容C5和阻抗L3的连接点连接信号输入端；瓷片电容C5和电解电容C6的连接点连接二极管D4的正极，二极管D4的负极连接信号输入端。所述信号输入端为开关电源的变压器输出端或开关电源的电感输出端。
在本实施例中，信号输入端、电容C5、以及二极管D4构成第一回路；电容C5、电容C6、以及阻抗L3构成第二回路。
图8是本实用新型一种整流滤波电路的第三实施例的结构示意图。
在本实施例中，瓷片电容组为瓷片电容C5，电解电容组为电解电容C6，阻抗为阻抗L3，第四开关电路，其中，瓷片电容C5通过阻抗L3与电解电容C6并联，瓷片电容C5和阻抗L3的连接点连接信号输入端；瓷片电容C5和电解电容C6的连接点通过第四开关电路连接信号输入端。所述信号输入端为开关电源的变压器输出端或开关电源的电感输出端。
在本实施例中，信号输入端、电容C5、以及第四开关电路构成第一回路；电容C5、电容C6、以及阻抗L3构成第二回路。
优选地，第四开关电路包括但不限于三极管、场效应管、可控硅、绝缘栅双极晶体管等，只要具有开关功能即可。
需要注意的是，在以上实施例中，瓷片电容C5距离信号输入端近于电解电容C6距离信号输入端，也就是瓷片电容C5在安装时距离信号输入端较近，并尽量靠近，这样可以减小第一环路的环路面积，减小电磁场干扰，减小电阻损耗。
优选地，瓷片电容C5可替代为多个瓷片电容的串并联结构，电解电容C6可替代为多个电解电容的串并联结构，瓷片电容的数量和连接方式根据实际电容需要选择，电解电容的数量和连接方式根据实际电容需要选择，本领域技术人员据此可进行选择。
优选地，在实施例中，阻抗L3为引线、跳线、电感、PCB寄生电阻中的一种或多种带来的阻抗。
本实用新型充分利用了瓷片电容无纹波电流限制的特性，可充分过滤高频纹波电流；同时，利用电解电容或固态电容的大容量，满足纹波电压的需求。另外，利用瓷片电容体积小的特性，可减小电路的长度，从而减小电阻损耗和电场干扰。
以下通过具体电容在电路中产生的影响分别对本实用新型的技术效果进行说明。
第一：突破惯性思维；
具体的，在开关电源领域，对脉冲电流整流滤波电容在惯性排列顺序为电解电容、铝电解电容、陶瓷电容等，以上电容进行并联排列，工程人员在设计电路时，多采用成熟方案，没有考虑现有方案的不足。本实用新型改变排列顺序，将陶瓷电容排列在第一位，打破了惯性思维。充分结合了瓷片电容和电解电容或固态电容的特性，使电路小型化、同时减少功耗和延长器件寿命。
第二：节省线路、空间、以及减小功耗。
具体的，电解电容的体积要比同容量的瓷片电容大几十倍甚至上百倍，且ESR值还较大，为了达到低ESR值的目的，多采用多个电解电容并联的方式，以牺牲PCB板的空间来换取低ESR值，这在电子设备逐渐小型化的今天是不合适和的。例如，如图9所示，电解电容直径至少为10mm，假如需要三个电解电容，则布线长度至少为30mm，回路至少为60mm，另外，每增加一个电解电容，至少增加两倍于直径10mm的布线长度。而如果用瓷片电容，如图10所示，瓷片电容可排列在信号输入端，瓷片电容的尺寸为2*1.25mm，比电解电容小的多，总布线长度仅为2mm。两种接法引起的布线差异导致的直流阻抗为：
由表中可以看出，较小布线长度可以减小阻抗，进而减小功耗。
另外，本实用新型可过滤纹波电压。
具体的，利用阻抗ZR与后面电容(电解电容或固态电容)的高频特性，充分过滤在前小电容量(瓷片电容)引起的高频电压纹波，对应CΔV＝IΔT。当对应输出端为20A电流时，50％占空比，100KHz开关频率，10uF电容会引起：
上述电压为第二环路的输入的纹波电压，也即第一环路输出的纹波电压。
对应阻抗ZR(大电流时主要为电感产生)，后续电容容量与输出纹波电压的关系为：
另外，本实用新型能过滤纹波电流。
具体的，利用阻抗ZR隔离在前电容(瓷片电容)和在后电容(电解电容)，让高频交流纹波绝大部分经瓷片电容，而电解电容几乎没有交流纹波电流，从而没有功耗发热，可以解决电解电容由于发热而降低寿命的问题。
当瓷片电容的ESR与电阻与阻抗ZR和电解电容的ESR电阻之和上电压压降相同：
Ic1×ESRc1＝Ic2×(ZR+ESRc2)
因阻抗ZR+ESRC2>(10—20倍)ESRC1，所以，电解电容的电流小于总电流值的1/11到1/21，说明很大程度上减小了电解电容的电流，明显减少发热，延长电解电容的寿命。
现举例进行计算说明。
1.1开关电源QR(准谐振反激模式)输出电容的有效值电流相关公式。设关断时间的占空比为D1，次级峰值电流为IPKS，次级平均直流输出电流为IDCS，则
1.2开关电源LLC(LLC半桥)，输出电容的有效值电流相关公式：
1.3以20A直流输出电流，对应电容的有效值
1.4对应通用电源电容，次级低ESR系列，例如为16V/1000uF，
或者
以上实施例用到的陶瓷电容规格为：
以上实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据此实施，并不能限制本实用新型的保护范围。凡跟本实用新型权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本实用新型权利要求的涵盖范围。
Claims (10)
1.一种整流滤波电路，其特征在于，包括：瓷片电容组、电解电容组或固态电容组，其中，
所述瓷片电容组和所述电解电容组或固态电容组并联连接；
所述瓷片电容组的两端分别连接信号输入端，构成第一回路，用于过滤高频纹波电流，所述信号输入端为开关电源的变压器输出端或开关电源的电感输出端；
所述电解电容组或固态电容组分别连接信号输入端，与所述瓷片电容组构成第二回路，用于过滤所述瓷片电容组产生的高频纹波电压；
所述第一回路位于所述第二回路的前端连接所述信号输入端。
2.根据权利要求1所述的整流滤波电路，其特征在于，在PCB板上，瓷片电容组安装位置距离所述信号输入端的距离小于所述电解电容组或固态电容组距离所述信号输入端的距离。
3.根据权利要求1所述的整流滤波电路，其特征在于，
所述瓷片电容组包括至少一个瓷片电容，所述至少一个瓷片电容进行串联和/或并联连接；
所述电解电容组包括至少一个电解电容，所述至少一个电解电容进行串联和/或并联连接；
所述固态电容组包括至少一个固态电容，所述至少一个固态电容进行串联和/或并联连接。
4.根据权利要求3所述的整流滤波电路，其特征在于，所述瓷片电容的工作频率小于1MHz。
5.根据权利要求3所述的整流滤波电路，其特征在于，所述固态电容为有机半导体铝电解电容或聚合物导体铝电解电容。
6.根据权利要求1-3任一所述的整流滤波电路，其特征在于，还包括：
位于所述瓷片电容组和所述电解电容组或固态电容组之间、用于过滤高频纹波电流以及高频纹波电压的阻抗。
7.根据权利要求6所述的整流滤波电路，其特征在于，所述阻抗为引线、跳线、电感、PCB寄生电阻中的一种或多种带来的阻抗。
8.根据权利要求1所述的整流滤波电路，其特征在于，还包括第一二极管，所述瓷片电容组连接所述第一二极管的负极，所述第一二极管的正极连接所述信号输入端；
或还包括第二二极管，所述瓷片电容组连接所述第二二极管的正极，所述第二二极管的负极连接所述信号输入端。
9.根据权利要求1所述的整流滤波电路，其特征在于，还包括第四开关电路，所述瓷片电容组通过所述第四开关电路连接所述信号输入端。
10.根据权利要求9所述的整流滤波电路，其特征在于，所述第四开关电路为三极管、场效应管、可控硅、绝缘栅双极晶体管中的任意一种。
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Cited By (1)
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| CN106849626A (zh) * | 2016-12-23 | 2017-06-13 | 郭志邦 | 一种整流滤波电路 |
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- 2016-12-23 CN CN201621434446.6U patent/CN206402098U/zh not_active Expired - Fee Related
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