CN209250485U - 电磁兼容装置和开关电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电磁兼容装置和开关电源，其中，电磁兼容装置包括：变压器，包括第一绕组和第二绕组，第一绕组包括第一至第二端，第二绕组包括第三至第四端；开关管，开关管的第一端与第一绕组的第一端相连，开关管的第二端接地；控制芯片，与开关管的控制端相连；第一抑制电路，连接在控制芯片和所述开关管的控制端之间；第二抑制电路，连接在第一端与开关管的第一端之间；第三抑制电路，第三抑制电路连接在开关管的第一端和开关管的第二端之间。该装置通过第一至第三抑制电路，在开关管导通和关断时，既可以对开关管两端的电压变化率进行抑制，又可以对开关管两端的电流变化率进行抑制，明显降低了电路中的电磁干扰。

Description

电磁兼容装置和开关电源

技术领域

本实用新型涉及开关电源技术领域，特别涉及一种电磁兼容装置和一种开关电源。

背景技术

在开关电源技术中，常采用单端反激电路。然而该电路会出现EMC(ElectroMagnetic Compatibility，指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力)问题。如果电磁干扰效应十分严重，会导致设备或系统失灵，进而会导致严重故障或事故，即出现电磁兼容性故障。为了保障电子系统或设备的正常工作，需要对EMC进行抑制。

相关技术中，一般通过抑制电路中的开关管两端的电压变化率对EMC进行抑制。然而，电磁干扰的主要来源不仅是源于电压的变化，上述解决EMC的方式不够全面。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种电磁兼容装置，该装置通过第一至第三抑制电路，在开关管导通和关断时，既可以对开关管两端的电压变化率进行抑制，又可以对开关管两端的电流变化率进行抑制，明显降低了电路中的电磁干扰。

本实用新型的另一个目的在于提出一种开关电源。

为达到上述目的，本实用新型一方面提出了一种电磁兼容装置，包括：变压器，所述变压器包括第一绕组和第二绕组，所述第一绕组包括第一端和第二端，所述第二绕组包括第三端和第四端；开关管，所述开关管的第一端与所述第一绕组的第一端相连，所述开关管的第二端接地；控制芯片，所述控制芯片与所述开关管的控制端相连；第一抑制电路，所述第一抑制电路连接在所述控制芯片和所述开关管的控制端之间；第二抑制电路，所述第二抑制电路连接在所述第一端与所述开关管的第一端之间；第三抑制电路，所述第三抑制电路连接在所述开关管的第一端和所述开关管的第二端之间。

根据本实用新型的电磁兼容装置，通过第一至第三抑制电路，在开关管导通和关断时，既可以对开关管两端的电压变化率进行抑制，又可以对开关管两端的电流变化率进行抑制，明显降低了电路中的电磁干扰。

另外，根据本实用新型上述的电磁兼容装置还可以具有如下附加的技术特征：

具体地，所述变压器为单端反激电路变压器。

具体地，所述第一抑制电路包括：第一电阻和第一磁珠，所述第一电阻和第一磁珠串联后连接在所述控制芯片和所述开关管的控制端之间。

具体地，所述第二抑制电路包括：连接在所述第一绕组的第一端与所述开关管的第一端之间的第二磁珠。

具体地，所述第三抑制电路包括：第一电容和第三磁珠，所述第一电容和第三磁珠串联后连接在所述开关管的第一端和所述开关管的第二端之间。

具体地，上述的电磁兼容装置还包括：第一二极管，所述第一二极管的阳极与所述第二绕组的第三端相连；第一电感，所述第一电感的一端与所述第一二极管的阴极相连；第二电容，所述第二电容的一端与所述第一电感的另一端相连，所述第二电容的另一端与所述第二绕组的第四端相连后接地；第三电容，所述第三电容的一端分别与所述第一电感的另一端和预设电源相连，所述第三电容的另一端接地

进一步地，上述的电磁兼容装置还包括：第四抑制电路，所述第四抑制电路包括：连接在所述第一二极管和所述第一电感之间的第四磁珠。

更近一步地，上述的电磁兼容装置还包括：第五抑制电路，所述第五抑制电路包括：第五磁珠和第四电容，所述第五磁珠和所述第四容串联后连接在所述第一二极管的阳极和阴极之间。

具体地，上述的电磁兼容装置还包括：供电电路，所述供电电路用以给所述控制芯片供电，所述供电电路包括：第三绕组，所述第三绕组包括第五端和第六端；第二二极管，所述第二二极管的阳极与所述第三绕组的第五端相连；第五电容，所述第五电容的一端与所述第二二极管的阴极相连，所述第五电容的另一端与所述第三绕组的第六端相连后接地；第六电容，所述第六电容的一端与所述第二二极管的阴极相连后与所述控制芯片的供电端相连，所述第六电容的另一端接地。

为达到上述目的，本实用新型另一方面提出了一种开关电源，包括上述的电磁兼容装置。

根据本实用新型的开关电源，通过上述的电磁兼容装置的第一至第三抑制电路，在开关管导通和关断时，既可以对开关管两端的电压变化率进行抑制，又可以对开关管两端的电流变化率进行抑制，明显降低了电路中的电磁干扰。

附图说明

本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中，

图1是根据本实用新型的一个实施例的电磁兼容装置的电路拓扑图；

图2是根据本实用新型的一个实施例的电磁兼容装置的各节点的电压、电流波形图；

图3是根据本实用新型的另一个实施例的电磁兼容装置的电路拓扑图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面参考附图来描述本实用新型实施例提出的电磁兼容装置和电源。

图1是根据本实用新型的一个实施例的电磁兼容装置的电路拓扑图。如图1所示，该装置包括：变压器T101、开关管Q101、控制芯片U101、第一抑制电路10、第二抑制电路20和第三抑制电路30。

其中，变压器T101包括第一绕组和第二绕组，第一绕组包括第一端1和第二端2，所述第二绕组包括第三端3和第四端4。开关管Q101的第一端与第一绕组的第一端1相连，开关管Q101的第二端接地。控制芯片U101与开关管Q101的控制端相连，控制芯片U101输出控制信号至开关管Q101以控制开关管Q101的导通/关闭。第一抑制电路10连接在控制芯片U101和开关管Q101的控制端之间；第二抑制电路20连接在第一绕组的第一端1与开关管Q101的第一端之间；第三抑制电路30连接在开关管Q101的第一端和开关管Q101的第二端之间。

其中，在本实用新型的实施例中，变压器T101为单端反激式电路变压器。

具体地，如图1所示，电磁兼容装置还可以包括共模电感L、第七电容C107、第三二极管D103、第八电容C108、第二电阻R102和第三电阻R103，具体连接方式参见图1。共模电感L、第七电容C107用以对电源V++输出的电源进行选频、滤波处理；C108、D103和R102可以在开关管Q101关断时第一端1和第二端2之间的尖峰电压进行吸收处理；第三电阻R103为下拉电阻，防止开关管Q101误导通。

如图2所示为电磁兼容装置各节点的电压、电流波形。V_OUT为：控制芯片U101输出至开关管的驱动电压波形。I_R为流过第三电阻R103的电流，IM为流过变压器T101初级的电流波形(连续工作电流波形，如果是非连续工作模式，则di/dt变化率非常大)，I_G为流入开关管Q101控制端的电流波形(即开关管Q101的驱动电流波形)。从波形可知，在开关管Q101导通和关断时，开关管Q101的驱动电流快速变化；开关管导通时，流过变压器T101第一绕组的电流IM的快速变化(参见图2中I_M的上升部分)；当开关管Q101导通或关断时，Q101第一端和第二端的电压V_T快速变化。这些都是导致EMC的原因之一，因此，需要对开关管Q101的驱动电流IG、流过变压器T101第一绕组的电流IM、开关管Q101第一端和第二端的电压V_T的变化率进行抑制。

为此，在本实用新型中，设置第一至第三抑制电路10-30，第一抑制电路10可以在开关管Q101导通和关断时，抑制开关管Q101的驱动电流(图2中的IG)的变化率；第二抑制电路20可以在开关管Q101导通时，对流过变压器T101第一绕组的电流I_M的变化率进行抑制；第三抑制电路30可以在开关管Q101导通或关断时，对Q101第一端和第二端的电压V_T变化率进行抑制。由此，该装置通过第一至第三抑制电路，在开关管导通和关断时，既可以对开关管两端的电压变化率进行抑制，又可以对开关管两端的电流变化率进行抑制，明显降低了电路中的电磁干扰。

在本实用新型中，开关管Q101可以为MOS(Metal-Oxide-Semiconductor，金属—氧化物—半导体场效应晶体管)管，开关管Q101的第一端可以为MOS管的漏极，开关管Q101的第二端可以为MOS管的源极，开关管Q101的控制端可以为MOS管的栅极。MOS管的栅极与源极之间存在寄生电容。

进一步地，如图3所示，第一抑制电路10可以包括：第一电阻R101和第一磁珠B101，第一电阻R101和第一磁珠B101串联后连接在控制芯片U101和开关管1101的控制端之间。

具体地，在开关管Q101导通和关断时，开关管Q101的驱动电流快速变化，可以通过储能元件(电容或者电感)对驱动电流进行抑制，而相关试验表明，电容主要增大抑制频率的宽度，对抑制能力增强不大；电感主要增加抑制能力，对抑制的频率宽度增强不大。

为此，在本实用新型中，在控制芯片U101与开关管Q101的控制端之间增加第一磁珠B101和第一电阻R101，电阻用于防止流入开关管Q101控制端的电流过大，磁珠专用于抑制信号线、电源线上的高频噪声和尖峰干扰，还具有吸收静电脉冲的能力，因此在开关管Q101导通和关断时，第一磁珠B101可以抑制通过R101电流(图2中的I_G)的变化率，同时第一磁珠B101与开关管Q101的寄生电容组成LC电路，既增强了抑制电磁干扰的能力，又增强了抑制电磁干扰的频率宽度。由此，可以实现对EMC干扰进行有效抑制。

根据本实用新型的一个实施例，如图3所示，第二抑制电路20可以包括：连接在第一绕组的第一端1与开关管Q101的第一端之间的第二磁珠B102。

具体地，如图2所示，当开关管Q101开通时，流过变压器第一绕组的电流会发生变化(参见图2中I_M的上升部分)，因此，如果对开关管Q101开通时流过变压器的第一绕组的电流I_M的变化率进行抑制，可实现对EMC干扰的有效抑制。为此，在第一绕组的第一端1与开关管Q101的第一端之间设置第二磁珠B102，当开关管Q101导通时，通过第二磁珠B102可以抑制流过变压器T101第一绕组的电流I_M的变化率，从而可以实现对EMC干扰的有效抑制。

根据本实用新型的一个实施例，如图3所示，第三抑制电路30可以包括：第一电容C101和第三磁珠B103，第一电容C101和第三磁珠B103串联后连接在开关管Q101的第一端和开关管Q101的第二端之间。

具体地，当U101给出驱动信号(驱动芯片U101输出为高电平)时开关管Q101导通，ds两端的电压基本为0VDC(实际为导通内阻与通过Q101电流的乘积)。当U101关断驱动信号(驱动芯片U101输出为低电平)时，开关管Q101关断，ds两端的电压基本为2倍输入电压。在开关管Q101导通与关断之间，ds两端的电压会有dv/dt的变化。可以通过在ds两端增加储能元件来降低dv/dt的变化率，例如，在ds两端并联第一电容C101。

当开关管Q101导通或关断时，可以通过第一电容C101抑制开关管Q101两端的电压变化率，然而第一电容C101在充放电的过程中，充放电电流会发生变化，而第三磁珠B103可以抑制第一电容C101的充放电电流变化率，并且，第一电容C101可以增大抑制频率的宽度，第三磁珠B103可以增强抑制能力，由此，可以实现对EMC干扰的有效抑制。

根据本实用新型的一个实施例，如图3所示，上述的电磁兼容装置还可以包括：第一二极管D101、第一电感L101、第二电容C102、第三电容C103。

其中，第一二极管D101的阳极与第二绕组的第三端3相连；第一电感L101的一端与第一二极管D101的阴极相连；第二电容C102的一端与第一电感L101的另一端相连，第二电容C102的另一端与第二绕组的第四端4相连后接地；第三电容C103的一端分别与第一电感L101的另一端和预设电源VCC相连，第三电容C103的另一端接地。

具体地，第二电容C102可以作为储能电容，第三电容C103可以最为滤波电容。当开关管Q101导通时，变压器T101的第二绕组的感应电压为上正下负，第一二极管D101处于截止状态，变压器T101停止向次级传递能量，当开关管Q101关断时，变压器T101向次级(第二绕组)传递能量，通过第二绕组及D101整流、第一电感L101和第三电容C103滤波后向负载输出。

进一步地，根据本实用新型的一个实施例，如图3所示，上述的电磁兼容装置还可以包括：第四抑制电路40，第四抑制电路40可以包括：连接在第一二极管D101的阴极和第一电感L101的一端之间的第四磁珠B104。

具体地，如图3所示，第一二极管D101为输出整流二极管，第一电感L101可以和C103组成LC滤波电路。当变压器T101向次级传递能量时，流过第一二极管D101的电流I_OUT会发生变化，通过B104抑制电流的变化率(图2中I_OUT的正电流部分)，可以实现对EMC干扰的有效抑制，同时B104与C103组成LC电路，抑制能力和抑制频率宽度都增强。

根据本实用新型的一个实施例，如图3所示，上述的电磁兼容装置还可以包括：第五抑制电路50，第五抑制电路50可以包括：第五磁珠B105和第四电容C104。第五磁珠B105和第四容C104串联后连接在第一二极管D101的阳极和阴极之间。

具体地，当开关管Q101关断时，变压器T101向次级传递能量，第一二极管D101导通，两端电压基本为0VDC(实际为二极管本体的导通压降，肖特基二极管一般为0.3VDC)。当开关管Q101导通时，变压器T101停止向次级传递能量，第一二极管D101关断，第一二极管D101两端的电压为VCC+Vin*η(η为T101次级与初级的匝比，Vin为初级的输入电压)。在第一二极管D101导通与关断相互之间，其两端的电压会有dv/dt的变化。通过增加C104来降低dv/dt的变化率。通过B105抑制第一二极管D101的反向恢复电流变化率(图2中I_OUT的负电流部分)，且第五磁珠B105可以增强抑制能力。由此，可以实现对EMC干扰的有效抑制。

在本实用新型的实施例中，如图3所示，还可以包括供电电路，供电电路用以给控制芯片U101供电，供电电路可以包括：第三绕组、第二二极管D102、第五电容C105、第六电容C106。

其中，第三绕组包括第五端5和第六端6，第二二极管D102的阳极与第三绕组的第五端5相连，第五电容C105的一端与第二二极管D102的阴极相连，第五电容C105的另一端与第三绕组的第六端6相连后接地。第六电容C106的一端与第二二极管D102的阴极相连后与控制芯片U101的供电端相连，第六电容C106的另一端接地。

具体地，在开关管Q101关断时，第三绕组的第五端5和第六端6会产生感应电压，D102可以对感应电压进行整流处理，C105可以为储能电容，C106可以为滤波电容，由此，可实现对控制芯片U101的供电。

当然也可直接通过其它供电设备直接为控制芯片U101进行供电。

在本实用新型中，还可以在第三绕组的第六端6和第二绕组的第四端4之间设置平衡电容CY101，以进行电位平衡。

综上，根据本实用新型的电磁兼容装置，可以在开关管导通和关断时，通过第一磁珠对流过第一电阻的驱动电流进行抑制，可以明显降低电路中的电磁干扰，同时第一磁珠与开关管的寄生电容形成LC电路，既增强了抑制电磁干扰的能力，又增强了抑制电磁干扰的频率宽度。通过第二磁珠可以抑制流过变压器初级的电流的变化率；第三磁珠可以抑制第一电容的充放电电流变化率，并且，第一电容可以增大抑制频率的宽度，第三磁珠可以增强抑制能力；当变压器向次级传递能量时，通过第四磁珠可以抑制电流的变化率；通过第五磁珠可以抑制第一二极管的反向恢复电流变化率。由此可以实现对EMC干扰的有效抑制。

本申请还提出一种开关电源，包括上述的电磁兼容装置。举例而言开关电源100的结构和组成可参照如3所示，具体不再赘述。

根据本实用新型的开关电源，通过上述的电磁兼容装置的第一至第三抑制电路，在开关管导通和关断时，既可以对开关管两端的电压变化率进行抑制，又可以对开关管两端的电流变化率进行抑制，明显降低了电路中的电磁干扰。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

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实用新型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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型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)

1.一种电磁兼容装置，其特征在于，包括：

变压器，所述变压器包括第一绕组和第二绕组，所述第一绕组包括第一端和第二端，所述第二绕组包括第三端和第四端；

开关管，所述开关管的第一端与所述第一绕组的第一端相连，所述开关管的第二端接地；

控制芯片，所述控制芯片与所述开关管的控制端相连；

第一抑制电路，所述第一抑制电路连接在所述控制芯片和所述开关管的控制端之间；

第二抑制电路，所述第二抑制电路连接在所述第一绕组的第一端与所述开关管的第一端之间；

第三抑制电路，所述第三抑制电路连接在所述开关管的第一端和所述开关管的第二端之间。

2.如权利要求1所述的电磁兼容装置，其特征在于，所述变压器为单端反激电路变压器。

3.根据权利要求1所述的电磁兼容装置，其特征在于，所述第一抑制电路包括：第一电阻和第一磁珠，所述第一电阻和所述第一磁珠串联后连接在所述控制芯片和所述开关管的控制端之间。

4.如权利要求1所述的电磁兼容装置，其特征在于，所述第二抑制电路包括：

连接在所述第一绕组的第一端与所述开关管的第一端之间的第二磁珠。

5.如权利要求1所述的电磁兼容装置，其特征在于，所述第三抑制电路包括：第一电容和第三磁珠，所述第一电容和第三磁珠串联后连接在所述开关管的第一端和所述开关管的第二端之间。

6.如权利要求1所述的电磁兼容装置，其特征在于，还包括：

第一二极管，所述第一二极管的阳极与所述第二绕组的第三端相连；

第一电感，所述第一电感的一端与所述第一二极管的阴极相连；

第二电容，所述第二电容的一端与所述第一电感的另一端相连，所述第二电容的另一端与所述第二绕组的第四端相连后接地；

第三电容，所述第三电容的一端分别与所述第一电感的另一端和预设电源相连，所述第三电容的另一端接地。

7.如权利要求6所述的电磁兼容装置，其特征在于，还包括：第四抑制电路，所述第四抑制电路包括：连接在所述第一二极管的阴极和所述第一电感的一端之间的第四磁珠。

8.如权利要求7所述的电磁兼容装置，其特征在于，还包括：第五抑制电路，所述第五抑制电路包括：

第五磁珠和第四电容，所述第五磁珠和所述第四电容串联后连接在所述第一二极管的阳极和阴极之间。

9.如权利要求1-8中任一项所述的电磁兼容装置，其特征在于，还包括：供电电路，所述供电电路包括：

第三绕组，所述第三绕组包括第五端和第六端；

第二二极管，所述第二二极管的阳极与所述第三绕组的第五端相连；

第五电容，所述第五电容的一端与所述第二二极管的阴极相连，所述第五电容的另一端与所述第三绕组的第六端相连后接地；

第六电容，所述第六电容的一端与所述第二二极管的阴极相连后与所述控制芯片的供电端相连，所述第六电容的另一端接地。

10.一种开关电源，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的电磁兼容装置。