CN210958159U - 一种低共模传导干扰的车载直流变换装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种低共模传导干扰的车载直流变换装置，为了补偿共模传导回路中的电压分量，本实用新型提出将高频隔离变压器的中心抽头的电位恰好是共模电压分量,该电压分量通过一隔直电容后和一个高频隔离变压器的同名端串联。为了产生相反的共模传导抑制电路分支，该电压分量经由的异名端和共模补偿电容串联，共模补偿电容的另外一端接到机壳。可以有效降低共模电压分量的在150KHZ～20MHz范围内的大小，并且可以去除原来直流输入侧的EMI滤波器，降低系统的成本。本实用新型还提出可将单一的谐振电感更换为耦合电感。由于耦合电感的漏感对称分布，因此消除了由于单一谐振电感所产生的共模电压不平衡问题。

Description

一种低共模传导干扰的车载直流变换装置
技术领域
本实用新型属于机动车供电系统领域，涉及一种低共模传导干扰的车载直流变换装置。
背景技术
众所周知，现有的车载供电系统中在主高压电池和低压电池之间存在一个直流变换装置以满足高压电池和低压电池之间的能量转换。目前的功率转换设备大多采用移相全桥直流转换器经过高频隔离变压器转换为低压后对低压电池进行供电。为满足整车电气网络不影响车载低压设备(如仪表盘，广播等)的电磁环境，电磁兼容法规对上述的车载直流变换装置提出EMC的等级需求。
现有的直流变换装置采用移相控制，两个桥臂中点的电压的跳变时刻不同，由桥臂中点通过对应的寄生电容引起的位移电流无法相互抵消，导致全桥变换器的共模传导干扰天然存在且较难抑制。
因此，需要一种可以抑制共模电流分量的车载直流变换装置。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种低共模传导干扰的车载直流变换装置，用以解决现有技术中由于采用移相控制，导致两个桥臂中点的电压的跳变时刻不同，由桥臂中点通过对应的寄生电容引起的位移电流无法相互抵消，导致全桥变换器的共模传导干扰天然存在且较难抑制的问题。
为了解决上述问题，本实用新型第一方面提供一种低共模传导干扰的车载直流变换装置，包括移相全桥电路、输入直流电源、第一变压器、第一耦合电感、第二耦合电感、第一整流部件、第二整流部件、第一电容；
所述移相全桥电路与所述第一电容并联在所述输入直流电源的正负极，所述移相全桥电路包括第一桥臂以及第二桥臂；
所述第一耦合电感与所述第二耦合电感均有一同名端，所述第一耦合电感的同名端与所述第一桥臂连接，所述第一耦合电感的另一端连接所述第一变压器原边的同名端；
所述第二耦合电感的同名端连接所述第一变压器原边的异名端，所述第二耦合电感的另一端连接所述第二桥臂；
所述第一变压器的原边的两端与所述移相全桥电路通过所述谐振单元连接，所述第一变压器的副边包括第一绕组和第二绕组；
所述第一绕组的异名端与所述第二绕组的同名端连接，所述第一绕组的同名端连接所述第一整流部件，所述第二绕组的异名端与所述第二整流部件的一端连接，所述第一整流部件与所述第二整流部件的另一端连接在一起，作为输出电源的正极，所述第一绕组与所述第二绕组的连接处作为输出电源的负极。
可选的，包括第二变压器、第二电容以及第三电容；
所述第一变压器在中心处抽头，所述第二电容一端连接所述第一变压器的抽头处，所述第二电容的另一端连接所述第二变压器原边的同名端，所述第二变压器原边的异名端接地，所述第二变压器副边连接所述第三电容连接后接地。
可选的，所述谐振单元包括第一耦合电感以及第二耦合电感；
所述第一耦合电感与所述第二耦合电感均有一同名端，所述第一耦合电感的同名端与所述移相全桥电路的一端连接，所述第一耦合电感的另一端连接所述第一变压器原边的同名端；
所述第二耦合电感的同名端连接所述第一变压器原边的异名端，所述第二耦合电感的另一端连接所述移相全桥电路的另一端。
可选的，所述第一耦合电感的同名端与所述移相全桥电路的连接处有电压V1，所述第二耦合电感的另一端连接所述移相全桥电路的连接处有电压V2，所述第一变压器抽头处的电压为0.5*(V1+V2)。
可选的，所述谐振单元包括第一电感，所述移相全桥电路一端连接所述第一变压器的同名端，所述移相全桥电路的另一端所述第一电感的一端，所述第一电感的另一端连接所述第一变压器的异名端。
可选的，所述移相全桥电路有两个桥臂中点，所述两个桥臂中点对地分别有第一寄生电容和第二寄生电容，所述第三电容的电容参数与所述第一寄生电容和所述第二寄生电容的电容参数相等。
可选的，所述输出电源正负极间并联有一用于滤波的第四电容。
可选的，所述输出电源负极处串联有一用于滤波的第二电感。
可选的，所述第一整流部件和所述第二整流部件是普通二极管、快恢复二极管、肖特基二极管、N沟道的MOSFET同步整流管和P沟道的MOSFET同步整流管中的任意一种。
本实用新型提出的一种低共模传导干扰的车载直流变换装置，为了补偿共模传导回路中的电压分量，本实用新型提出将高频隔离变压器的中心抽头的电位恰好是共模电压分量,该电压分量通过一隔直电容后和一个高频隔离变压器的同名端串联。为了产生相反的共模传导抑制电路分支，该电压分量经由的异名端和共模补偿电容串联，共模补偿电容的另外一端接到机壳。为尽可能实现共模传导分量的抑制，共模补偿电容的大小和两个桥臂中点的电压和机壳之间的对地电容参数值匹配，实现共模传导电压的有效抑制，发明人在实践中发现，可以有效降低共模电压分量的在150KHZ～20MHz范围内的大小，并且可以去除原来直流输入侧的EMI滤波器，降低系统的成本。另外，传统的全桥变换器的谐振电感是单一电感，由于谐振电感两端压降的存在，会导致两个桥臂中点的电压分量会产生不均衡，从而造成位移电流的产生。本实用新型提出可将单一的谐振电感更换为耦合电感。由于耦合电感的漏感对称分布，因此消除了由于单一谐振电感所产生的共模电压不平衡问题。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的一种低共模传导干扰的车载直流变换装置的示意图；
图2为图1中移相全桥电路对地寄生电容的示意图；
10-移相全桥电路，20-谐振单元，30-第一绕组，40-第二绕组。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的一种低共模传导干扰的车载直流变换装置作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，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一个或者更多个该特征。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。
如图1所示，本实施例提供一种低共模传导干扰的车载直流变换装置，包括移相全桥电路10、输入直流电源Vin、第一变压器Tr、第二变压器Tc、谐振单元20、第一整流部件Q5、第二整流部件Q6、第一电容Cdc、第二电容Cb、第三电容Cm；
所述移相全桥电路10与所述输入直流电源Vin通过所述第一电容Cdc连接；
所述第一变压器Tr的原边的两端与所述移相全桥电路10通过所述谐振单元20连接，从图1可以看出有两个连接点，分别为A和B，所述第一变压器Tr的副边包括第一绕组30和第二绕组40；
所述第一绕组30的异名端与所述第二绕组40的同名端连接，所述第一绕组30的同名端连接所述第一整流部件Q5，所述第二绕组40的异名端与所述第二整流部件Q6的一端连接，所述第一整流部件Q5与所述第二整流部件Q6的另一端连接在一起，作为输出电源的正极，所述第一绕组与所述第二绕组的连接处为输出电源的负极；
所述第一变压器Tr在中心处抽头，所述第二电容Cb一端连接所述第一变压器Tr的抽头处，所述第二电容Cb的另一端连接所述第二变压器Tc原边的一侧，所述第二变压器Tc原边的另一侧接地，所述第二变压器Tc副边连接所述第三电容Cm连接后接地。
可选地，传统的全桥变换器的谐振单元一般为单一谐振电感，由于谐振电感两端压降的存在，会导致两个桥臂中点的电压分量会产生不均衡，从而造成位移电流的产生，如图1所示，本实用新型实施例提出将单一的谐振电感更换为第一耦合电感Lr1和第二耦合电感Lr2。所述第一耦合电感与所述第二耦合电感均有一同名端，所述第一耦合电感的同名端与所述移相全桥电路的一端连接，所述第一耦合电感的另一端连接所述第一变压器原边的同名端；所述第二耦合电感的同名端连接所述第一变压器原边的异名端，所述第二耦合电感的另一端连接所述移相全桥电路的另一端。由于耦合电感的漏感对称分布，因此消除了由于单一谐振电感所产生的共模电压不平衡问题。
可选地，所述第一耦合电感的同名端与所述移相全桥电路的连接点为A，A处有电压VA，所述第二耦合电感的另一端连接所述移相全桥电路的连接点为B，B处有电压VB，所述第一变压器抽头处的电压为0.5*(VA+VB)，需要注意的是所述的A点和B点为所述移相全桥电路的两个桥臂中点。
可选地，所述移相全桥电路10包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管以及第四MOS管，所述四个MOS管构成一全桥电路。
可选地，分别在所述第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管以及第四MOS管两端并联一个二极管，所述二极管作为所述四个MOS管的反并超快恢复二极管。
可选地，发明人在试验中发现，所述的耦合电感Lr1与所述的第二变压器可以不用同时存在，也能达到抑制共模分量的效果，例如，不存在耦合电感Lr1，所述谐振单元包括第二电感Lr2，所述移相全桥电路10一端连接所述第一变压器Tr的同名端，所述移相全桥电路的另一端所述第二电感的一端，所述第二电感的另一端连接所述第一变压器的异名端；或者，不在电路中设置第二变压器，设置耦合电感Lr1和Lr2。需要注意的是，同时利用第二变压器和耦合电感时抑制共模分量的效果更好，可在具体实际操作中根据电路要求设计合适的电路。
可选地，如图2所示，所述移相全桥电路有两个桥臂中点A和B，所述两个桥臂中点对地分别有第一寄生电容CAE和第二寄生电容CBE，并且所述第三电容Cm的电容参数与所述第一寄生电容CAE和所述第二寄生电容CBE的电容参数相匹配，可对共模传导电压实现有效的抑制。
可选地，可以在所述输出电源正负极间并联有一用于滤波的第四电容Cf。
可选地，还可以在所述输出电源负极处串联有一用于滤波的第三电感Lf。
可选地，所述第一整流部件和所述第二整流部件，可以是普通二极管、快恢复二极管、肖特基二极管、N沟道的MOSFET同步整流管或P沟道的MOSFET同步整流管中的任意一种，还可以是一些其他可用作整流作用的电子元器件，在此不做限定。
综上所述，本实用新型提出的一种低共模传导干扰的车载直流变换装置，为了补偿共模传导回路中的电压分量，本实用新型提出将高频隔离变压器的中心抽头的电位恰好是共模电压分量,该电压分量通过一隔直电容后和一个高频隔离变压器的同名端串联。为了产生相反的共模传导抑制电路分支，该电压分量经由的异名端和共模补偿电容串联，共模补偿电容的另外一端接到机壳。为尽可能实现共模传导分量的抑制，共模补偿电容的大小和两个桥臂中点的电压和机壳之间的对地电容参数值匹配，实现共模传导电压的有效抑制，发明人在实践中发现，可以有效降低共模电压分量的在150KHZ～20MHz范围内的大小，并且可以去除原来直流输入侧的EMI滤波器，降低系统的成本。另外，传统的全桥变换器的谐振电感是单一电感，由于谐振电感两端压降的存在，会导致两个桥臂中点的电压分量会产生不均衡，从而造成位移电流的产生。本实用新型还提出可将单一的谐振电感更换为耦合电感。由于耦合电感的漏感对称分布，因此消除了由于单一谐振电感所产生的共模电压不平衡问题。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种低共模传导干扰的车载直流变换装置，其特征在于，包括移相全桥电路、输入直流电源、第一变压器、第一耦合电感、第二耦合电感、第一整流部件、第二整流部件、第一电容；
所述移相全桥电路与所述第一电容并联在所述输入直流电源的正负极，所述移相全桥电路包括第一桥臂以及第二桥臂；
所述第一耦合电感与所述第二耦合电感均有一同名端，所述第一耦合电感的同名端与所述第一桥臂连接，所述第一耦合电感的另一端连接所述第一变压器原边的同名端；
所述第二耦合电感的同名端连接所述第一变压器原边的异名端，所述第二耦合电感的另一端连接所述第二桥臂；
所述第一变压器的原边的两端与所述移相全桥电路通过谐振单元连接，所述第一变压器的副边包括第一绕组和第二绕组；
所述第一绕组的异名端与所述第二绕组的同名端连接，所述第一绕组的同名端连接所述第一整流部件，所述第二绕组的异名端与所述第二整流部件的一端连接，所述第一整流部件与所述第二整流部件的另一端连接在一起，作为输出电源的正极，所述第一绕组与所述第二绕组的连接处作为输出电源的负极。
2.如权利要求1所述的一种低共模传导干扰的车载直流变换装置，其特征在于，包括第二变压器、第二电容以及第三电容；
所述第一变压器在中心处抽头，所述第二电容一端连接所述第一变压器的抽头处，所述第二电容的另一端连接所述第二变压器原边的同名端，所述第二变压器原边的异名端接地，所述第二变压器副边连接所述第三电容后接地。
3.如权利要求2所述的一种低共模传导干扰的车载直流变换装置，其特征在于，所述谐振单元包括第一耦合电感以及第二耦合电感；
所述第一耦合电感与所述第二耦合电感均有一同名端，所述第一耦合电感的同名端与所述移相全桥电路的一端连接，所述第一耦合电感的另一端连接所述第一变压器原边的同名端；
所述第二耦合电感的同名端连接所述第一变压器原边的异名端，所述第二耦合电感的另一端连接所述移相全桥电路的另一端。
4.如权利要求2所述的一种低共模传导干扰的车载直流变换装置，其特征在于，所述第一耦合电感的同名端与所述移相全桥电路的连接处有电压V1，所述第二耦合电感的另一端连接所述移相全桥电路的连接处有电压V2，所述第一变压器抽头处的电压为0.5*(V1+V2)。
5.如权利要求2所述的一种低共模传导干扰的车载直流变换装置，其特征在于，所述谐振单元包括第一电感，所述移相全桥电路一端连接所述第一变压器的同名端，所述移相全桥电路的另一端连接所述第一电感的一端，所述第一电感的另一端连接所述第一变压器的异名端。
6.如权利要求2所述的一种低共模传导干扰的车载直流变换装置，其特征在于，所述移相全桥电路有两个桥臂中点，所述两个桥臂中点对地分别有第一寄生电容和第二寄生电容，所述第三电容的电容参数与所述第一寄生电容和所述第二寄生电容的电容参数相等。
7.如权利要求2所述的一种低共模传导干扰的车载直流变换装置，其特征在于，所述输出电源正负极间并联有一用于滤波的第四电容。
8.如权利要求2所述的一种低共模传导干扰的车载直流变换装置，其特征在于，所述输出电源负极处串联有一用于滤波的第二电感。
9.如权利要求2所述的一种低共模传导干扰的车载直流变换装置，其特征在于，所述第一整流部件和所述第二整流部件是普通二极管、快恢复二极管、肖特基二极管、N沟道的MOSFET同步整流管和P沟道的MOSFET同步整流管中的任意一种。
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