CN212572383U

CN212572383U - 用于抑制传导辐射的开关电源电路

Info

Publication number: CN212572383U
Application number: CN202021344504.2U
Authority: CN
Inventors: 梅燕; 李天强; 朱天朋
Original assignee: Yanfeng Visteon Electronic Technology Shanghai Co Ltd
Current assignee: Yanfeng Visteon Electronic Technology Shanghai Co Ltd
Priority date: 2020-07-10
Filing date: 2020-07-10
Publication date: 2021-02-19
Anticipated expiration: 2030-07-10

Abstract

本实用新型提供一种用于抑制传导辐射的开关电源电路，包括开关电源模块、隔离电感及耦合电容组；开关电源模块的输入端接入电源；隔离电感一端与电源的地端连接，隔离电感的另一端与开关电源模块的地端连接；耦合电容组包括至少一耦合电容，耦合电容组设置于电源的地端与开关电源模块的地端之间；本实用新型采用分割电源地与开关电源电路地的方法来切断噪声的传播途径减小了传导辐射电平、差模干扰电平及辐射到电路之外的能量，从而减小了电磁场的辐射；在电源地与开关电源电路地之间增加耦合电容，克服了电路由于地分割所带来的部分频段的弱抗干扰性，增强了整个电路结构的稳定性和可靠性。

Description

用于抑制传导辐射的开关电源电路

技术领域

本实用新型属于开关电源领域，特别是涉及一种用于抑制传导辐射的开关电源电路。

背景技术

开关电源由于功耗小、体积小、效率高、稳压范围宽等优点，在汽车电子产品中应用越来越广；汽车电子产品主要使用降压模块电路，由于开关电源在工作时频繁的切换电压、电流信号，增加了开关损耗及无源元件的损耗，带来了电磁干扰的问题，因此开关电源电路的传导发射和电磁辐射相对其它电路来说更加难以实现电磁兼容。

目前，为了降低开关电源电路的传导发射电平和辐射发射电平，常采用以下几种方法：

（1）在电源输入回路上增加π型滤波器；π型滤波器由电感和大容量电容组成，通常是为了克服低频段的传导干扰，但由于电路性能及设计成本的限制，一般在汽车电子产品中，电路输入回路上只有一个π型滤波器。

（2）在开关电路上增加屏蔽罩，完全屏蔽开关电源；屏蔽罩的选择需要考虑到材料、厚度和孔缝对屏蔽效能的影响，而且在大多数的应用中，由于空间的原因，这种方法无法作为一种选项。

（3）优化布局布线，减小布局中的电流环路，减小电源与大地之间的分布电容；这种方法是常用的方法，同时也是减小开关电源电路电磁干扰问题的最优化的方法，但是由于开关电源电路能量辐射的复杂性，仅靠PCB的优化不能完全解决所有的电磁干扰问题。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种用于抑制传导辐射的开关电源电路，用于解决现有开关电源电路由于开关电源在工作过程中频繁切换电压、电流信号，带来的电磁干扰的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种用于抑制传导辐射的开关电源电路，包括：开关电源模块、隔离电感及耦合电容组；所述开关电源模块的输入端接入电源；所述隔离电感一端与所述电源的地端连接，所述隔离电感的另一端与所述开关电源模块的地端连接，所述隔离电感用于分割所述电源的地端与所述开关电源模块的地端；所述耦合电容组包括至少一耦合电容，所述耦合电容组设置于所述电源的地端与所述开关电源模块的地端之间，所述耦合电容组用于提高所述开关电源电路的抗干扰性能。

于本实用新型的一实施例中，所述开关电源模块包括：开关电源芯片、第一电容、二极管、第三电感及第四电容；所述开关电源芯片的输入端与所述第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端与所述隔离电感的另一端连接，所述开关电源芯片的输出端分别与所述二极管的负极、所述第三电感的一端连接，所述第三电感的另一端与所述第四电容的一端连接，所述第四电容的另一端、所述二极管的正极均与所述开关电源芯片的接地端连接，且共同连接至所述开关电源模块的地端。

于本实用新型的一实施例中，所述开关电源芯片采用LMR14020SSQDDARQ1；所述二极管采用肖特基二极管；所述第一电容和所述第四电容均采用极性电容；所述开关电源芯片的输入端与所述第一电容的正极连接，所述第一电容的负极与所述隔离电感的另一端连接，所述第三电感的另一端与所述第四电容的正极连接，所述第四电容的负极与所述开关电源芯片的接地端连接。

于本实用新型的一实施例中，当所述耦合电容组包括多个耦合电容时，所述多个耦合电容并联连接，且所述多个耦合电容并联连接的一端与所述电源的地端连接，所述多个耦合电容并联连接的另一端与所述开关电源模块的地端连接。

于本实用新型的一实施例中，所述耦合电容组包括三个耦合电容。

于本实用新型的一实施例中，所述三个耦合电容的容值分别为33pF、33pF、100pF，以保证所述开关电源电路在800MHz-1000MHz的频段范围内，所述电源的地端与所述开关电源模块的地端之间处于导通状态，而在其他频段范围内保持所述电源的地端与所述开关电源模块的地端之间存在感抗。

于本实用新型的一实施例中，当所述耦合电容组包括一耦合电容时，所述耦合电容的一端与所述电源的地端连接，所述耦合电容的另一端与所述开关电源模块的地端连接。

于本实用新型的一实施例中，所述耦合电容采用普通陶瓷电容，且所述耦合电容的一端与所述电源的地端连接，所述耦合电容的另一端与所述开关电源模块的地端连接。

如上所述，本实用新型所述的用于抑制传导辐射的开关电源电路，具有以下有益效果：

（1）与现有技术相比，采用分割电源地与开关电源电路地的方法来切断噪声的传播途径减小了传导辐射电平、差模干扰电平及辐射到电路之外的能量，从而减小了电磁场的辐射；

（2）在电源地与开关电源电路地之间增加耦合电容，克服了电路由于地分割所带来的部分频段的弱抗干扰性，增强了整个电路结构的稳定性和可靠性；

（3）电路布局设计简洁明了，避免了繁琐的电源地、电路地的分割；

（4）减小了电源输入网络上无源滤波元件的数量，尽量避免使用金属屏蔽罩，从而降低了设计成本。

附图说明

图1显示为本实用新型的用于抑制传导辐射的开关电源电路于一实施例中的原理框图。

图2显示为本实用新型的用于抑制传导辐射的开关电源电路于一实施例中的电路结构示意图。

图3显示为本实用新型的耦合电容组于一实施例中的电路结构示意图。

图4显示为本实用新型的用于抑制传导辐射的开关电源电路于另一实施例中的电路结构示意图。

图5显示为现有开关电源电路于一实施例中的噪声信号图。

图6显示为本实用新型的用于抑制传导辐射的开关电源电路于另一实施例中的噪声信号图。

标号说明

1 开关电源模块；

2 耦合电容组；

3 电源；

4 地端；

5 地端。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，图示中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本实用新型的用于抑制传导辐射的开关电源电路，与现有技术相比，采用分割电源地与开关电源电路地的方法来切断噪声的传播途径减小了传导辐射电平、差模干扰电平及辐射到电路之外的能量，从而减小了电磁场的辐射；在电源地与开关电源电路地之间增加耦合电容，克服了电路由于地分割所带来的部分频段的弱抗干扰性，增强了整个电路结构的稳定性和可靠性；电路布局设计简洁明了，避免了繁琐的电源地、电路地的分割；减小了电源输入网络上无源滤波元件的数量，尽量避免使用金属屏蔽罩，从而降低了设计成本。

如图1至图3所示，于一实施例中，本实用新型的用于抑制传导辐射的开关电源电路包括开关电源模块1、隔离电感L2及耦合电容组2。

所述开关电源模块1的输入端接入电源3。

于一实施例中，所述开关电源模块1包括开关电源芯片IC1、第一电容C1、二极管、第三电感L3及第四电容C4。

具体地，所述开关电源芯片IC1的输入端与所述第一电容C1的一端连接，所述隔离电感L2一端与所述电源3的地端5连接，所述第一电容C1的另一端与所述隔离电感L2的另一端连接，所述开关电源芯片IC1的输出端分别与所述二极管的负极、所述第三电感L3的一端连接，所述第三电感L3的另一端与所述第四电容C4的一端连接，所述第四电容C4的另一端、所述二极管的正极均与所述开关电源芯片IC1的接地端连接，且共同连接至所述开关电源模块1的地端4（对应图2中的A）。

需要说明的是，开关电源模块1包括但不限于开关电源芯片IC1、第一电容C1、二极管、第三电感L3及第四电容C4，于本实施例中，仅列出了与本实用新型直接相关的结构，并不代表其不包含其他作为开关电源必要的结构。

于一实施例中，所述开关电源芯片IC1采用LMR14020SSQDDARQ1；所述二极管采用肖特基二极管D1；所述第一电容C1和所述第四电容C4均采用极性电容。

具体地，所述开关电源芯片IC1的输入端VIN与所述第一电容C1的正极连接，所述第一电容C1的负极与所述隔离电感L2的另一端连接，所述第三电感L3的另一端与所述第四电容C4的正极连接，所述第四电容C4的负极与所述开关电源芯片IC1的接地端GND连接。

所述隔离电感L2的另一端又与所述开关电源模块1的地端4连接，所述隔离电感L2用于分割所述电源3的地端5与所述开关电源模块1的地端4。

需要说明的是，通过隔离电感实现分割电源地与开关电源电路地，从而切断噪声的传播途径，减小了传导辐射电平、差模干扰电平及辐射到电路之外的能量，从而减小了电磁场的辐射。

所述耦合电容组2包括至少一耦合电容，所述耦合电容组2设置于所述电源3的地端5与所述开关电源模块1的地端4之间，所述耦合电容组2用于提高所述开关电源电路的抗干扰性能。

需要说明的是，在电源3的地端5与开关电源模块1的地端4之间增加耦合电容，有效克服了该开关电源电路由于地分割所带来的部分频段的弱抗干扰性，进而增强了整个电路结构的稳定性和可靠性。

于一实施例中，当所述耦合电容组2包括多个耦合电容时，所述多个耦合电容并联连接，且所述多个耦合电容并联连接的一端与所述电源3的地端5连接，所述多个耦合电容并联连接的另一端与所述开关电源模块1的地端4连接。

于一实施例中，所述耦合电容组2包括三个耦合电容，分别为C5 、C6 、C7。

具体地，如图3所示，三个耦合电容C5 、C6 、C7并联连接，且三个耦合电容并联连接的一端与电源3的地端5连接（对应图3中左侧地端），三个耦合电容并联连接的另一端与开关电源模块1的地端4连接（对应图3中右侧地端）。

于一实施例中，所述三个耦合电容C5 、C6 、C7的容值分别为33pF、33pF、100pF，以保证所述开关电源电路在800MHz-1000MHz的频段范围内，所述电源3的地端5与所述开关电源模块1的地端4之间处于导通状态，而在其他频段范围内保持所述电源3的地端5与所述开关电源模块1的地端4之间存在感抗。

需要说明的是，经过测试和计算（具体测试的方法和原理见下文中的具体实施例），当三个耦合电容C5 、C6 、C7的容值分别为33pF、33pF、100pF时，这三个耦合电容确保了该开关电源电路在抗干扰源的频段800MHz-1000MHz范围内，两地近似于导通状态，从而增强了电路结构的稳定性；而在其他频率段范围内，两地保持了一定的感抗，从而有效减小了电路的传导辐射和电磁辐射。

于一实施例中，当所述耦合电容组2包括一耦合电容时，所述耦合电容的一端与所述电源的地端连接，所述耦合电容的另一端与所述开关电源模块的地端连接。

于一实施例中，所述耦合电容采用普通陶瓷电容，且所述耦合电容的一端与所述电源3的地端5连接，所述耦合电容的另一端与所述开关电源模块1的地端4连接。

需要说明的是，耦合电容不限于采用普通陶瓷电容，可根据实际需求进行选择，增强了该开关电源电路的适用性能。

下面通过具体实施例来进一步验证本实用新型的抑制传导辐射的开关电源电路。

如图4所示，于一实施例中，模拟实验室传导辐射测试场景。

具体地，由电感L1、L2、L3、L4及电阻R1、 R2组成实验测试的线路阻抗稳定网络（Line Impedance Stabilization Network，LISN）系统， LISN系统为测试电路在规定频率范围内提供稳定的线路阻抗，同时隔离电源和测试电路；电感L7隔离了开关电源电路的地与大地；由电阻R5、R7，电容C3、C4，肖特基二极管D1，电感L5及开关S2组成开关电源电路；其中，电容C3作为输入电容，电阻R5用来模拟电容C3的内阻，电感L5作为输出电感，电容C4作为输出电容，电阻R7用来模拟电容C7的内阻，开关S2的频率为2MHz；电感 L6用来模拟传输线阻抗，电阻R6用来模拟负载。

如图5和图6所示，当开关电源电路正常工作时，开关S2高频切换，它产生的噪声耦合到LISN_P和LISN_N上，形成了差模干扰；如果没有电感L7作为地分隔，LISN_P和LISN_N耦合到的噪声有16mV（如图5）；加入了电感L7进行地分割后，干扰电平的传播途径被切断，LISN_P和LISN_N耦合到的噪声幅度减小到4mV（如图6所示）。

由此可知，电感L7作为地分割，使得电路的差模干扰电平减小，也会相应减小辐射到板外的能量，从而减小电磁场的辐射。

需要说明的是，在PCB 布局布线上，需要进行合理的地划分设计，同时，为了增强电路的抗干扰性能，可以在两个地之间加入耦合电容。通过计算和实际测试验证，耦合电容的谐振特性确保在抗干扰弱的频段，两地近似于导通状态，增强系统稳定性；而在其他频率段两地保持了一定的感抗，减小系统传导辐射和电磁辐射。

综上所述，本实用新型的用于抑制传导辐射的开关电源电路，与现有技术相比，采用分割电源地与开关电源电路地的方法来切断噪声的传播途径减小了传导辐射电平、差模干扰电平及辐射到电路之外的能量，从而减小了电磁场的辐射；在电源地与开关电源电路地之间增加耦合电容，克服了电路由于地分割所带来的部分频段的弱抗干扰性，增强了整个电路结构的稳定性和可靠性；电路布局设计简洁明了，避免了繁琐的电源地、电路地的分割；减小了电源输入网络上无源滤波元件的数量，尽量避免使用金属屏蔽罩，从而降低了设计成本；所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种用于抑制传导辐射的开关电源电路，其特征在于，包括：开关电源模块、隔离电感及耦合电容组；

所述开关电源模块的输入端接入电源；

所述隔离电感一端与所述电源的地端连接，所述隔离电感的另一端与所述开关电源模块的地端连接，所述隔离电感用于分割所述电源的地端与所述开关电源模块的地端；

所述耦合电容组包括至少一耦合电容，所述耦合电容组设置于所述电源的地端与所述开关电源模块的地端之间，所述耦合电容组用于提高所述开关电源电路的抗干扰性能。

2.根据权利要求1所述的用于抑制传导辐射的开关电源电路，其特征在于，所述开关电源模块包括：开关电源芯片、第一电容、二极管、第三电感及第四电容；

所述开关电源芯片的输入端与所述第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端与所述隔离电感的另一端连接，所述开关电源芯片的输出端分别与所述二极管的负极、所述第三电感的一端连接，所述第三电感的另一端与所述第四电容的一端连接，所述第四电容的另一端、所述二极管的正极均与所述开关电源芯片的接地端连接，且共同连接至所述开关电源模块的地端。

3.根据权利要求2所述的用于抑制传导辐射的开关电源电路，其特征在于，所述开关电源芯片采用LMR14020SSQDDARQ1；所述二极管采用肖特基二极管；所述第一电容和所述第四电容均采用极性电容；

所述开关电源芯片的输入端与所述第一电容的正极连接，所述第一电容的负极与所述隔离电感的另一端连接，所述第三电感的另一端与所述第四电容的正极连接，所述第四电容的负极与所述开关电源芯片的接地端连接。

4.根据权利要求1所述的用于抑制传导辐射的开关电源电路，其特征在于，当所述耦合电容组包括多个耦合电容时，所述多个耦合电容并联连接，且所述多个耦合电容并联连接的一端与所述电源的地端连接，所述多个耦合电容并联连接的另一端与所述开关电源模块的地端连接。

5.根据权利要求4所述的用于抑制传导辐射的开关电源电路，其特征在于，所述耦合电容组包括三个耦合电容。

6.根据权利要求5所述的用于抑制传导辐射的开关电源电路，其特征在于，所述三个耦合电容的容值分别为33pF、33pF、100pF，以保证所述开关电源电路在800MHz-1000MHz的频段范围内，所述电源的地端与所述开关电源模块的地端之间处于导通状态，而在其他频段范围内保持所述电源的地端与所述开关电源模块的地端之间存在感抗。

7.根据权利要求1所述的用于抑制传导辐射的开关电源电路，其特征在于，当所述耦合电容组包括一耦合电容时，所述耦合电容的一端与所述电源的地端连接，所述耦合电容的另一端与所述开关电源模块的地端连接。

8.根据权利要求1所述的用于抑制传导辐射的开关电源电路，其特征在于，所述耦合电容采用普通陶瓷电容，且所述耦合电容的一端与所述电源的地端连接，所述耦合电容的另一端与所述开关电源模块的地端连接。