CN217037045U - 一种大功率电源滤波器 - Google Patents

Abstract

一种大功率电源滤波器，包括第一差模电容模块、第一共模电容模块、共模电感模块、差模电感模块、第二差模电容模块和第二共模电容模块，所述第一和第二差模电容模块分别设置在火线和零线之间，所述第一和第二共模电容模块分别设置在所述火线与地之间以及所述零线与地之间，所述共模电感模块设置在所述火线和所述零线上，所述差模电感模块设置在所述火线上，所述共模电感模块和所述差模电感模块彼此直接连接，所述第一、第二差模电容模块和所述差模电感模块组成差模滤波回路，所述第一、第二共模电容模块和所述共模电感模块组成共模滤波回路。所述大功率电源滤波器的功率因数和差模插入损耗高、共模电感饱和风险和零地电压差低，且成本低体积小。

Description

一种大功率电源滤波器

技术领域

本实用新型涉及电源滤波领域，更具体地说，涉及一种大功率电源滤波器。

背景技术

在开关电源领域，电磁兼容(electromagnetic compatibility，EMC)设计至关重要，它是保证开关电源与电磁环境和谐共处的关键要素。在这其中，最核心的部件就是电源滤波器。在常见的中小功率(<20kVA)产品中，电磁干扰(electromagnetic interference，EMI)的设计是有经典电路可以遵循的，例如PI型、LC型、CL型、LCL型等结构。

然而，在大功率(>20kVA)产品的滤波器设计中，如果仅仅参考经典电路，就会遇到三个问题。一是由于产品电流较大，经典滤波器结构中的共模电感匝数太多则容易引起磁芯饱和，共模电感匝数太少则会导致共模感量过低并且差模分量不足；二是大功率开关电源低频差模干扰、中高频共模干扰都很严重，只用共模电感或差模电感都难以抑制，而且差模共模集成式的共模电感体积大价格高；三是某些开关电源产品(如不间断电源产品)要求零地电压越低越好，滤波器设计太大会导致零地电压升高引起负载工频干扰，滤波器设计太小会导致磁芯饱和或EMI超标。

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全部或部分缺陷，提供一种功率因数和差模插入损耗高、共模电感饱和风险和零地电压差低，且成本低体积小的大功率电源滤波器。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种大功率电源滤波器，包括第一差模电容模块、第一共模电容模块、共模电感模块、差模电感模块、第二差模电容模块和第二共模电容模块，所述第一差模电容模块和所述第二差模电容模块分别设置在火线和零线之间，所述第一共模电容模块和所述第二共模电容模块分别设置在所述火线与地之间以及所述零线与地之间，所述共模电感模块设置在所述火线和所述零线上，所述差模电感模块设置在所述火线上，所述第一差模电容模块、所述差模电感模块和所述第二差模电容模块组成差模滤波回路，所述共模电感模块和所述差模电感模块彼此直接连接，所述第一共模电容模块、所述共模电感模块和所述第二共模电容模块组成共模滤波回路。

在本实用新型所述的大功率电源滤波器中，所述第一差模电容模块包括第一差模电容、第二差模电容和第三差模电容，所述第一差模电容连接在第一火线和所述零线之间，所述第二差模电容连接在第二火线和所述零线之间，所述第三差模电容连接在第三火线和所述零线之间。

在本实用新型所述的大功率电源滤波器中，所述第一共模电容模块设置在所述第一差模电容模块和所述共模电感模块之间，所述第一共模电容模块包括第一共模电容、第二共模电容、第三共模电容和第四共模电容，所述第一共模电容连接第一火线和所述地，所述第二共模电容连接第二火线和所述地，所述第三共模电容连接第三火线和所述地，所述第四共模电容连接所述零线和所述地。

在本实用新型所述的大功率电源滤波器中，所述共模电感模块设置在所述第一共模电容模块和所述差模电感模块之间，所述共模电感模块包括第一电感线圈、第二电感线圈、第三电感线圈和第四电感线圈，所述第一电感线圈设置在第一火线上、所述第二电感线圈设置在第二火线上、所述第三电感线圈设置在第三火线上、所述第四电感线圈设置在所述零线上。

在本实用新型所述的大功率电源滤波器中，所述差模电感模块设置在所述共模电感模块和第二差模电容模块之间，所述差模电感模块包括第一差模电感、第二差模电感和第三差模电感，所述第一差模电感设置在第一火线上、所述第二差模电感设置在第二火线上、所述第三差模电感设置在第三火线上。

在本实用新型所述的大功率电源滤波器中，所述第二差模电容模块设置在所述差模电感模块和所述第二共模电容模块之间，所述第二差模电容模块包括第四差模电容、第五差模电容和第六差模电容，所述第四差模电容连接在第一火线和所述零线之间，所述第五差模电容连接在第二火线和所述零线之间，所述第六差模电容连接在第三火线和所述零线之间。

在本实用新型所述的大功率电源滤波器中，所述第二共模电容模块包括第五共模电容、第六共模电容、第七共模电容和第八共模电容，所述第五共模电容连接第一火线和所述地，所述第六共模电容连接第二火线和所述地，所述第七共模电容连接第三火线和所述地，所述第八共模电容连接所述零线和所述地。

在本实用新型所述的大功率电源滤波器中，进一步包括设置在所述第二共模电容模块和出线端的陷波器模块和/或设置在入线端和所述第一差模电容模块之间的第二共模电感模块。

在本实用新型所述的大功率电源滤波器中，所述陷波器模块包括第一LC串联单元、第二LC串联单元和第三LC串联单元，所述第一LC串联单元连接在第一火线和所述零线之间，所述第二LC串联单元连接在第二火线和所述零线之间，所述第三LC串联单元连接在第三火线和所述零线之间。

在本实用新型所述的大功率电源滤波器中，所述第二共模电感模块包括第五电感线圈、第六电感线圈、第七电感线圈和第八电感线圈，所述第五电感线圈设置在第一火线，所述第六电感线圈设置在第二火线，所述第七电感线圈设置在第三火线，所述第八电感线圈设置在所述零线。

实施本实用新型的大功率电源滤波器，所述零线上不设置所述差模电感模块，因此可以降低零地电压，所述共模电感模块和所述差模电感模块彼此直接连接可以降低无功功率和提高功率因数，而所述差模电感模块的存在又可以降低共模电感的磁芯体积和匝数，从而降低成本、体积以及共模电感饱和的风险并且提高差模插入损耗。

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是本实用新型的大功率电源滤波器的第一优选实施例的原理框图；

图2是本实用新型的大功率电源滤波器的第二优选实施例的电路图；

图3是本实用新型的大功率电源滤波器的第三优选实施例的电路图；

图4是本实用新型的大功率电源滤波器的第四优选实施例的电路图；

图5是本实用新型的大功率电源滤波器的第五优选实施例的电路图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1是本实用新型的大功率电源滤波器的第一优选实施例的原理框图。如图1所示，本实用新型的大功率电源滤波器，包括第一差模电容模块100、第一共模电容模块200、共模电感模块300、差模电感模块400、第二差模电容模块500和第二共模电容模块600。在本优选实施例中，所述第一差模电容模块100和所述第二差模电容模块500分别设置在火线和零线之间，所述第一共模电容模块200和所述第二共模电容模块600分别设置在所述火线与地之间以及所述零线与地之间，所述共模电感模块300设置在所述火线和所述零线上，所述差模电感模块400设置在所述火线上。所述共模电感模块300和所述差模电感模块400彼此直接连接。需要说明的是，在本实用新型中，“直接连接”是指二者之间没有设置电容。

在本实用新型的优选实施例中，第一差模电容模块100和第二差模电容模块500可以包括分别设置在各个火线和零线之间的一个、两个或者多个电容器。同样的，所述第一共模电容模块200和所述第二共模电容模块600可以包括分别设置在各个火线以及零线与地之间的一个、两个或者多个电容器。所述共模电感模块300和所述差模电感模块400可以对应包括适合的一个或者多个电感。在此，本领域技术人员可以根据实际情况和本领域中的常见电容和电感来涉及所述第一差模电容模块100、第一共模电容模块200、共模电感模块300、差模电感模块400、第二差模电容模块500和第二共模电容模块600。

在本实用新型的大功率电源滤波器工作时，所述第一差模电容模块100、所述差模电感模块400和所述第二差模电容模块500组成差模滤波回路，所述第一共模电容模块200、所述共模电感模块300和所述第二共模电容模块600组成共模滤波回路。因此，差模滤波和共模滤波有机地融合在一起，形成一级PI型滤波器。由于所述差模电感模块400设置在所述火线上，因此零线上不设置差模电感模块。这时由于差模干扰存在于火线和零线之间，而采用设置在所述火线上的差模电感模块400可以对差模干扰产生抑制，这样就不用再增加零线差模电感，这样与在零线上设置差模电感的现有滤波器电路相比，可以极大的降低零地电压的前后压差，降低零地电压。进一步的，由于所述共模电感模块300和所述差模电感模块400彼此直接连接，因此跟其间设置电容的现有滤波器电路相比，可以降低无功功率，提高功率因数。进一步的，由于所述差模电感模块400的存在，不需要所述共模电感模块300提供差模分量，所以共模电感模块的磁芯体积可以减小、匝数可以减少，极大的降低了共模电感模块的成本，并且降低了共模电感饱和的风险。进一步地，所述差模电感模块的量级可以为几十uH到上百uH，这是单纯依靠共模电感漏感所达不到的级别，所以本实用新型的大功率电源滤波器的差模插入损耗非常高甚至达到上百dB。

因此，实施本实用新型的大功率电源滤波器，所述零线上不设置所述差模电感模块，因此可以降低零地电压，所述共模电感模块和所述差模电感模块彼此直接连接可以降低无功功率和提高功率因数，而所述差模电感模块的存在又可以降低共模电感的磁芯体积和匝数，从而降低成本、体积以及共模电感饱和的风险并且提高差模插入损耗。

图2是本实用新型的大功率电源滤波器的第二优选实施例的电路图。参照图1和图2可知，本实用新型的大功率电源滤波器，包括第一差模电容模块100、第一共模电容模块200、共模电感模块300、差模电感模块400、第二差模电容模块500和第二共模电容模块600。所述第一差模电容模块100、第一共模电容模块200、共模电感模块300、差模电感模块400、第二差模电容模块500和第二共模电容模块600依次排序在大功率电源滤波器的入线端和出线端之间，所述第一差模电容模块100靠近大功率电源滤波器的入线端，而第二共模电容模块600靠近大功率电源滤波器的出线端。所述第一共模电容模块200设置在所述第一差模电容模块100和所述共模电感模块300之间。所述差模电感模块400直接设置在所述共模电感模块300之后，所述第二差模电容模块500设置在所述差模电感模块400和所述第二共模电容模块600之间。

如图2所示，所述第一差模电容模块100包括差模电容C1、差模电容C2和差模电容C3，所述差模电容C1连接在火线Ua和所述零线Un之间，所述差模电容C2连接在火线Ub和所述零线Un之间，所述差模电容C3连接在火线Uc和所述零线Un之间。所述第一共模电容模块200包括共模电容C4、共模电容C5、共模电容C6和共模电容C7，所述共模电容C4连接火线Ua和所述地，所述共模电容C5连接火线Ub和所述地，所述共模电容C6连接火线Uc和所述地，所述共模电容C7连接所述零线Un和所述地。

如图2所示，所述共模电感模块300为共模电感L4。所述共模电感L4包括第一电感线圈、第二电感线圈、第三电感线圈和第四电感线圈，所述第一电感线圈设置在火线Ua上、所述第二电感线圈设置在火线Ub上、所述第三电感线圈设置在火线Ub上、所述第四电感线圈设置在所述零线Un上。所述差模电感模块400包括差模电感La、差模电感Lb和差模电感Lc，所述差模电感La设置在火线Ua上、所述差模电感Lb设置在火线Ub上、所述差模电感Lc设置在火线Uc上。并且如图2所示，所述共模电感L4的第一电感线圈的一端连接大功率电源滤波器的入线端的火线Ua，另一端直接连接差模电感La的第一端，差模电感La的第二端连接大功率电源滤波器的出线端的火线Ua。所述共模电感L4的第二电感线圈的一端连接大功率电源滤波器的入线端的火线Ub，另一端直接连接差模电感Lb的第一端，差模电感Lb的第二端连接大功率电源滤波器的出线端的火线Ub。所述共模电感L4的第三电感线圈的一端连接大功率电源滤波器的入线端的火线Uc，另一端直接连接差模电感Lc的第一端，差模电感Lc的第二端连接大功率电源滤波器的出线端的火线Uc。所述共模电感L4的第四电感线圈的一端连接大功率电源滤波器的入线端的零线Un，另一端连接大功率电源滤波器的出线端的零线Un。

所述第二差模电容模块500包括差模电容C8、差模电容C9和差模电容C10，所述差模电容C8连接在火线Ua和所述零线Un之间，所述差模电容C9连接在火线Ub和所述零线Un之间，所述差模电容C10连接在火线Uc和所述零线Un之间。所述第二共模电容模块600包括共模电容C11、共模电容C12、共模电容C13和共模电容C14，所述共模电容C11连接火线Ua和所述地，所述共模电容C12连接火线Ub和所述地，所述共模电容C13连接火线Uc和所述地，所述共模电容C14连接所述零线Un和所述地。所述差模电容C8和共模电容C11还连接所述差模电感La的第二端，所述差模电容C9和共模电容C12还连接所述差模电感Lb的第二端，所述差模电容C10和共模电容C13还连接所述差模电感Lc的第二端。

图2所示的大功率电源滤波器的工作原理如下，差模电容C1-C3，差模电感La-Lc，以及差模电容C8-C10差模滤波回路，而共模电容C4-C7，共模电感L4以及共模电容C11-14组成共模滤波回路。因此，差模滤波和共模滤波有机地融合在一起，形成一级PI型滤波器。由于零线Un上不设置差模电感，因为差模干扰存在于火线Ua-Uc以及零线Un之间，而差模电感La-Lc已经对差模产生了抑制，所以不必再增加零线差模电感，这样可以极大的降低零线Un的前后压差，降低了零地电压。由于共模电感L4和差模电感La-Lc之间不设置电容，这样可以降低无功功率，提高功率因数。由于差模电感La-Lc的存在，不再需要共模电感L4提供差模分量，所以共模电感L4的磁芯体积可以减小、匝数可以减少，极大的降低了共模电感L4成本，并且降低了共模电感饱和的风险。差模电感La-Lc的量级为几十uH到上百uH，这是单纯依靠共模电感漏感所达不到的级别，所以本实用新型的大功率电源滤波器的差模插入损耗非常高甚至达到上百dB。

在本实用新型的进一步的优选实施例中，本实用新型的大功率电源滤波器可以包括陷波器模块，也可以包括第二共模电感模块，还可以包括陷波器模块和第二共模电感模块。图3-5分别示出了三种优选实施例。

图3是本实用新型的大功率电源滤波器的第三优选实施例的电路图。图3所示的实施例与图2所示的实施例的区别在于，大功率电源滤波器的出线端附近设置陷波器模块，即在出线端和第二共模电容模块之间设置陷波器模块。在此仅对该区别进一步说明如下。在图3所示的优选实施例中，该陷波器模块包括第一LC串联单元、第二LC串联单元和第三LC串联单元。所述第一LC串联单元由电容C15和电感L1串联而成且连接在火线Ua和所述零线Un之间。所述第二LC串联单元由电容C16和电感L2串联而成且连接在火线Ub和所述零线Un之间。所述第三LC串联单元由电容C17和电感L3串联而成且连接在火线Uc和所述零线Un之间。在大功率电源滤波器的出线端附近设置陷波器模块是因为出线端往往连接一些高频电路或设备，距离干扰源最近，因此此处是最佳的位置。而陷波器模块的主要作用是吸收特定频段或频点的差模干扰，一般是高频谐波干扰。陷波器模块采用对称的LC串联结构，可以通过

设计与调整谐振点频率。通过设置陷波器模块，可以有效去除高频干扰。

图4是本实用新型的大功率电源滤波器的第四优选实施例的电路图。图4所示的实施例与图2所示的实施例的区别在于，大功率电源滤波器的入线端附近设置第二共模电感模块，即在入线端和所述第一差模电容模块之间的第二共模电感模块。如图4所示，所述第二共模电感模块为共模电感L5。如图4所示，所述第二共模电感模块包括第五电感线圈、第六电感线圈、第七电感线圈和第八电感线圈，所述第五电感线圈设置在火线Ua，所述第六电感线圈设置在火线Ub，所述第七电感线圈设置在火线Uc，所述第八电感线圈Un设置在所述零线。在大功率电源滤波器的入线端增加共模电感L5是因为入线端往往是高频辐射干扰的关键节点。共模电感L5的磁芯可以采用高频磁芯，匝数可以比共模电感L4更少，甚至可以是单匝穿过的磁环，频率上限比共模电感L4更高，主要作用是抑制更高频的共模辐射干扰，弥补原滤波器在高频共模干扰方面的不足，尤其是30MHz～1GHz这个频段。

图5是本实用新型的大功率电源滤波器的第五优选实施例的电路图。图5所示的实施例与图2所示的实施例的区别在于，大功率电源滤波器的入线端附近设置第二共模电感模块且大功率电源滤波器的出线端附近设置陷波器模块，从而实现更完整带宽频率的滤波器，其具体原理和结构可以参见图2-3所示的实施例的描述，在此就不再累述了。

虽然本实用新型是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本实用新型范围的情况下，还可以对本实用新型进行各种变换及等同替代。另外，针对特定情形或材料，可以对本实用新型做各种修改，而不脱离本实用新型的范围。因此，本实用新型不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本实用新型权利要求范围内的全部实施方式。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大功率电源滤波器，其特征在于，包括第一差模电容模块、第一共模电容模块、共模电感模块、差模电感模块、第二差模电容模块和第二共模电容模块，所述第一差模电容模块和所述第二差模电容模块分别设置在火线和零线之间，所述第一共模电容模块和所述第二共模电容模块分别设置在所述火线与地之间以及所述零线与地之间，所述共模电感模块设置在所述火线和所述零线上，所述差模电感模块设置在所述火线上，所述共模电感模块和所述差模电感模块彼此直接连接，所述第一差模电容模块、所述差模电感模块和所述第二差模电容模块组成差模滤波回路，所述第一共模电容模块、所述共模电感模块和所述第二共模电容模块组成共模滤波回路。

2.根据权利要求1所述的大功率电源滤波器，其特征在于，所述第一差模电容模块包括第一差模电容、第二差模电容和第三差模电容，所述第一差模电容连接在第一火线和所述零线之间，所述第二差模电容连接在第二火线和所述零线之间，所述第三差模电容连接在第三火线和所述零线之间。

3.根据权利要求1所述的大功率电源滤波器，其特征在于，所述第一共模电容模块设置在所述第一差模电容模块和所述共模电感模块之间，所述第一共模电容模块包括第一共模电容、第二共模电容、第三共模电容和第四共模电容，所述第一共模电容连接第一火线和所述地，所述第二共模电容连接第二火线和所述地，所述第三共模电容连接第三火线和所述地，所述第四共模电容连接所述零线和所述地。

4.根据权利要求1所述的大功率电源滤波器，其特征在于，所述共模电感模块设置在所述第一共模电容模块和所述差模电感模块之间，所述共模电感模块包括第一电感线圈、第二电感线圈、第三电感线圈和第四电感线圈，所述第一电感线圈设置在第一火线上、所述第二电感线圈设置在第二火线上、所述第三电感线圈设置在第三火线上、所述第四电感线圈设置在所述零线上。

5.根据权利要求1所述的大功率电源滤波器，其特征在于，所述差模电感模块设置在所述共模电感模块和第二差模电容模块之间，所述差模电感模块包括第一差模电感、第二差模电感和第三差模电感，所述第一差模电感设置在第一火线上、所述第二差模电感设置在第二火线上、所述第三差模电感设置在第三火线上。

6.根据权利要求1所述的大功率电源滤波器，其特征在于，所述第二差模电容模块设置在所述差模电感模块和所述第二共模电容模块之间，所述第二差模电容模块包括第四差模电容、第五差模电容和第六差模电容，所述第四差模电容连接在第一火线和所述零线之间，所述第五差模电容连接在第二火线和所述零线之间，所述第六差模电容连接在第三火线和所述零线之间。

7.根据权利要求1所述的大功率电源滤波器，其特征在于，所述第二共模电容模块包括第五共模电容、第六共模电容、第七共模电容和第八共模电容，所述第五共模电容连接第一火线和所述地，所述第六共模电容连接第二火线和所述地，所述第七共模电容连接第三火线和所述地，所述第八共模电容连接所述零线和所述地。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的大功率电源滤波器，其特征在于，进一步包括设置在所述第二共模电容模块和出线端的陷波器模块和/或设置在入线端和所述第一差模电容模块之间的第二共模电感模块。

9.根据权利要求8所述的大功率电源滤波器，其特征在于，所述陷波器模块包括第一LC串联单元、第二LC串联单元和第三LC串联单元，所述第一LC串联单元连接在第一火线和所述零线之间，所述第二LC串联单元连接在第二火线和所述零线之间，所述第三LC串联单元连接在第三火线和所述零线之间。

10.根据权利要求8所述的大功率电源滤波器，其特征在于，所述第二共模电感模块包括第五电感线圈、第六电感线圈、第七电感线圈和第八电感线圈，所述第五电感线圈设置在第一火线，所述第六电感线圈设置在第二火线，所述第七电感线圈设置在第三火线，所述第八电感线圈设置在所述零线。

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