EMI抑制電路、開關電源、直流電源及家用電器的製作方法

2024-03-06 00:42:15

本實用新型涉及電子技術領域，具體地，涉及一種用於直流電源的EMI抑制電路、開關電源、直流電源及家用電器。

背景技術：

由於線性電源轉換效率低的缺陷，使得轉換效率更高的開關電源得到了眾多家用電器生產廠商的親睞和推廣應用。

開關電源的工作原理是：開關電源在輸入端直接將交流電流整成直流電流，並在高頻振蕩電路的作用下，用開關管控制電流的通斷，形成高頻脈衝電流，然後再在電感的幫助下，輸出穩定的低壓直流電源。通常用的開關管有電晶體，可控矽，磁開關等。開關管工作在截止區的時候，相當於機械開關的斷開；當開關管工作在飽和區的時候，相當於機械開關的閉合。

但是在開關電源反覆工作在截止及飽和區的時候，開關不斷的斷開閉合，在PN結中不斷的形成di/dt及du/dt能量聚集，這些瞬態能量來不及導走，會以電磁波的形式向空間輻射出去，形成幾十兆到幾百兆的寬頻輻射的電磁幹擾，使得目前的家電產品都有共同的電磁幹擾(EMI)問題。

現有技術中為了解決傳導EMI超標的問題，通常會採用在靠近電源埠一側設置共模幹擾信號濾波器，以對共模信號進行抑制。當家電產品的用電功率比較大時，會導致這種EMI解決方案通常有以下明顯的缺點：

第一、共模抑制器件個頭比較大，需要佔據電路板較大空間，不利於電路板的設計和布局；

第二、共模抑制器件的成本較高；

第三、共模抑制器件發熱量大，導致整機熱轉換效率降低。

由此，一種價格低廉、設計簡單、佔用體積小、熱損耗低且能夠有效抑制開關電源EMI問題的EMI抑制電路是目前業界亟待解決的技術難題。

需要指出的是，以上技術問題是本實用新型的發明人在實踐本實用新型的過程中所發現的。

技術實現要素：

本實用新型實施例一方面的目的是提供一種價格低廉、設計簡單、佔用體積小、熱損耗低且能夠有效抑制開關電源EMI問題的用於開關電源的EMI抑制電路；本實用新型另一方面的目的是提供一種包含上述EMI抑制電路的開關電源、一種包含上述開關電源的直流電源和一種包含上述直流電源的家用電器，用以至少解決背景技術中所闡述的技術問題。

為了實現上述目的，本實用新型實施例一方面提供一種用於直流電源的EMI抑制電路，該直流電源包含開關電源和整流模塊，其中該開關電源用於將來自交流電源的交流高壓電轉換為直流低壓電輸出，該整流模塊用於將來自交流電源的交流高壓電轉換為直流高壓電並經由該整流模塊的直流正極和負極輸出端輸出，該EMI抑制電路的載體為電路板，該EMI抑制電路包括：

濾波電容，上述濾波電容的第一端連接至接地端，第二端連接至上述開關電源的輸出端；

第一電容，上述第一電容的第一端連接至上述濾波電容的上述第一端和上述接地端之間，第二端連接至上述交流電源的火線；以及

第二電容，上述第二電容的第一端連接至上述整流模塊的直流負極輸出端，第二端連接至上述濾波電容的第二端。

優選地，上述第一電容和/或上述第二電容為瓷片電容。

優選地，上述第一電容和/或上述第二電容的耐壓值為220-3000VAC。

優選地，上述第一電容和/或上述第二電容的電容量大小為101-104。

本實用新型實施例另一方面提供一種開關電源，包括：

AC-DC轉換單元，用於將來自交流電源的交流高壓電轉換為直流低壓電輸出；以及

上文所述的EMI抑制電路。

優選地，該開關電源還包含：第一及第二整流二極體，該第一及第二整流二極體的正極分別連接至交流電壓的火線及零線，負極接上述AC-DC轉換單元的輸入端。

優選地，上述AC-DC轉換單元包含一路或多路輸出，其中每一輸出被配備有根上文所述的EMI抑制電路。

本實用新型實施例還一方面提供一種直流電源，包括：

上文所述的開關電源，用於將交流電源的高壓交流電轉換為低壓直流電輸出；以及

整流模塊，用於將上述交流電源的高壓交流電轉換為高壓直流電輸出。

優選地，上述整流模塊為整流橋。

本實用新型實施例又一方面提供一種家用電器，包括上文所述的直流電源。

優選地，該家用電器為電磁爐、電飯煲等家電。

在上述本實用新型技術方案所提供的EMI抑制電路，通過在開關電源輸出端跨接濾波電容，並在該濾波電容的兩側分別跨接電容，由此利用上述能夠有效提供一種控制EMI接地方案，能夠有效消除開關電源的EMI問題；相比於現有技術中常見的利用EMI濾波電路以解決開關電源的EMI問題，本實用新型所提供的該接地方式的EMI抑制電路能夠更加徹底地消除電磁幹擾的問題；並且該EMI抑制電路中所採用的電子元器件簡單，成本低廉，有利於實現該EMI抑制電路的大力推廣，尤其適合在所有家用電器中推廣應用。

本實用新型實施例的其它特徵和優點將在隨後的具體實施方式部分予以詳細說明。

附圖說明

附圖是用來提供對本實用新型實施例的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用於解釋本實用新型實施例，但並不構成對本實用新型實施例的限制。在附圖中：

圖1示出的是本實用新型一實施例的用於開關電源的EMI抑制電路的結構示意圖；

圖2示出的是本實用新型一實施例的開關電源的結構示意圖；

圖3示出的是本實用新型一實施例的直流電源的結構示意圖；

圖4示出的是當開關電源迴路中不包含本實用新型實施例中的EMI抑制電路時，針對開關電源迴路的EMI測試結果；

圖5示出的是當開關電源迴路中包含本實用新型實施例中的EMI抑制電路時，針對開關電源迴路的EMI測試結果。

附圖標記說明

ACL 交流電源火線 ACN 交流電源零線

10 EMI濾波電路 C1、C2 電容

C3 濾波電容 VO 開關電源輸出端

20 開關電源 D1、D2 整流二極體

AC 整流橋輸入端 V+、V- 整流橋輸出端

GND 接地端 30 直流電源

具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用於說明和解釋本實用新型，並不用於限制本實用新型。

本技術領域技術人員可以理解，本實用新型的說明書中使用的措辭「包括」是指存在上述特徵、整數、步驟、操作、元件和/或組件，但是並不排除存在或添加一個或多個其他特徵、整數、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。應該理解，當我們稱元件被「連接」或「耦接」到另一元件時，它可以直接連接或耦接到其他元件，或者也可以存在中間元件。此外，這裡使用的「連接」或「耦接」可以包括無線連接或無線耦接。這裡使用的措辭「和/或」包括一個或更多個相關聯的列出項的全部或任一單元和全部組合。

參見圖1示出的是本實用新型一實施例的用於開關電源的EMI抑制電路的結構示意圖，從圖中可以看出應用該EMI抑制電路的開關電源連接至交流電源的火線和零線，其能夠將交流電源輸出的交流電轉換為直流電，該整流模塊用於將來自所述交流電源的交流高壓電轉換為直流高壓電並經由該整流模塊的直流正極V+和負極V-輸出端輸出，關於該EMI抑制電路10更具體的結構，如圖1所示，包含有：濾波電容C3、電容C1和電容C2；濾波電容C3的一端連接至接地端GND，濾波電容C3的另一端連接至開關電源的輸出端；電容C1的一端連接至濾波電容C3連接接地端GND側的一端，電容C1的另一端連接至交流電源的火線ACL；以及電容C2的一端連接至整流模塊的的直流負極輸出端V-，另一端連接至濾波電容C3連接開關電源的輸出端的一端。可以理解的是，該EMI抑制電路10中電子元器件與交流電源火線ACL或零線ACN的連接應是間接連接，更具體地該電子元器件可以是基於用於連接至火線ACL或零線ACN的電源接口而實現與交流電源火線ACL或零線ACN的連接。在本實施例中，能夠利用由C1、C2、C3和接地端GND有效將開關電源接入端的幹擾信號以接地的方式進行濾除，由此消除開關電源在工作過程中所產生的強大的電磁幹擾信號，尤其是能夠消除利用現有技術中的濾波EMI抑制電路難以處理的頻段範圍為30MHz-230MHz的幹擾信號。在本實用新型一些可選的實施例中，上述EMI抑制電路的載體為PCB電路板，該PCB電路板為單面板或者多層板，當該載體採用多層板時，本實施例中的接地端應單獨定義地平面，當該載體採用單層板時，本實施例中的接地端應定於出專門的地迴路；由此能夠實現幹擾信號的快速接地，提高干擾信號的消除效率。

以下將繼續公開該EMI抑制電路10中各元器件的選型參數：電容C1、電容C2為耐高壓電容，優選為瓷片電容，應要求電容C1和C2的耐壓值至少能夠超過交流電源的電壓值；當將電路10應用在家電產品中時，應當將電容的耐壓值設為220-3000VAC。電容C1電容C2的電容量大小為101-104，可以理解的是，該電容量的表示方法應是本領域技術人員所熟知的，電容量大小101就表示10乘10的一次方PF，電容量大小104表示10乘10的四次方PF；由此能夠保障開關電源能正常工作，而不會被燒壞。本實用新型實施例中的濾波電容C3的型號和電容量在此不做限定，因本實用新型實施例中通過在開關電源的輸出端連接濾波電容C3，實現了幹擾信號的耦合接地。

為了證明本實用新型實施例所提供的EMI抑制電路針對於電磁幹涉具有良好的抑制效果，發明人還針對本實用新型實施例採用了對照實驗，其中對照實驗中的參照對象為：不包含有本實用新型實施例所提供的EMI抑制電路的開關電源迴路；實驗對象為：與參照對象相同的開關電源迴路，區別僅在於實驗對象採用了本實用新型實施例所提供的EMI抑制電路10。圖4和圖5分別表示的是參照對象和實驗對象所輸出的EMI參數數據，通過對比數據可知，參照對象的EMI參數超正常EMI指標高達16dB，而實驗對象的EMI參數相比於正常EMI指標還留有3dB的餘量。因此能很直觀地確定：本實用新型實施例所提供的EMI抑制電路能夠顯著有效地抑制開關電源迴路的EMI問題。

參見圖2示出的是本實用新型一實施例下的開關電源，該開關電源20包括：AC-DC轉換單元、C1、C2和C3；濾波電容C3的一端連接至接地端GND，濾波電容C3的另一端連接至AC-DC轉換單元的輸出端；電容C1的一端連接至濾波電容C3連接接地端GND側的一端，電容C1的另一端連接至交流電源的火線ACL；以及電容C2的一端連接至整流模塊的的直流負極輸出端V-，另一端連接至濾波電容C3連接AC-DC轉換單元的輸出端的一端；其中該AC-DC轉換單元包含有AC-DC晶片，以將來自交流電源的交流電轉換為直流電輸出VO，該VO一般為低壓輸出電源，為與開關電源連接的低壓控制電路(未示出)供電；需要說明的是，當低壓控制負載電路與VO連接時，電容器C3跟負載電路形成環路，使得在C3的上端及下端都存有噪聲，雖然C3在此處為濾波電路，但是因為該環路的存在，導致C3兩端上下都有噪聲，而且噪聲強度一般情況下不等，極容易在C3處再次形成EMI輻射源；故通過本實施例在C3的兩端分別設置電容C1和電容C2，使得C3兩端的噪聲迅速接地而消除EMI噪聲。在本實用新型的一些可選實施例中，該開關電源20還包含第一整流二級管D1和第二整流二級管D2，該整流二極體D1、D2的正極連接至交流電源火線ACL，該整流二極體D1、D2的負極連接至交流電源零線ACN，由此實現為AC-DC轉換單元的輸入電流的整流，並能夠保障AC-DC轉換單元所輸出的電壓VO的質量和轉換效率。在本實用新型的一些可選的實施例中，當上述低壓控制電路需要AC-DC轉換單元有多路工作輸出(未示出)時，相應地為AC-DC轉換單元的每一輸出均分別配備有EMI抑制電路10，由此通過將各個支路中的電磁幹擾信號進行濾除，能更有效地降低了開關電源迴路的電磁幹擾輻射。

參見圖3示出的是本實用新型又一實施例的直流電源的結構示意圖，該直流電源30包含有開關電源部分，該開關電源部分用於將交流電源的高壓交流電轉換為低壓直流電輸出，關於該開關電源部分的具體結構可以參照上文實施例，故在此不加以贅述，該直流電源還包含有整流橋，該整流橋的輸出端V+和V-用於輸出高壓直流電輸出以供高壓負載工作。由此實現了通過在低壓控制端控制高壓負載電路工作，降低低壓端控制工作時所產生的電磁幹擾。需要說明的是，本實用新型實施例中的整流橋也可以被其他具有整流功能的整流模塊所替換，都應該是是屬於本實用新型所涵蓋的保護範圍。

在本實用新型另一實施例中，還提供一種家用電器，該家用電器包括直流電源。關於直流電源的結構可以參照上述實施例，故在此不加以贅述。通過為家用電器配備該直流電源，能夠有效降低家用電器的電磁幹擾輻射。更具體地，該家用電器可以是電磁爐、電飯煲或其他家電產品，由此能夠降低家電產品的電磁幹擾輻射。

以上結合附圖詳細描述了本實用新型例的可選實施方式，但是，本實用新型實施例並不限於上述實施方式中的具體細節，在本實用新型實施例的技術構思範圍內，可以對本實用新型實施例的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬於本實用新型實施例的保護範圍。

另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術特徵，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合。為了避免不必要的重複，本實用新型實施例對各種可能的組合方式不再另行說明。

本領域技術人員可以理解實現上述實施例方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關的硬體來完成，該程序存儲在一個存儲介質中，包括若干指令用以使得一個(可以是單片機，晶片等)或處理器(processor)執行本申請各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質包括：U盤、移動硬碟、只讀存儲器(ROM，Read-Only Memory)、隨機存取存儲器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光碟等各種可以存儲程序代碼的介質。

此外，本實用新型實施例的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本實用新型實施例的思想，其同樣應當視為本實用新型實施例所公開的內容。