Emi濾波器和開關電源的製作方法

2023-09-20 03:17:00

專利名稱：Emi濾波器和開關電源的製作方法
技術領域：
本發明涉及EMC (Electro Magnetic Compatibility,電磁兼容)技 術，具體涉及一禾中EMI (Electro Magnetic Interference,電磁幹涉)濾 波器和開關電源。
背景技術：
目前，通信開關電源系統為滿足EMC要求均採取這樣的方式，即單獨 的電源模塊需要滿足EMC的相關要求，並且要求有足夠的裕量，這樣，由 此模塊組成的系統可以在不加任何EMC措施或者僅加很小的EMI濾波板的 情況下即可滿足EMC。然而隨著業界電源模塊功率密度的不斷升高，成本 的降低，新的設計方案和新拓撲的引入(如LLC串聯諧振、無橋PFC (功 率因素校正)等)的原因，在單模塊級滿足EMC要求並且有足夠裕量的設 計難度越來越大，給新產品開發帶來很大的技術障礙。而克服這些障礙勢 必需要大幅度增加成本。圖1展示了現有的EMI濾波器的基本電路原理。 約佔整個模塊體積1/4的EMI濾波器嚴重製約電源模塊功率密度提高、成 本下降。如何有效的減小EMI濾波器的體積，降低EMI濾波器的成本，是 所有電源開發人員急需解決的重要課題。在這種情況下，出現了採取單獨 的電源模塊不滿足EMC要求，而在整個電源系統設計濾波器，來滿足EMC 要求的方案，此方案在EMC、安規技術認證方面是沒有問題的，其優點為
1、 單模塊內部由原來的三級或者兩級濾波變為一級濾波，減少了濾 波器體積，大大的提高了單模塊功率密度。
2、 由原來的每個電源模塊內部有濾波器變為系統整體濾波器，將多 個濾波器集中為一個，大大降低了EMI濾波器部分成本。
3、 避免了濾波器在電源模塊內部因近場效應而耦合到的幹擾，濾波 效果大大提高。
其缺點在於
1、共模電感磁芯在大的輸入電流產生的磁場偏置的影響下，初始磁 導率衰減非常嚴重，如圖2所示，磁滯曲線的斜率即為磁芯的初始磁導率， 在磁環一定的情況下，曲線是確定了的，初始磁導率隨著磁場H的增加迅速減小。
2、根據安培電流環路定理
H禮二N氺I (1)
共模電感的感量為
L=AL*N (2) AL=K *S/1 (3)
由以上算式可以看到，希望得到較好的EMI濾波效果，則需要較大的 共模電感感量L，由公式(2)得到這需要增加共模電感的圈數N，但當N 增加後，磁芯環路的磁場H就變大，由上圖知當H增大後磁芯的初始磁導 率p0將迅速減小，並趨向飽和，此時AL迅速減小，L迅速減小，所以推 出在一定的輸入電流和共模電感磁芯確定的情況下，共模電感實際工作時 (加電流情況下)感量是不能太大的，不然可能因為圈數N多，磁場H太 大(由公式(1)得)，造成pO衰減嚴重甚至飽和。
解決這個問題並得到較大的共模電感感量， 一般有兩種方法
1、 用不易飽和的非晶磁環。
2、 用橫截面積很大的磁芯。
方法l效果較好，但成本太高，非晶磁環成本至少為錳芯磁環的5倍 以上。方法2將會嚴重影響濾波器體積(特別是高度方向)，而且使用大體 積錳芯磁環成本也將大幅度增加。

發明內容
本發明的主要目的就是解決現有技術中的問題，提供一種成本低、濾 波效果好且體積較小的EMI濾波器。
本發明的另一目的是提供一種採用上述EMI濾波器的開關電源。 為實現上述目的，本發明採用以下技術方案
一種EMI濾波器,其特徵在於，包括至少兩個並聯連接的共模電感。 優選地，所述共模電感為兩個。 優選地，所述共模電感的感量相等。
一種開關電源，包括交流濾波器、整流電路、DC/DC (直流/直流)變 換器和直流濾波器其特徵在於，所述交流濾波器和/或直流濾波器為所述的 EMI濾波器。
本發明有益的技術效果在於
1、多個共模電感並聯連接，各共模電感上的電流較傳統單共模電感 的電流大為減小，大大地降低了共模電感磁芯內部磁場強度，從而可以得到較高的初始磁導率，故不必採用橫截面積很大的磁芯來防止磁芯飽和也 能得到較大的共模電感感量。
2、 由於共模電感的電流減小，所以可以適當增加共模電感的線圈圈 數來得到較高的感量，從而達到較好的濾波效果。
3、 由於多個共模電感可分別採用橫截面積小的小磁環，因此有利於 充分利用濾波器空間，比起使用單個的大磁環共模電感的濾波器，本發明 能使濾波器結構緊湊，保持較小高度。


圖1為現有EMI濾波器的電路原理圖； 圖2為共模電感磁芯的磁滯曲線特性圖； 圖3為本發明EMI濾波器一種實施例的電路原理圖。 圖4為本發明EMI濾波器又一種實施例的電路原理圖。 本發明的特徵及優點將通過實施例結合附圖進行詳細說明。
具體實施例方式
圖3展示的EMI濾波器為一級濾波結構，在濾波器的LISN (線路阻抗 穩定網絡)埠和配電電源埠之間依次接有X電容X2，並聯連接的第一 共模電感L1和第二共模電感L2，兩個Y電容Y2-1、 Y2-2， X電容跨接在 LISN埠上，而兩個Y電容Y2-1、 Y2-2串聯後跨接在配電電源埠上。 第一共模電感Ll和第二共模電感L2優選取相等的感量。
第一共模電感Ll和第二共模電感L2並聯連接，各自流過的電流較傳 統的單電感設置方式大為減小，大大地降低了共模電感磁芯內部磁場強度 H，從而可以得到較高的初始磁導率p0，故不必採用橫截面積很大的磁芯 來防止磁芯飽和也能得到較大的感量L。
由於共模電感的電流減小，所以共模電感可以適當增加線圈圈數N來 得到較高的感量，從而達到較好的濾波效果。
由於多個共模電感可分別採用橫截面積小的小磁環，因此有利於充分 利用濾波器空間，比起使用單個的大磁環共模電感的濾波器，本發明能使 濾波器結構緊湊，保持較小高度。
根據實際應用場合的具體情況，還可以採用三個或更多個共模電感並 接的方案。圖4展示了本發明EMI濾波器又一種實施例，與前一實施例的 區別僅在於濾波器中增加了與第一共模電感Ll、第二共模電感L2並聯連 接的第三共模電感L3，其所獲得的效果與前一實施例類似。
現有EMI濾波器中的共模電感多為兩級串聯使用，不採用並聯使用的方式,主要是考慮到電感並聯後其感量會減小，濾波效果變差，但在通信電 源系統集成濾波器這種特定場合下，本發明採用將共模電感並聯方案可以 達到非常好的效果。
根據本發明，多個共模電感並聯連接，但X電容和Y電容可不用並接， 這樣能夠節省X電容、Y電容數目，進而節省了成本。
本發明的另一方面還提供一種通信系統開關電源， 一個實施例包括順 次連接的交流濾波器、整流電路、DC/DC變換器和直流濾波器，交流濾波 器和/或直流濾波器可採用前述的EMI濾波器。
以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說 明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。例如，並接的共模電 感可以為兩個，還可以是更多個。對於本發明所屬技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換， 都應當視為屬於本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種EMI濾波器，其特徵在於，包括至少兩個並聯連接的共模電感。
2. 如權利要求1所述的EMI濾波器，其特徵在於，所述共模電感為 兩個。
3. 如權利要求1所述的EMI濾波器，其特徵在於，所述共模電感的 感量相等。
4. 一種開關電源，包括交流濾波器、整流電路、DC/DC變換器和 直流濾波器其特徵在於，所述交流濾波器和/或直流濾波器為根據權利要求 1至3任意一項所述的EMI濾波器。
全文摘要
本發明公開了一種EMI濾波器，包括至少兩個並聯連接的共模電感。本發明還公開了一種開關電源，包括交流濾波器、整流電路、DC/DC變換器和直流濾波器，交流濾波器和/或直流濾波器採用該EMI濾波器。多個共模電感並聯連接，各共模電感上電流大為減小，降低了共模電感磁芯內部磁場強度，因此不必採用橫截面積很大的磁芯來防止磁芯飽和，還可以適當增加共模電感的線圈圈數來得到較高的感量，從而達到較好的濾波效果；多個共模電感可分別採用橫截面積小的小磁環，因此有利於充分利用濾波器空間，比起使用單個的大磁環共模電感的濾波器，本發明能使濾波器結構緊湊，保持較小高度。
文檔編號H03H7/09GK101409136SQ200810142508
公開日2009年4月15日 申請日期2008年7月24日 優先權日2008年7月24日
發明者王德臣 申請人:艾默生網絡能源有限公司