單極性開(kāi)關(guān)電源續(xù)流降噪及其參數(shù)計(jì)算方法
【專利摘要】本發(fā)明單極性開(kāi)關(guān)電源續(xù)流降噪及其參數(shù)計(jì)算方法以降低單極性開(kāi)關(guān)電源的電磁噪聲為目標(biāo)，從降低開(kāi)關(guān)電源電磁噪聲激發(fā)能量上著手，采用正、反激勵(lì)共用方式，通過(guò)濾波電感與變壓器的同步續(xù)流，抑制激勵(lì)脈沖關(guān)閉瞬間加在開(kāi)關(guān)器件上電流、電壓躍變量，減緩其變化速度，使得開(kāi)關(guān)器件平穩(wěn)地實(shí)現(xiàn)開(kāi)與關(guān)的轉(zhuǎn)換，有效防止了開(kāi)與關(guān)快速轉(zhuǎn)換所造成的振鈴現(xiàn)象。如果配合單極性開(kāi)關(guān)電源準(zhǔn)諧振工作方式，可以全面地抑制開(kāi)關(guān)噪聲電壓，所設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)電源樣品輸出口差模噪聲電壓可以達(dá)到2mV以下。
【專利說(shuō)明】單極性開(kāi)關(guān)電源續(xù)流降噪及其參數(shù)計(jì)算方法
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【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的內(nèi)容屬于電磁兼容技術(shù)(EMC)和低壓供電【技術(shù)領(lǐng)域】，是一種通過(guò)單極性正反激勵(lì)型開(kāi)關(guān)電源輸出濾波電感器給變壓器續(xù)流的措施，降低電源開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)噪聲，是電磁干擾(EMI)抑制技術(shù)在開(kāi)關(guān)電源中的體現(xiàn)，與開(kāi)關(guān)電源制造技術(shù)密切相關(guān)。

二.【背景技術(shù)】
[0002]目前，開(kāi)關(guān)電源已經(jīng)成為電子設(shè)備的主要供電裝置，已經(jīng)普及到各個(gè)電子設(shè)備制造領(lǐng)域。開(kāi)頭電源突出的弊端是電磁干擾大，可以說(shuō)電子設(shè)備中開(kāi)關(guān)電源仍處于電磁干擾(EMI)較為突出的位置，因而在許多對(duì)干擾敏感的場(chǎng)合還是受到了較多限制。對(duì)于電磁干擾能量的衡量通常用訊擾電平來(lái)描述，它包括差模噪聲電壓和共模噪聲電平。隨著器件工作速度的不斷提高，電磁干擾的問(wèn)題更加需要解決。為了降低開(kāi)關(guān)電源輸出電壓中的噪聲電壓成分，技術(shù)人員研究出了許多措施，如濾波法、短路環(huán)抑制輻射法、鐵質(zhì)機(jī)箱屏蔽法、平滑電感消振法、在器件特性上進(jìn)行改善、諧振法、采用合適的線路布局等。其中諧振式開(kāi)關(guān)電源實(shí)現(xiàn)了從硬開(kāi)關(guān)電源向軟開(kāi)關(guān)電源，是新的一個(gè)發(fā)展方向，其EMI指標(biāo)有了較大提高。但多數(shù)軟開(kāi)關(guān)電源只是有效降低激勵(lì)管的開(kāi)通噪聲電壓等，其關(guān)閉噪聲電壓仍然較大，小功率開(kāi)關(guān)電源的噪聲電壓一般在近百毫伏附近，最終效果與線性電源相比仍然存在較大差距。
[0003]根據(jù)開(kāi)關(guān)電源的能量耦合方式可以分為二類:反激勵(lì)式開(kāi)關(guān)電源和正激勵(lì)式開(kāi)關(guān)電源。在反激勵(lì)式開(kāi)關(guān)電源中，作能量耦合的電磁轉(zhuǎn)換裝置稱為耦合電感，在正激勵(lì)工開(kāi)關(guān)電源中，作能量耦合的電磁轉(zhuǎn)換裝置稱為變壓器。實(shí)際上，變壓器和耦合電感在結(jié)構(gòu)上完全一致，只是他們的繞組匝數(shù)和工作方式上有所不同，所以在本發(fā)明中統(tǒng)稱他們?yōu)殚_(kāi)關(guān)電源變壓器，即以下所稱的開(kāi)關(guān)電源變壓器也包括耦合電感。開(kāi)關(guān)電源變壓器的輸入輸出端口電路是產(chǎn)生電磁噪聲的主要部位，變壓器成了傳導(dǎo)和激發(fā)噪聲的重要途徑，開(kāi)關(guān)器件的電壓電流躍變量是產(chǎn)生電磁噪聲的根源。因此，平滑開(kāi)關(guān)電源變壓器可能激發(fā)的躍變量是關(guān)鍵所在。
[0004]對(duì)于單極性開(kāi)關(guān)電源，只使用一個(gè)激勵(lì)管，變壓器只獲得單方向的激勵(lì)磁場(chǎng)。有的只單一采用反激勵(lì)方式，其輸出功率較小，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，開(kāi)關(guān)噪聲往往比較大，實(shí)際上是難以克服。有的采用正反激勵(lì)共用方式，其輸出功率比單一反激勵(lì)的電源要大一些，應(yīng)用面較廣，開(kāi)關(guān)噪聲問(wèn)題也于是一步抑制。目前單極性開(kāi)關(guān)電源抑制開(kāi)關(guān)噪聲的最好技術(shù)手段是采用準(zhǔn)諧振工作方式，能這夠很好地消除激勵(lì)管和正激勵(lì)整流管的開(kāi)通噪聲、反激勵(lì)整流管的關(guān)閉噪聲等，但不能解決激勵(lì)管和正激勵(lì)整流管的關(guān)閉噪聲、反激勵(lì)整流管的開(kāi)通噪聲抑制等問(wèn)題。本發(fā)明是對(duì)準(zhǔn)諧振開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的一種補(bǔ)充，重點(diǎn)抑制激勵(lì)管和正激勵(lì)整流管的關(guān)閉噪聲、反激勵(lì)整流管的開(kāi)通噪聲等。
[0005]本發(fā)明所涉及的電磁噪聲抑制技術(shù)是眾多抑制技術(shù)中的一類，適用于單極性正反激勵(lì)共用方式的開(kāi)關(guān)電源，結(jié)合準(zhǔn)諧振工作方式等，可以比較完善地降低開(kāi)關(guān)電源的電磁噪聲，使開(kāi)關(guān)電源的EMI指標(biāo)提高到一個(gè)領(lǐng)先的水平，其應(yīng)用不再受電磁干擾問(wèn)題的制約。因此，本發(fā)明所涉及的方法必定會(huì)有一個(gè)很好的應(yīng)用前景。

三.
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明單極性開(kāi)關(guān)電源續(xù)流降噪及其參數(shù)計(jì)算方法能夠有效降低開(kāi)關(guān)電源的電磁噪聲，從技術(shù)層面上看，具有以下特征:
[0007]正反激勵(lì)共同輸出電壓，利用濾波電感的續(xù)電流和變壓器的續(xù)電流相結(jié)合，開(kāi)關(guān)電源變壓器中設(shè)置正激勵(lì)和反激勵(lì)兩組成對(duì)輸出繞組(副邊繞組)，兩者順向串聯(lián)成共地結(jié)構(gòu)，兩端各自連接整流器，正激勵(lì)整流器之后通過(guò)濾波電感再與反激勵(lì)整流器出端連接，接至濾波電容，并且將正激勵(lì)濾波電感的續(xù)流二極管接入反激勵(lì)輸出繞組的中間抽頭，如附圖1所示。變壓器原邊的反激勵(lì)電壓略高于電源輸入的線電壓，正激勵(lì)輸出繞組的匝數(shù)多于反激勵(lì)輸出繞組，正激勵(lì)輸出電壓遠(yuǎn)高于反激勵(lì)輸出電壓，反激勵(lì)繞組的中間抽頭匝比數(shù)依據(jù)濾波電感平滑續(xù)流匝比條件計(jì)算確定。這樣處理使得正激勵(lì)濾波電感的續(xù)電流通過(guò)其續(xù)流二極管流經(jīng)變壓器反激勵(lì)輸出繞組的一部分，由此在正激勵(lì)向反激勵(lì)轉(zhuǎn)換初期維持變壓器磁芯中的激勵(lì)磁場(chǎng)存在，一方面平滑變壓器反激勵(lì)電壓的上升率，另一方面引導(dǎo)變壓器儲(chǔ)能向輸出口釋放，同時(shí)保證正激勵(lì)濾波電感始終有一個(gè)儲(chǔ)能釋放電壓，以快速釋放其自身儲(chǔ)能。附圖1中用場(chǎng)效應(yīng)管作為激勵(lì)管僅是一個(gè)例子，也可以采用其它的功率器件，如IGBT元件等。濾波電感平滑續(xù)流匝比條件如下式所示:
[0008]

【權(quán)利要求】
1.一種單極性開(kāi)關(guān)電源續(xù)流降噪及其參數(shù)計(jì)算方法，其特征是:正反激勵(lì)共同輸出電壓，利用濾波電感的續(xù)電流和變壓器的續(xù)電流相結(jié)合，開(kāi)關(guān)電源變壓器中設(shè)置正激勵(lì)和反激勵(lì)兩組成對(duì)輸出繞組(副邊繞組)，兩者順向串聯(lián)成共地結(jié)構(gòu)，兩端各自連接整流器，正激勵(lì)整流器之后通過(guò)濾波電感再與反激勵(lì)整流器出端連接，接至濾波電容，并且將正激勵(lì)濾波電感的續(xù)流二極管接入反激勵(lì)輸出繞組的中間抽頭；變壓器原邊的反激勵(lì)電壓略高于電源輸入的線電壓，正激勵(lì)輸出繞組的匝數(shù)多于反激勵(lì)輸出繞組，正激勵(lì)輸出電壓遠(yuǎn)高于反激勵(lì)輸出電壓，反激勵(lì)繞組的中間抽頭匝比數(shù)依據(jù)濾波電感平滑續(xù)流匝比條件計(jì)算確定；正激勵(lì)濾波電感的續(xù)電流通過(guò)其續(xù)流二極管流經(jīng)變壓器反激勵(lì)輸出繞組的一部分，由此在正激勵(lì)向反激勵(lì)轉(zhuǎn)換初期維持變壓器磁芯中的激勵(lì)磁場(chǎng)存在，平滑變壓器反激勵(lì)電壓的上升率；濾波電感平滑續(xù)流匝比條件如下式所示:
其中Nfi是變壓器反激勵(lì)繞組中間抽頭與公共地線之間的匝數(shù)，Nf是開(kāi)關(guān)電源變壓器反激勵(lì)輸出繞組的匝數(shù)，Uf是變壓器反激勵(lì)繞組輸出的反激勵(lì)電壓，Uz是變壓器正激勵(lì)繞組輸出的正激勵(lì)電壓 。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單極性開(kāi)關(guān)電源續(xù)流降噪及其參數(shù)計(jì)算方法，其特征是采用磁耦合隔離式開(kāi)關(guān)電源變壓器，其付邊至少繞制有兩組匝數(shù)不等的線圈，分別用作正、反激勵(lì)電壓輸出，且正激勵(lì)輸出電壓大于反激勵(lì)輸出電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單極性開(kāi)關(guān)電源續(xù)流降噪及其參數(shù)計(jì)算方法，其特征是變壓器輸出連接兩個(gè)獨(dú)立的正、反激勵(lì)整流電路，正激勵(lì)濾波電感配續(xù)流二極管，接入反激勵(lì)繞組的中間抽頭，正激勵(lì)電流通過(guò)濾波電感輸出至濾波電容，反激勵(lì)電流直接送至濾波電容，形成不對(duì)稱電路結(jié)構(gòu)，他們共用濾波電容。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單極性開(kāi)關(guān)電源續(xù)流降噪及其參數(shù)計(jì)算方法，其特征是明確反激勵(lì)繞組的中間抽頭匝比數(shù)據(jù)的濾波電感平滑續(xù)流匝比條件為
【文檔編號(hào)】H02M1/44GK104052256SQ201310083964
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2013年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月12日
【發(fā)明者】陳庭勛 申請(qǐng)人:浙江海洋學(xué)院, 陳庭勛