用于减小电源转换器中的噪声电流的装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于减少由电源转换器中共态电流产生的电磁干扰的装置。流经负载端高的寄生电容的共态电流通常极大地有助于电磁干扰。为了减小电磁干扰，通过减小驱动流经高寄生电容电流的电压来减小共态电流。一个中和电压源产生一个与该驱动共态电流的电压相位相反的电压。这个中和电压是借助于连接到电源转换器中磁性元件的一个绕组或者一个或多个有源元件获得的。该中和电压源与连接在转换器输入端和输出端的输入和输出之间的一个电容元件在需要输入和输出间电绝缘时串联连接。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电源转换器领域，尤其涉及减小由电源转换器产生的电磁干扰引起的噪声。
技术介绍
电源转换器是通过把来自电源的电力转换成适合负载需要的形式提供电力。例如，一个电源转换器能够从交流电源提供直流电力。一个可接受的商用可变电源转换器须要保证由其运作而产生的电磁干扰(EMI)不超过可接受的水平。当有很多装置产生EMI时，一个公知的EMI成分是共态噪声。一个开关电源转换器产生共态噪声是因为在有到地的低阻抗路径中进行开关操作。通常，由于共态电流流动引起的共态噪声构成开关电源转换器产生的电磁干扰(EMI)的重要部分。在开关电源转换器中，开关电路从输入端接受输入电力，然后经主变压器产生开关波形，如此产生的开关波形经过互绕(inter-winding)电容以及变压器的次级绕组耦合到次级。这个次级绕组馈送电力给整流电路，它再提供电能给负载。除了上述电力分配外，有一路径使共态电流产生共态噪声。开关操作产生噪声，它通过变压器互绕电容耦合到次级。通常，负载与地绝缘，但是它通过相当高的电容耦合到地。这个电容连同变压器互绕电容通过接通电路提供了共态电流流经电源阻抗的路径。任何流经检测到的电源阻抗的电流有助于传导的电磁干扰。该完整的共态电流路径使噪声源与互绕电容连在一起，互绕电容依次与电源阻抗和负载端的寄生电容形成一个完整的回路。减小开关电源转换器中的共态噪声是一个困难的问题。尤其对带有绝缘变压器的开关型电源转换器提出了更多的挑战。通常这种类型的电源转换器在初次级绕组间有紧密的耦合。这种紧密的耦合减少了感应的泄漏并改善了转换效率。但是这种紧密的耦合，即高的变压器耦合系数会增加初次级绕组间的互绕电容，从而增加从初级到次级负载的不希望的噪声耦合。尤其是，分别连接初级端和次级端两个“非开关”节点的旁路电容减少了共态电流。节点的选择一般是输入端的一个和次级共用节点。这就减少了通过负载与地间寄生电容耦合的共态电流。但是这种方法有它的局限性。安全标准要求避免使用高电容，因为它会增加初次级间的漏电流。在初次级绕组间设置一层称为“法拉第屏蔽”(Faraday shield)的屏蔽金属也可以减少共态电流。这个方法与旁路电容工作原理相同，并且为噪声电流提供另一条截止路径。它有效地提供了另一条与旁路电容器并联的电容路径。但是，这个屏蔽层使得变压器非常松散，并且减少了初次级绕组间的磁耦合，也就降低了变压器的效率，这是一个不希望的结果。还有另一种公知的方法是通过使用分立滤波元件进行无源滤波来拟制噪声。这种方法广泛使用，但由于附加元件使装置变大正变得越来越不希望采用了。在美国专利6137392中，Edward Herbert的专利技术使用两个或更多的串联连接变压器减少初次级绕组间的整体寄生电容。这种方法也要附加磁性元件和进行麻烦的磁性元件构造。而且理论上，这种方法也不能完全消除通过绝缘变压器耦合的噪声。
技术实现思路
本专利技术可以极大地减少由于共态电流流动而产生的不希望的共态噪声。本专利技术提供一种中和电压可以减少甚至消除共态电流。该中和电压源和与其串联连接的元件动态运作以吸收、旁路或消除由电源转换器操作而产生的噪声。本专利技术的一个实施例包括一个从由外部串联连接的无源元件进一步微调的主变压器中一组绕组获得的中和电压。特别是，这些串联元件包括保持变压器与次级绕组间电绝缘的电容器。此外，电压源与串联元件的组合可以方便地连接到初级和次级的“非开关”节点。本专利技术的另外一些实施例用一个缓冲放大器产生中和电压。这样的放大器感应串联连接元件的噪声电压，产生一个具有相同幅度的反相电压，以便减小经过该路径的噪声电压。在本专利技术的另一个实施例中，这种中和源是由放大元件和适当的反馈动态控制的。放大元件响应检测出产生的噪声提供中和信号来防止噪声电流经过外面的地耦合进来。此外，容易扩展本专利技术以减少由于非绝缘转换器而导致的电磁干扰。这样，本专利技术就可以不须进行单调枯燥的变压器构造、使用简单而少的元件换算方法减小噪声，仍然用公知的技术方便地制作变压器。而且，本专利技术采用的噪声减小方法不须精确地调节、困难地控制如变压器漏感等参数。通过以下结合附图对本专利技术的详细描述将使本专利技术的这些及其它方面对本领域的技术人员来讲变得更明显。附图说明图1是一个根据本专利技术的用于减小或消除共态噪声的相应于一个实施例的电路的示意图；图2是一个显示使用磁性耦合绕组以产生中和电压连接的实例的简化图；图3显示穿过现有技术电源转换器的初级和次级的噪声电压；图4图示相应于图3的噪声电压的共态电流；图5显示根据本专利技术的穿过具有减小共态电流的回扫转换器的初级和次级非开关节点的噪声电压；图6图示相应于图5的噪声电压的共态电流；图7是本专利技术使用放大电路产生中和电压的另一实施例；图8示出根据本专利技术的穿过具有减小共态电流的图7转换器的初级和次级非开关节点的噪声电压；图9图示相应于图8的噪声电压的减小的共态电流；图10图示根据本专利技术的另一实施例；图11图示根据本专利技术的另一实施例；和图12示出根据本专利技术的另一实施例。具体实施例方式为了减小或消除流过寄生电容的共态电流，本专利技术包括一个与一个阻抗和与驱动共态电流的噪声产生源串联的中和电压源。结果，以与中和电压源的大小和没有中和电压源时该串联阻抗上的电压之间的差成反比例的方式减小该串联阻抗的有效阻抗。换句话说，中和电压的作用就像一个“阻抗降低器”。产生的噪声电压的降低对噪声源电流提供了一个有效的旁路。这个旁路措施比起只用一个旁路电容来更有效地、动态地吸收噪声电流。换句话说，该方法在为降低噪声提供大而有效的旁路电容的同时提供了一个有效的小值旁路电容器。图1图示了上述设置。输入节点2到地6有一个输入阻抗4。输出节点8与地间有一个寄生电容10。由于噪声源14连接到串联电容16，寄生电容10允许共态电流12流过。这个共态电流通过一并联支路经其串联阻抗18分流减小，再由中和电压源20进一步降低。图2示出了本专利技术的一个提供中和电压以减小共态电流的实施例。如图所示，变压器40包括绕组36和38以及不可避免存在的互绕电容42，提供电源给包含如二极管50、连接到节点32并跨在负载30上的输出电容34的整流器。绝缘的器件64感应负载30上的电压用于提供一个反馈信号给开关控制器62，该控制器用于经由开关66调节输出电压。此外，图2还示出了由跨在分压元件48和50(共同用作一个无源分压器调节中和电压)上的绕组46提供的中和电压。调节的中和电压通过降低串联元件54上的电压减小流经串联元件54的共态电流12。换句话说，在图2中产生的中和电压减小了节点2和8之间的电位差，从而减小了流到地的共态电流12。对于本领域的普通技术人员来说很明显，不需要只由绕组46提供中和电压。用于提供中和电压的其他装置也属于本专利技术的范围。因此，由虚线围成的框44中所示的元件可以由一个中和电压V和一个串联的保证输入和输出间电绝缘的阻抗Z1构成的电压源取代。理论上，要消除共态电流，需要V＝I×Z1等式1其中，I是通过阻抗Z1的共态电流。没有共态电流流过负载和地之间的寄生电容10。这意味着耦合的噪声可以完全被旁路掉，包括由互绕寄生电容耦合通过的噪声。实际上，因为调节V和Z1过程中的误差，节点2和8之间的噪声电压不可能完全去除。不过，与共知的方法比较，至少可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种共态噪声减小装置，用于在具有至少一个输入端和至少一个输出端的开关电源转换器中减小共态噪声，所述共态噪声减小装置包括： 用于感应一个相应于一个连接到所述开关电源转换器的所述至少一个输出端的输出节点和一个连接到所述开关电源转换器的所述至少一个输入端的输入节点之间电位差的信号电位差的装置； 响应所述信号电位差产生一个中和电压的一个电压产生源，其中，电压产生源连接到一个节点上，使得所述中和电压减小连接到所述开关电源转换器的至少一个输出端的输出节点和连接到所述开关电源转换器的至少一个输入端的输入节点之间的电位差；和 连接到在通过至少一个电容器连接所述至少一个输入端和所述至少一个输出端的路径中的所述电压产生源的一个串联阻抗。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：廖柱帮，潘毅杰，庞敏熙，
申请(专利权)人：香港大学，
类型：发明
国别省市：HK[中国|香港]