低噪声的无桥单极隔离变换器制造技术

本实用新型专利技术是一种低噪声的无桥单极隔离变换器，这种隔离变换器包括：储能电感（Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ）、续流二极管（Ｄ１、Ｄ２）、用于降低噪声的电容（Ｃ１、Ｃ２）、功率开关（Ｍ１、Ｍ２）、谐振电容（Ｃ６）、储能电容（Ｃ５）、隔离变压器（Ｔ１）、及输出的整流滤波器件。其特点是：电容Ｃ１和续流二极管Ｄ１并联，电容Ｃ２和续流二极管Ｄ２并联，Ｃ１、Ｃ２降低了Ｄ１、Ｄ２的电压变化率，从而降低噪声；隔离变换器工作在谐振状态下，恰好弥补了无桥ＰＦＣ的不足，即谐振电流降低了Ｍ１、Ｍ２的电压变化率和电流变化率，降低了Ｍ１、Ｍ２的开关噪声，从而使整体电路做到低噪声。上述两个特点均从根源上降低了ＥＭＩ，使本实用新型专利技术实用化。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于降低无桥单级隔离变换器EMI (电磁干扰)噪声的方法。无桥单级变换器的意义是无输入整流桥，完成现有技术的整流功能，同时完成PFC (功率因数校正)和隔离变换电压的功能。
技术介绍
近年来，出现了结构较简单、成本低、功率密度高的无桥单极功率因数校正(PFC)隔离变换器，它可同时实现对输入电流波形的校正和对输 出电压的调整。这种变换器中无桥PFC电路具有简单的电路结构以及较高 的效率，但是电路却有严重的EMI噪声。目前这一噪声问题还无法解决， 使无桥单极PFC隔离变换器只是停留在研究阶段，还无法工业化。再加上 隔离变换器产生的EMI噪声，使整个方案无法实用。更传统的带有功率因数校正的隔离变换器多是两级方案， 一般使用两 个控制器， 一个用来控制储能电容上的电压和输入电流，使之成正弦波， 另一个用来控制隔离变换器的输出电压，使之保持恒定。这种变换器具有 很高的功率因数和很好的输出特性，但结构复杂，成本高，并且，功率经 过两次处理，功率密度低。现有技术1为中国专利200510134317.5公开的一种降低无桥PFC的 EMI噪声的方法，参见图1。这种方法以高频旁路的方式工作，能够减少 一部分进入AC电源的干扰。但并未从根源上面处理EMI问题，即没有处 理快速的电压及电流变化。现有技术2是一种简洁的变换方式，参见图2。但是电路没有应对快 速的电压和电流变化的策略，使电路具有较大的EMI噪声，还未达到实用 水平。
技术实现思路
本专利技术的目的是，降低无桥单极隔离变换器的EMI噪声，同时实现 PFC功會g。解决EMI噪声问题最根本的方法是降低电压变化和电流变化的 速度。用于本专利技术的EMI降噪电路使用了额外的谐振电容，同时利用隔离 变换器的谐振状态，去降低无桥PFC的干扰，使整体电路做到低EMI噪声。 同时减少了开关的损耗，简化了设计，降低成本。为了实现上述目的，本专利技术包括储能电感(Lla、 Llb)、续流二极 管(Dl、 D2)、用于降低噪声的电容(Cl、 C2)、储能电容(C5)、功率开 关(Ml、 M2)构成无桥PFC (功率因数校正)。其特点是电容Cl和续流二极管Dl并联，电容C2和续流二极管D2 并联，Cl、 C2降低了D1、 D2的电压变化率，从而降低EMI噪声。复用的功率开关(Ml、 M2)，谐振电容(C6)、隔离变压器(Tl)、及 输出的整流滤波器件，构成隔离谐振变换器。其特点是令隔离变换器工作在谐振状态下，工作电流近似正弦波， 此正弦电流使M1、 M2零电压开通，降低了M1、 M2的电压变化率和电流 变化率，从而降低EMI噪声。上述两个特点均从根本上解决EMI噪声问题，使本专利技术实用化。附图说明图1:现有技术l图2:现有技术2图3:本专利技术第一实施例电路图图4:工作状态l图5:工作状态2图6:工作状态3图7:工作状态4图8:无C1、 C2，非谐振隔离变换器多点波形图9: Cl、 C2为ln时，谐振的隔离变换器多点波形 图10: Cl、 C2为20n时，谐振的隔离变换器多点波形 图lh本专利技术第二实施例电路图具体实施方式图3本专利技术第一实施例，左虚线框为无桥PFC部分，右虚线框为隔离 谐振变换器部分。2点和d点为电压波形V (D2: 2)和V (M2: d)的测 试点。Lla、 Llb可以是同一电感器的两个绕组，也可以是两个独立的电感 器。Tla、 Tlb是同一变压器的两个绕组。D7、 D8可以是外接的二极管， 也可以是M1、 M2的体二极管。Ml、 M2可以是Mos (场效应管)，也可 以是其它类型的功率器件，例如三极管等。CO提供各个工作过程的高频通 路。AC为输入交流电源。无桥PFC部分的连接方法为Lla、 Lib的一端连接输入的交流电AC。 电容Cl与二极管Dl并联，电容C2与二极管D2并联，二极管Dl、 D2串联，中点连接电感Lla的另一端。开关管M1、 M2串联，中点连接电感 Lib的另一端。Dl的阴极与M1的漏极相连，再连接C5的正极；D2的阳 极与M2的源极相连，再连接C5的负极。隔离谐振变换器的连接方法为谐振电容C6与谐振电感Lr串联，再 与变压器Tl串联，最后联接到C5的两端。变压器Tl的副边绕组Tlb联 接整流二极管，经过滤波电容后联接负载。如果负载不需整流或滤波，也 可省略此过程。图3至图6指出了关键的工作过程，下面是具体分析AC正半周时工作状态l，图4:此状态中M1导通，M2关断，AC通过电感Lla， Llb中的电流上升，完成电感储能。Ml导通时，电容C5通过Lla， Lib 向C2充电；同时C1通过D2对C5放电。充电和放电的周期为2n V (Lla+Llb) X (Cl+C2)。 因为Cl同Dl并联，C2同D2并 联，即D1、 D2的电压按C1、 C2的放电和充电的周期变化。因(Cl+C2) 的存在，使得Dl、 D2的电压变化率大大降低，由其引起的EMI噪声被大 大降低。工作状态2，图5:此状态中M1、 M2均关断。电感Lla， Lib的储能 通过D1、 D7向C5释放。工作状态3，图6:此状态中M1关断，M2导通，电感Lla， Lib的储 能通过D1、 M2向C5释放。电容C5在M2导通时，通过Lla， Lib向Cl 充电；同时C2通过D1对C5放电。充电和放电的周期为2n V (Lla+Llb) X (Cl+C2)。 因为Cl同Dl并联，C2同D2并联， 即Dl、 D2的电压按Cl、 C2的放电和充电的周期变化。结果是Dl、 D2的电压变化率降低。由其引起的EMI噪声被大大降低。工作状态4，图7:此状态中M1、 M2均关断。如果电感Lla， Lib的 储能没有完全释放，则继续通过D1、 D7向C5释放。可以看出，在工作状态1到工作状态4中，Cl、 C2存储的电能是在电 路中循环，理论上没有损耗。AC负半周时，工作过程与此类似。独立的谐振变换器的原理在许多文章里面均有论述。这里我们引用其 结论电路的工作电流接近正弦波，Ml、 M2工作在零电压导通模式。这 样的特点利用于PFC时，恰好解决了现有无桥PFC的技术难点，即降低了 Ml、 M2引起的EMI噪声。降低EMI噪声的原理为专业人员均了解，高的电压变化率和高的电流变化率会产生强EMI噪 声，低的电压变化率和低的电流变化率产生弱EMI噪声。谐振变换器的电流接近正弦形状，参见图91(Tla)和图10的I(Tla)， 不仅本身的干扰小，而且在M1， M2的驱动信号到来之前，此电流已经流 过M1或M2，使之工作于零电压导通模式，降低了M1、 M2在导通时的 电压变化率和电流变化率，降低了M1、 M2引起的EMI噪声。即谐振变换 器可以降低无桥PFC的EMI噪声。作为比较，图8 I (Tla)给出非谐振 状态的Tla电流。此时的电流无法使M1、 M2工作在零电压导通状态。图 91 (Tla)和图10的I (Tla)是谐振状态的电流波形，近似正弦波，其负 电流可使M1、 M2工作在零电压导通状态，从而降低EMI噪声。如果需要 进一步降低M1、 M2的干扰，可以在M1、 M2的漏极和源级各并联电容器 C3、 C4，此电容器可改变M1、 M2的电压变化率和电流变化率，进一步降 低EMI噪声。参见图ll，本专利技术第二实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低噪声无桥单级隔离变换器，其特征是：储能电感Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、续流二极管Ｄ１、Ｄ２、用于降低噪声的电容Ｃ１、Ｃ２、储能电容Ｃ５、功率开关Ｍ１、Ｍ２构成无桥ＰＦＣ功率因数校正，复用的功率开关Ｍ１、Ｍ２、谐振电容Ｃ６、隔离变压器Ｔ１、及输出的整流滤波器件构成隔离谐振变换器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马丽娟，
申请(专利权)人：马丽娟，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]