一种降低电源模块的潜布电容值的方法技术

本发明专利技术公开并提供了一种降低电源模块的潜布电容值的方法，该方法采用纵波的方式，并且在换能器初次级之间加入声窗材料，将潜布电容下降到常规模块的0.1％以下，有效地阻断了空间干扰信号的耦合。本发明专利技术包括如下步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种降低电源模块的潜布电容值的方法


[0001]本专利技术涉及一种电源技术，主要应用于对电源EMC要求严格的设备中的模块供电技术,特别涉及一种降低电源模块的潜布电容值的方法。

技术介绍

[0002]目前市场主流的电源模块中，其技术关注点主要集中在电源输出端的纹波、噪声及负载调整率以及输出电压稳定性等常规指标上，但却几乎所有流通的电源模块，都忽略了一个在抗干扰要求极严格的情况下的一个性能指标——潜布电容，造成这类电源模块使用在微信号处理电路中时，即使纹波、噪声等各项参数都极为优秀的情况下，仍然发现实际使用时产生大量的干扰情况，引入干扰一度成为医疗设备设计、军事监听设备、科研教学设备等难题。
[0003]另外常规电源模块造成潜布电容大的原因，一个原因是因为内部变压器初级与次级之间相距太近，比如公开号为CN115020076A，其公开了一种效率高的多绕组电感及电源模块，虽然能量耦合紧密，能获得较好的功率电气性能，但却降低了EMC性能。目前常规电源模块一般采用三明治绕法或叫千层饼绕法，这种绕法的潜布电容为nF级，从1nF到十数nF不等。另一个原因是在电源电路PCB上，电路交叉布局，一定程度上增加了输入与输出电路之间的寄生电容。还有因为EMI需求，加入了Y电容，进一步等于在初、次级并联了一个电容，进一步加大，形成了常规模块的设计死角。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种降低电源模块的潜布电容值的方法，使用了纵波换能的方式，并且在换能器初次级之间加入声窗材料，将潜布电容下降到常规模块的0.1％以下，有效地阻断了空间干扰信号的耦合。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是：一种降低电源模块的潜布电容值的方法，该方法中的所述电源模块包括输入电路1和输出电路2，该方法包括如下步骤：
[0006]①
在所述输入电路1的输出端连接用于将电能转化为机械能的发射器3；
[0007]②
在所述输出电路2的输入端连接用于将机械能转化为电能的接收器4；
[0008]③
将所述发射器3的发射端正对所述接收器4的接收端；
[0009]④
在所述发射器3的发射端与所述接收器4的接收端之间设置硅胶片5，所述发射器3的紧贴在发射端所述硅胶片5的一侧，所述接收器4的接收端紧贴在发射端所述硅胶片5的另一侧；
[0010]⑤
所述输入电路1的输入端接入外部电源，所述发射器3发出机械波，所述机械波以纵波的方式通过所述硅胶片5后传递至所述接收器4；所述接收器4接收到机械波后将机械能转化为电能，为所述输出电路2输出端连接的负载提供电能。
[0011]进一步，所述输入电路1为输入驱动电路。
[0012]进一步，所述输出电路2为输出整流稳压电路。
[0013]进一步，所述发射器3、所述硅胶片5、所述接收器4构成一个换能单元6。
[0014]进一步，所述发射器3为输入陶瓷换能器，所述接收器4为输出陶瓷换能器。
[0015]进一步，所述硅胶片5采用硅胶声窗材料。
[0016]进一步，将所述输入电路1、所述输出电路2、所述发射器3、所述接收器4、所述硅胶片5均封装在壳体7内。
[0017]进一步，所述发射器3和所述接收器4之间的距离满足寄生电容的需求。
[0018]进一步，所述发射器3和所述接收器4的工作频率相同。
[0019]进一步，所述发射器3、所述接收器4、所述硅胶片5三者一体成型。
[0020]本专利技术的有益效果是：由于本专利技术采用纵波换能的设计方式，并且在换能器初次级之间加入声窗材料，将电源模块的潜布电容值下降到常规模块的0.1％以下，有效地阻断了空间干扰信号的耦合。
附图说明
[0021]图1是本专利技术的流程图；
[0022]图2是低潜布电容电源模块的示意图；
[0023]图3是本专利技术的输入驱动电路的原理图；
[0024]图4是PIN端OUTA和OUTB交替输出导通脉冲信号的示意图；
[0025]图5是输出陶瓷换能器Y2内部形成的电流波形图；
[0026]图6是本专利技术的输出整流稳压电路原理图。
具体实施方式
[0027]在本实施例中，要提升电源模块的EMS性能，就要将模块的潜布电容降下来，同时要保证电源模块的转换效率。而降低潜布电容最有效的做法，是拉大输入电路与输出电路之间的距离；常规磁芯或空芯变压器隔离转换的电源模块这样做会带来一系列的其他问题，如空芯变压器，其磁场强度与距离的平方成反比，哪怕拉大一小点距离，功率也会大大下降，各交调参数也会受到很大影响，这就限制了距离的进一步拉开，距离近造成基本无法大幅度的降低输入、输出电路之间的电容容量。
[0028]因上述原因，主流的电磁传能的方式并不适合设计低潜布电容的电源模块，因此，本专利技术采取了另一种能量转换的方式，用压电陶瓷作为能量转换材料，用机械振动的传输输入电路与输出电路之间的能量。具体实现方式是这样的：电源模块输入电路通过压电陶瓷将电能转化为机械能，然后通过振动耦合材料声窗，将机械能传递到电源模块的输出电路，输出电路通过压电陶瓷，将机械能再转化为电能。
[0029]为了达到更好的效果，并且拉开输入电路与输出电路之间的距离，目前在陶瓷变压器中流行的一体式也叫薄片式设计，就无法采用了，本专利技术采用了用两片压电陶瓷，中间用声窗介质的方式，将中间距离拉到满足高性能EMS参数的位置。根据电容容量公式式中C为电容容量，ε介电常数，S为压电陶瓷面积，d为输入压电陶瓷与输出压电陶瓷之间的距离即声窗厚度。
[0030]第二个要解决的问题，是声窗材料，这部分的材料选型至关重要，与效率、功率、体
积等有着密不可分的关系。材料在传输过程中不能有过大的损耗，又能方便在两边紧贴压电陶瓷换能器。根据多种材料的反复验证，本专利技术采用的是超声硅胶材料，其机械能传导功率大，损耗小、介电常数低仅为1.6，因此大量用在医用B超的声透镜上。
[0031]那么，设计一款功率为10W的电源模块，用现在的国产压电陶瓷烧结工艺，其压电陶瓷的面积约为1.2cm2/厚度0.18cm，优秀的模块的潜布电容应该<3pF，根据公式算出声窗最低厚度应该为：非常有利于模块的小型化设计。
[0032]具体实施如下：
[0033]参看图2，图2是本专利技术的方案示意图，图中1为输入驱动电路，2为输出整流稳压电路，3为输入陶瓷换能器Y1，4为输出陶瓷换能器Y2，5为硅胶声窗材料，6为陶瓷换能组件，7为模块外壳。
[0034]输入驱动电路1是由电子元件组成的斩波转换电路，其主要功能是是将直流电变成特定频率的交流电，用来驱动压电陶瓷换能器工作。同时，根据输出负载的需求，调整输出功率的大小，使模块输出电压保持在稳定值。所述输入驱动电路1包括驱动芯片U1、第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、光电三极管P2、自举电容C、削肩电感L；所述第一MOS管Q1的栅极和所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种降低电源模块的潜布电容值的方法，该方法中的所述电源模块包括输入电路(1)和输出电路(2)，其特征在于：该方法包括如下步骤：
①
在所述输入电路(1)的输出端连接用于将电能转化为机械能的发射器(3)；
②
在所述输出电路(2)的输入端连接用于将机械能转化为电能的接收器(4)；
③
将所述发射器(3)的发射端正对所述接收器(4)的接收端；
④
在所述发射器(3)的发射端与所述接收器(4)的接收端之间设置硅胶片(5)，所述发射器(3)的紧贴在发射端所述硅胶片(5)的一侧，所述接收器(4)的接收端紧贴在发射端所述硅胶片(5)的另一侧；
⑤
所述输入电路(1)的输入端接入外部电源，所述发射器(3)发出机械波，所述机械波以纵波的方式通过所述硅胶片(5)后传递至所述接收器(4)；所述接收器(4)接收到机械波后将机械能转化为电能，为所述输出电路(2)输出端连接的负载提供电能。2.根据权利要求1所述的一种降低电源模块的潜布电容值的方法，其特征在于：所述输入电路(1)为输入驱动电路。3.根据权利要求1所述的一种降低电源模块的潜布电容值的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：李亚美，
申请(专利权)人：李亚美，
类型：发明
国别省市：