[实用新型]低噪声的无桥单极隔离变换器

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明的目的是，降低无桥单极隔离变换器的EMI噪声，同时实现PFC功能。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。用于本发明的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，本发明包括：储能电感(L1a、L1b)、续流二极管(D1、D2)、用于降低噪声的电容(C1、C2)、储能电容(C5)、功率开关(M1、M2)构成无桥PFC(功率因数校正)。

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EMI噪声。

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。

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，使本发明实用化。

附图说明

图1：现有技术1

图2：现有技术2

图3：本发明第一实施例电路图

图4：工作状态1

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：C1、C2为1n时，谐振的隔离变换器  多点波形

图10：C1、C2为20n时，谐振的隔离变换器  多点波形

图11：本发明第二实施例电路图

具体实施方式

图3本发明第一实施例，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。L1a、L1b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。T1a、T1b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。M1、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。C0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：L1a、L1b的一端连接输入的交流电AC。电容C1与二极管D1并联，电容C2与二极管D2并联，二极管D1、D2串联，中点连接电感L1a的另一端。开关管M1、M2串联，中点连接电感L1b的另一端。D1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T1串联，最后联接到C5的两端。变压器T1的副边绕组T1b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：