一种滤波装置、电源及其滤波方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 110601516 A(43)申请公布日 2019.12.20

(21)申请号 201910848966.3(22)申请日 2019.09.09

(71)申请人 珠海格力电器股份有限公司

地址 519070 广东省珠海市前山金鸡西路(72)发明人 曾颖宇　万今明　黄强　谭建明　

肖彪　梁思逴　孙家文　王攀　(74)专利代理机构 北京煦润律师事务所 11522

代理人 朱清娟　梁永芳(51)Int.Cl.

H02M 1/12(2006.01)H02M 1/44(2007.01)H02M 1/42(2007.01)

权利要求书1页 说明书6页 附图4页

(54)发明名称

电源及其滤波方法一种滤波装置、

(57)摘要

本发明公开了一种滤波装置、电源及其滤波方法，该装置包括：X电容、共模扼流圈和PFC电感；所述X电容和所述共模扼流圈形成滤波电路，电源的电源线经该滤波电路后，通过电源的整流桥进入PFC电感；其中，所述X电容的布置方向，与所述共模扼流圈的漏磁磁通方向平行或垂直；所述共模扼流圈，沿所述PFC电感的漏磁通范围的下限的耦合方向布置。本发明的方案，可以解决磁性器件间的近场耦合效应导致滤波器的衰减性能变差的问题，达到提升滤波器的衰减性能的效果。

CN 110601516 ACN 110601516 A

权　利　要　求　书

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1.一种滤波装置，其特征在于，包括：X电容、共模扼流圈和PFC电感；所述X电容和所述共模扼流圈形成滤波电路，电源的电源线经该滤波电路后，通过电源的整流桥进入PFC电感；其中，

所述X电容的布置方向，与所述共模扼流圈的漏磁磁通方向平行或垂直；所述共模扼流圈，沿所述PFC电感的漏磁通范围的下限的耦合方向布置。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述共模扼流圈，相对于所述PFC电感呈垂直状态摆放。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，其中，所述X电容和所述共模扼流圈之间的距离，保持在第一设定距离范围内；和/或，

所述共模扼流圈与所述PFC电感之间的距离，大于第二设定距离范围的下限。4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述共模扼流圈和/或所述PFC电感，采用环形磁芯磁环；所述环形磁芯磁环的Z轴轴线与所述滤波装置所在PCB板的板面平行；

在所述环形磁芯磁环上绕制有环形磁芯绕组；所述环形磁芯绕组采用单层线圈或多层线圈。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，在所述环形磁芯磁环采用多层线圈绕制的情况下，所述多层线圈采用分段绕制的方式、或对半绕制的方式，绕制在所述环形磁芯磁环上；

且分段绕制或对半绕制的所述多层线圈的段与段之间，采用绝缘材料进行绝缘设置；所述共模扼流圈，沿所述PFC电感的环形磁芯磁环的中心轴线布置。

6.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，还包括：共模电容；所述共模电容成对设置，至少两对所述共模电容分别设置在所述共模扼流圈的前后侧。

7.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，还包括：另一X电容；另一所述X电容设置在所述共模扼流圈的后侧。

8.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，还包括：电源线磁环；所述电源线磁环绕制在电源的电源线上。

9.一种电源，其特征在于，包括：如权利要求1-8任一所述的滤波装置。10.一种如权利要求9所述的电源的滤波方法，其特征在于，包括：使滤波电路中X电容的布置方向，与共模扼流圈的漏磁磁通方向平行或垂直；并使共模扼流圈，沿滤波电路后侧的PFC电感的漏磁通范围的下限的耦合方向布置。

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一种滤波装置、电源及其滤波方法

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技术领域

[0001]本发明属于电源技术领域，具体涉及一种滤波装置、电源及其滤波方法，尤其涉及一种单级滤波器共模扼流圈和PFC电感布局的实现装置、电源及其滤波方法。背景技术

[0002]电磁干扰滤波器的作用是允许设备正常工作所需的频率(通常市电为50/60Hz)进出设备，而对电磁骚扰频率(即电磁干扰频率)有较大的衰减作用。功率因数校正(即PFC)电路中，差模电感通常采用铁粉芯/磁粉芯以避免磁饱和，铁粉芯/磁粉芯相对磁导率通常小于150，工作时漏磁很大。

[0003]滤波器共模扼流圈铁芯相对磁导率通常在2000以上，PFC电感的漏磁容易通过滤波器共模扼流圈铁芯形成磁回路，磁耦合导致扼流圈感应骚扰电压，导致滤波器性能变差。[0004]上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

[0005]本发明的目的在于，针对上述缺陷，提供一种滤波装置、电源及其滤波方法，以解决磁性器件间的近场耦合效应导致滤波器的衰减性能变差的问题，达到提升滤波器的衰减性能的效果。

[0006]本发明提供一种滤波装置，包括：X电容、共模扼流圈和PFC电感；所述X电容和所述共模扼流圈形成滤波电路，电源的电源线经该滤波电路后，通过电源的整流桥进入PFC电感；其中，所述X电容的布置方向，与所述共模扼流圈的漏磁磁通方向平行或垂直；所述共模扼流圈，沿所述PFC电感的漏磁通范围的下限的耦合方向布置。[0007]可选地，所述共模扼流圈，相对于所述PFC电感呈垂直状态摆放。[0008]可选地，其中，所述X电容和所述共模扼流圈之间的距离，保持在第一设定距离范围内；和/或，所述共模扼流圈与所述PFC电感之间的距离，大于第二设定距离范围的下限。[0009]可选地，所述共模扼流圈和/或所述PFC电感，采用环形磁芯磁环；所述环形磁芯磁环的Z轴轴线与所述滤波装置所在PCB板的板面平行；在所述环形磁芯磁环上绕制有环形磁芯绕组；所述环形磁芯绕组采用单层线圈或多层线圈。[0010]可选地，在所述环形磁芯磁环采用多层线圈绕制的情况下，所述多层线圈采用分段绕制的方式、或对半绕制的方式，绕制在所述环形磁芯磁环上；且分段绕制或对半绕制的所述多层线圈的段与段之间，采用绝缘材料进行绝缘设置；所述共模扼流圈，沿所述PFC电感的环形磁芯磁环的中心轴线布置。[0011]可选地，还包括：共模电容；所述共模电容成对设置，至少两对所述共模电容分别设置在所述共模扼流圈的前后侧。[0012]可选地，还包括：另一X电容；另一所述X电容设置在所述共模扼流圈的后侧。[0013]可选地，还包括：电源线磁环；所述电源线磁环绕制在电源的电源线上。

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与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种电源，包括：以上所述的滤波装置。

[0015]与上述电源相匹配，本发明再一方面提供一种电源的滤波方法，包括：使滤波电路中X电容的布置方向，与共模扼流圈的漏磁磁通方向平行或垂直；并使共模扼流圈，沿滤波电路后侧的PFC电感的漏磁通范围的下限的耦合方向布置。[0016]本发明的方案，通过优化PFC元器件布局方式，可以减少PFC电感对滤波器磁性元器件的近场耦合，增强滤波器的衰减性能。[0017]进一步，本发明的方案，通过优化PFC元器件布局方式，在采用相同元器件的条件下提高了滤波器的衰减性能。[0018]进一步，本发明的方案，通过优化PFC元器件布局方式，在保证相同衰减性能的条件下，可以节省元器件成本。[0019]由此，本发明的方案，通过优化PFC元器件布局方式，减少PFC电感对滤波器磁性元器件的近场耦合，解决磁性器件间的近场耦合效应导致滤波器的衰减性能变差的问题，达到提升滤波器的衰减性能的效果。

[0020]本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。[0021]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。附图说明

[0022]图1为本发明的电源的一实施例的模块结构示意图；

[0023]图2为本发明的滤波装置的一实施例的X电容与共模扼流圈漏磁磁通平行布局的俯视结构示意图；

[0024]图3为本发明的滤波装置的一实施例的X电容与共模扼流圈漏磁磁通垂直行布局的俯视结构示意图；

[0025]图4为X电容与共模扼流圈的一种常用布局的俯视结构示意图；[0026]图5为本发明的滤波装置的一实施例的EMI测试结果示意图，具体为采用图4的滤波结构测试得到的EMI结果示意图；

[0027]图6为本发明的滤波装置的另一实施例的EMI测试结果示意图，具体为采用图2的滤波结构测试得到的EMI结果示意图。

具体实施方式

[0028]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0029]根据本发明的实施例，提供了一种滤波装置。参见图1所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。该滤波装置可以包括：X电容、共模扼流圈和PFC电感；所述X电容和所述共模扼流圈形成滤波电路，待进行滤波的电源的电源线经该滤波电路后，通过电源的整流桥进入PFC电感。[0030]其中，所述X电容的布置方向，与所述共模扼流圈的漏磁磁通方向平行或垂直；所

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述共模扼流圈，沿所述PFC电感的漏磁通范围的下限的耦合方向布置。[0031]例如：为了减少磁性器件间的近场耦合效应，增强滤波器的衰减性能，提供了一种单级滤波器共模扼流圈和PFC电感布局方案，通过优化PFC元器件布局方式，减少PFC电感对滤波器磁性元器件的近场耦合，增强滤波器的衰减性能。这样，在采用相同元器件的条件下提高了滤波器的衰减性能；在保证相同衰减性能的条件下，可以节省元器件成本。[0032]例如：如图1所示，电源接入滤波电路(如电源滤波器)，然后经过整流桥后经过PFC电感。电源线进线进入滤波电路，依次经过X电容、共模扼流圈后，通过整流桥接入PFC电感。[0033]由此，通过调整X电容、共模扼流圈、PFC电感的设置方式，可以减少PFC电感对滤波器磁性元器件的近场耦合，增强滤波器的衰减性能。[0034]可选地，所述共模扼流圈，相对于所述PFC电感呈垂直状态摆放。例如：所述共模扼流圈，沿所述PFC电感的漏磁通范围的下限的耦合方向布置，且相对于所述PFC电感呈垂直状态摆放。

[0035]由此，通过使共模扼流圈相对于PFC电感呈垂直状态摆放，可以更可靠地增强滤波器的衰减性能，且无需增加成本。[0036]可选地，关于X电容、共模扼流圈、PFC电感之间的设置方式，可以参见以下至少一种设置情形。[0037]第一种设置情形：所述X电容和所述共模扼流圈之间的距离，保持在第一设定距离范围内。

[0038]第二种设置情形：所述共模扼流圈与所述PFC电感之间的距离，大于第二设定距离范围的下限。[0039]例如：X电容与共模扼流圈漏磁磁通方向平行(如图2所示)或垂直(如图3所示)，并保持一定距离，以减少它们之间的耦合；共模扼流圈与PFC电感之间应保持间距大于20mm；共模扼流圈的摆放在PFC电感的漏磁通最小耦合方向，呈垂直摆放状态(即接近磁环中间位置)。

[0040]由此，通过设置X电容、共模扼流圈、PFC电感之间的相对距离，可以更稳定地增强滤波器的衰减性能，提升滤波效果。[0041]可选地，所述共模扼流圈和/或所述PFC电感，采用环形磁芯磁环；所述环形磁芯磁环的Z轴轴线与所述滤波装置所在PCB板的板面平行。[0042]进而，在所述环形磁芯磁环上绕制有环形磁芯绕组；所述环形磁芯绕组采用单层线圈或多层线圈(如两层以上线圈)。[0043]例如：共模扼流圈或PFC电感采用环形磁芯磁环，磁芯竖装(即环形磁芯磁环的Z轴轴线与印刷电路板平面平行)。[0044]由此，通过使共模扼流圈、PFC电感采用环形磁芯磁环，且环形磁芯磁环上绕制的环形磁芯绕组采用单层线圈或多层线圈，结构简单紧凑，有利于减少PFC电感对滤波器磁性元器件的近场耦合。[0045]更可选地，在所述环形磁芯磁环采用多层线圈绕制的情况下，所述多层线圈采用分段绕制的方式、或对半绕制的方式，绕制在所述环形磁芯磁环上；且分段绕制或对半绕制的所述多层线圈的段与段之间，采用绝缘材料进行绝缘设置；所述共模扼流圈，沿所述PFC电感的环形磁芯磁环的中心轴线布置。

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例如：环形磁芯绕组最好采用单层线圈，如确有必要采用多层线圈，应分段绕制，

段与段间用树脂板等材料绝缘，或采用对半绕法。[0047]由此，通过在环形磁芯绕组采用多层线圈时分段绕制或对半绕制并在绕制的各段之间绝缘，结构简单、且有利于增强滤波器的衰减性能。[0048]在一个可选实施方式中，还可以根据实际具体接地要求确定是否需要在共模扼流圈前后各加入一对共模电容进行共模滤波或后级增加X电容以及在电源线绕磁环。例如：可以包括以下几种设置情形。[0049]第一种设置情形：还可以包括：共模电容。所述共模电容成对设置，例如：可以设置至少两对共模电容；至少两对所述共模电容分别设置在所述共模扼流圈的前后侧。[0050]第二种设置情形，还可以包括：另一X电容。另一所述X电容设置在所述共模扼流圈的后侧。例如：另一所述X电容设置在所述共模扼流圈与整流电路或PFC电感之间。[0051]第三种设置情形，还可以包括：电源线磁环。所述电源线磁环绕制在电源的电源线上。

[0052]由此，通过根据实际具体接地要求确定是否需要在共模扼流圈前后各加入一对共模电容进行共模滤波或后级增加X电容以及在电源线绕磁环，可以满足多种滤波场合下的滤波需求，且滤波性能可以得到保证。[0053]经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过优化PFC元器件布局方式，可以减少PFC电感对滤波器磁性元器件的近场耦合，增强滤波器的衰减性能。[0054]根据本发明的实施例，还提供了对应于滤波装置的一种电源。该电源可以包括：以上所述的滤波装置。

[0055]在一个可选实施方式中，为了减少磁性器件间的近场耦合效应，增强滤波器的衰减性能，本发明的方案，提供了一种单级滤波器共模扼流圈和PFC电感布局方案。[0056]其中，通过优化PFC元器件布局方式，减少PFC电感对滤波器磁性元器件的近场耦合，增强滤波器的衰减性能。[0057]一些技术中，往往忽略磁性器件的近场耦合效应，在滤波器性能变差的情况下通过滤波结构拓扑，由一级滤波拓扑成二级滤波增强衰减性能，增加了生产成本。而本发明的方案，在采用相同元器件的条件下提高了滤波器的衰减性能；在保证相同衰减性能的条件下，可以节省元器件成本。

[0058]在一个可选具体实施方式中，可以参见图1至图6所示的例子，对本发明的方案的具体实现过程进行示例性说明。[0059]如图1所示，电源接入滤波电路(如电源滤波器)，然后经过整流桥后经过PFC电感。[0060]具体地，电源线进线进入滤波电路，依次经过X电容、共模扼流圈后，通过整流桥接入PFC电感。这里，X电容，即抑制电源电磁干扰用电容器，一般在电路中的作用主要是：电源跨线电路，EMI滤波，消除火花电路等确保电子产品成品满足EMC要求。共模电感，也叫共模扼流圈，常用于电脑的开关电源中过滤共模的电磁干扰信号。[0061]其中，可以根据实际具体接地要求确定是否需要在共模扼流圈前后各加入一对共模电容进行共模滤波或后级增加X电容以及在电源线绕磁环。[0062]例如：通常差模干扰较小情况仅在共模扼流圈前级使用X电容；当差模干扰较大的时候需要在共模扼流圈的后级增加使用X电容；通常共模干扰比较小的情况仅在共模扼流

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圈后级使用一对Y电容；当共模干扰较大时，会在共模扼流圈前级加一对Y电容并在电源线绕入磁环。

[0063]在一个可选例子中，X电容与共模扼流圈漏磁磁通方向平行(如图2所示)或垂直(如图3所示)，并保持一定距离(例如：器件距离一般要大于10mm，距离越远滤波效果越好)，以减少它们之间的耦合；共模扼流圈与PFC电感之间应保持间距大于20mm(例如：距离是越远越好，距离上限可以根据PCB大小决定)；共模扼流圈的摆放在PFC电感的漏磁通最小耦合方向，呈垂直摆放状态(即接近PFC电感的环形磁芯磁环中间位置)。[0064]其中，最小耦合方向的判定：通过信号发生器、磁性元件测量仪等，设定一定幅值、频率的信号馈入到PFC电感，并可添加直流电流偏磁。共模扼流圈通过第一绕组尾接第二绕组头的方式连接(差模接法)，移动扼流圈位置，同时通过示波器测量第一绕组头、第二绕组尾的电压差，接收到信号最强的方向即为耦合最大方向，与耦合最大方向相垂直的平面方向均为最小耦合方向。[0065]这里，在共模扼流圈位于最小耦合方向时，感应电压可能小于示波器的灵敏度，此时可利用频谱仪、接收机逐步提高电压测量灵敏度，判定最小耦合方向。[0066]可选地，共模扼流圈或PFC电感采用环形磁芯磁环，磁芯竖装(即环形磁芯磁环的Z轴轴线与印刷电路板平面平行)，环形磁芯绕组最好采用单层线圈，如确有必要采用多层线圈，应分段绕制，段与段间用树脂板等材料绝缘，或采用对半绕法。[0067]例如：某变频空调外机主板布局形式如图4所示，测出其端子骚扰电压在14.5M超标3个dB；通过改变布局，采用形如图所述2的主板布局，最终测得其14.5M附近裕量有5.7个dB，满足EMC认证测试要求。而图4与图2的区别，仅在于PFC电感的布置方向不同。[0068]另外，就滤波效果，图3所示方案>图2所示方案>图4所示方案。图3比图2好的原因是考虑了共模扼流圈对X电容的近场耦合影响。

[0069]由于本实施例的电源所实现的处理及功能基本相应于前述图1至图6所示的装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。

[0070]经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过优化PFC元器件布局方式，在采用相同元器件的条件下提高了滤波器的衰减性能。[0071]根据本发明的实施例，还提供了对应于电源的一种电源的滤波方法该电源的滤波方法可以包括：使滤波电路中X电容的布置方向，与共模扼流圈的漏磁磁通方向平行或垂直；并使共模扼流圈，沿滤波电路后侧的PFC电感的漏磁通范围的下限的耦合方向布置。[0072]例如：为了减少磁性器件间的近场耦合效应，增强滤波器的衰减性能，提供了一种单级滤波器共模扼流圈和PFC电感布局方案，通过优化PFC元器件布局方式，减少PFC电感对滤波器磁性元器件的近场耦合，增强滤波器的衰减性能。这样，在采用相同元器件的条件下提高了滤波器的衰减性能；在保证相同衰减性能的条件下，可以节省元器件成本。[0073]例如：如图1所示，电源接入滤波电路(如电源滤波器)，然后经过整流桥后经过PFC电感。电源线进线进入滤波电路，依次经过X电容、共模扼流圈后，通过整流桥接入PFC电感。[0074]由此，通过调整X电容、共模扼流圈、PFC电感的设置方式，可以减少PFC电感对滤波器磁性元器件的近场耦合，增强滤波器的衰减性能。

[0075]由于本实施例的方法所实现的处理及功能基本相应于前述电源的实施例、原理和

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实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。

[0076]经大量的试验验证，采用本实施例的技术方案，通过优化PFC元器件布局方式，在保证相同衰减性能的条件下，可以节省元器件成本。[0077]综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

[0078]以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

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