CN110336542B - 一种低频段滤波装置、电器设备及其低频段滤波方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低频段滤波装置、电器设备及其低频段滤波方法，该装置包括：基本滤波单元和第一低频陷波单元；所述第一低频陷波单元，设置在所述基本滤波单元中；其中，所述基本滤波单元，用于对待滤波的电源中低频段之外频段部分的共模干扰进行滤除；所述第一低频陷波单元，用于对所述电源中低频段部分的共模干扰提供低频共模干扰的低阻抗旁路通路。本发明的方案，可以解决为提高低频段共模滤波性能而使器件成本大幅增加的问题，达到在提高低频段共模滤波性能的情况下降低器件成本的效果。

Description

一种低频段滤波装置、电器设备及其低频段滤波方法

技术领域

本发明属于滤波技术领域，具体涉及一种低频段滤波装置、电器设备及其低频段滤波方法，尤其涉及一种低频段传导共模干扰陷波电路和家用电器。

背景技术

共模滤波器用于滤除电器设备产生的共模干扰，以满足电磁兼容标准要求。共模滤波器的通常结构包括共模电容（也称为Y电容）和共模电感，通过共模电感的共模阻抗以及共模电容的旁路作用降低共模干扰。共模滤波器通常针对传导电磁干扰，作用频段在150kHz-30mHz。

低频段（150kHz-约700kHz）传导电磁干扰超标是电磁兼容测试遇到的常见问题。对于低频段共模干扰，通常需要加大共模电容的容值以提高滤波性能，但是容值的加大受到电气安全、泄漏电流的约束。增加滤波器阶数可以提高低频段共模滤波性能，但是器件成本大幅增加。在一些有源共模滤波电路中，需要使用高压晶体管和辅助电源，可靠性差，电路成本高。

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

本发明的目的在于，针对上述缺陷，提供一种低频段滤波装置、电器设备及其低频段滤波方法，以解决为提高低频段共模滤波性能而使器件成本大幅增加的问题，达到在提高低频段共模滤波性能的情况下降低器件成本的效果。

本发明提供一种低频段滤波装置，包括：基本滤波单元和第一低频陷波单元；所述第一低频陷波单元，设置在所述基本滤波单元中；其中，所述基本滤波单元，用于对待滤波的电源中低频段之外频段部分的共模干扰进行滤除；所述第一低频陷波单元，用于对所述电源中低频段部分的共模干扰提供低频共模干扰的低阻抗旁路通路。

可选地，所述基本滤波单元，包括：第一磁环、第一共模扼流圈、第一共模电容和第二共模电容；其中，所述第一磁环，设置在所述电源的电源进线的L、N线处；所述第一低频陷波单元、所述第一共模电容和所述第二共模电容，依次并行设置在电源进线的L、N线与地线之间，且所述第一低频陷波单元位于所述第一磁环与所述第一共模电容之间；所述第一共模扼流圈，设置在电源进线的L、N线上，且位于所述第一共模电容和所述第二共模电容之间。

可选地，所述第一磁环，包括：阻抗值在预设值以上的低频段磁环；所述低频段磁环，包括：高导锰锌铁氧体磁环，或纳米晶、非晶磁环。

可选地，所述第一低频陷波单元，包括：第一陷波电容和第一低频陷波电感；其中，所述第一陷波电容的公共端，经所述第一低频陷波电感后接地。

可选地，所述第一低频陷波单元，还包括：第一低频陷波电阻；其中，所述第一陷波电容的公共端，依次经所述第一低频陷波电感和所述第一低频陷波电阻后接地。

可选地，所述第一陷波电容的电容值，小于所述第一共模电容的电容值；和/或，所述第一陷波电容，包括：陶瓷电容或薄膜电容。

可选地，还包括：第二低频陷波单元；所述第二低频陷波单元，设置在电源出线的L、N线与地线之间，且位于所述基本滤波单元远离所述电源的一侧。

可选地，所述第二低频陷波单元的结构，与所述第一低频陷波单元相同；或者，所述第二低频陷波单元的谐振频率，与所述第一低频陷波单元的谐振频率错开设定值。

与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种电器设备，包括：以上所述的低频段滤波装置。

与上述电器设备相匹配，本发明再一方面提供一种电器设备的低频段滤波方法，包括：通过基本滤波单元，对待滤波的电源中低频段之外频段部分的共模干扰进行滤除；通过第一低频陷波单元，对所述电源中低频段部分的共模干扰提供低频共模干扰的低阻抗旁路通路。

本发明的方案，通过利用串联谐振原理提供低频共模干扰的低阻抗旁路通路，低成本地实现低频段共模传导电磁干扰的滤除。

进一步，本发明的方案，通过利用串联谐振原理提供低频共模干扰的低阻抗旁路通路，滤波器阶数减少，电源线出线处磁环减少，电路器件成本下降。

进一步，本发明的方案，通过利用串联谐振原理提供低频共模干扰的低阻抗旁路通路，在提高低频段共模滤波性能的情况下降低器件成本，且可靠性好。

由此，本发明的方案，通过利用串联谐振原理提供低频共模干扰的低阻抗旁路通路，解决为提高低频段共模滤波性能而使器件成本大幅增加的问题，达到在提高低频段共模滤波性能的情况下降低器件成本的效果。

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。

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

图1为本发明的低频段滤波装置的一实施例的结构示意图，具体为低频共模陷波电路的结构示意图；

图2为本发明的低频段滤波装置的另一实施例的结构示意图，具体为低频滤波的二级陷波电路的结构示意图；

图3为常规的二级滤波电路的结构示意图；

图4为一种干扰基于图3的传导EMI测试效果示意图；

图5为一种干扰基于图1的传导EMI测试效果示意图。

结合附图，本发明实施例中附图标记如下：

Y1-第一Y电容；Y2-第二Y电容；C₁-第一陷波电容；C₂-第二陷波电容；L₁-第一陷波电感；L₂-第二陷波电感；R₁-第一陷波电阻； R₂-第二陷波电阻。

具体实施方式

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。

根据本发明的实施例，提供了一种低频段滤波装置。参见图1所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。该低频段滤波装置可以包括：基本滤波单元和第一低频陷波单元。所述第一低频陷波单元，设置在所述基本滤波单元中。

其中，所述基本滤波单元，可以用于对待滤波的电源中低频段之外频段部分的共模干扰进行滤除。所述第一低频陷波单元，可以用于对所述电源中低频段部分的共模干扰提供低频共模干扰的低阻抗旁路通路。

例如：为了低成本地实现低频段（150kHz-约700kHz）共模传导电磁干扰的滤除，本发明的方案，提供一种低频段传导共模干扰陷波电路和家用电器，使滤波器阶数减少，电源线出线处磁环减少，电路器件成本下降。例如：利用串联谐振原理提供低频共模干扰的低阻抗旁路通路，可以解决为提高低频段共模滤波性能而使器件成本大幅增加的问题，达到在提高低频段共模滤波性能的情况下降低器件成本的效果。

由此，通过基本滤波单元和第一低频陷波单元的配合设置，可以增强低频滤波效果，增强滤除共模传导电磁干扰的效果。

在一个可选例子中，所述基本滤波单元，可以包括：第一磁环、第一共模扼流圈、第一共模电容和第二共模电容。

其中，所述第一磁环，设置在所述电源的电源进线的L、N线处。所述第一低频陷波单元、所述第一共模电容和所述第二共模电容，依次并行设置在电源进线的L、N线与地线之间，且所述第一低频陷波单元位于所述第一磁环与所述第一共模电容之间。所述第一共模扼流圈，设置在电源进线的L、N线上，且位于所述第一共模电容和所述第二共模电容之间。

例如：使用图1结构的低频共模陷波电路后（其等效的整改原理为加大Y电容容值），可以减少使用一个共模扼流圈，选用低频抑制效果好的铁氧体/非晶共模扼流圈，并根据实际情况可以调整使用1-2个磁环，选用非晶/纳米晶材料，保证高频抑制效果，最终达到效果如图5所示（低频150K Hz附近裕量12dB，提升8个dB裕量）。

由此，通过第一磁环、第一共模扼流圈、第一共模电容和第二共模电容的配合设置，可以实现对电源中处于低频段部分和高频段部分之间频段部分的共模干扰的滤除，结构简单。

可选地，所述第一磁环，可以包括：阻抗值在预设值以上的低频段磁环。所述低频段磁环，可以包括：高导锰锌铁氧体磁环，或纳米晶、非晶磁环。

例如：为了使滤波器效果更佳，可以在LN线加入合适的磁环，通常选用低频段阻抗值较高的高导锰锌铁氧体磁环或纳米晶、非晶磁环，以增强低频滤波效果。

由此，通过设置低频磁环，可以在低成本的情况下更好地提升低频滤波效果。

在一个可选例子中，所述第一低频陷波单元，可以包括：第一陷波电容和第一低频陷波电感。

其中，所述第一陷波电容的公共端，经所述第一低频陷波电感后接地。

由此，通过陷波电容和低频陷波电感构成低频陷波单元，结构简单，且可增强低频滤波效果，滤波可靠性高。

在一个进一步可选例子中，所述第一低频陷波单元，还可以包括：第一低频陷波电阻。

例如：陷波电阻一般取值在10-500Ω，可以根据需要的陷波带宽调节陷波电阻阻值。若陷波电感采用锰锌铁氧体、铁粉芯、磁粉芯、纳米晶、非晶磁芯，在陷波频段磁芯损耗角正切较大，则可以利用磁芯损耗产生阻尼，省去串联陷波电阻。

其中，所述第一陷波电容的公共端，依次经所述第一低频陷波电感和所述第一低频陷波电阻后接地。

例如：低频段陷波电路（如第一陷波支路），原理如图1所示。该低频陷波电路可以包括：一组陷波电容分别接L线和N线，与陷波电感及陷波电阻串联后再接地。陷波电容与陷波电感组成串联谐振回路，谐振中心频率通常但不限于在100kHz-500kHz间。图1中，陷波电容（如第一陷波电容C₁）、陷波电感（如第一陷波电感L_L1）、陷波电阻（如第一陷波电阻R_L1）组成低阻抗旁路通路，与第一共模电容Y1（如Y电容）并联降低其旁路通路的阻抗。这样，在第一共模电容Y1（如Y电容）上，并联一个上一个低阻抗旁路通路，增强低频滤波效果。

由此，通过在低频陷波单元中设置低频陷波电阻，可以更好地提升低频滤波的适用范围，精准且可靠。

其中，以上各实施例中，陷波电容的设置方式，可以包括至少一种设置情形。

第一种设置情形：所述第一陷波电容的电容值，小于所述第一共模电容的电容值。

例如：陷波电容通常取值在0.1-10nF之间，采用陶瓷或薄膜介质电容。陷波电容取值远远小于共模电容（如Y电容）取值，以避免陷波电容与Y电容并联谐振产生不良影响。

第二种设置情形：所述第一陷波电容，可以包括：陶瓷电容或薄膜电容。

例如：陷波电感一般取值在50uH-1mH之间，采用镍锌铁氧体或镁锌铁氧体，使得在陷波频率点附近电感的Q值较高。

由此，通过设置陷波电容的参数、形式等，可以满足不同场合的滤波需求，灵活且便捷。

在一个可选实施方式中，还可以包括：第二低频陷波单元。所述第二低频陷波单元，设置在电源出线的L、N线与地线之间，且位于所述基本滤波单元远离所述电源的一侧，即所述基本滤波单元位于所述第二共模电容远离第一共模扼流圈的一侧。

例如：为了使低频陷波效果更佳，可以在第二共模电容Y2（如Y电容）处也并联陷波支路，如图2所示。图2中，陷波电容（如第一陷波电容C₁和第二陷波电容C₂）、陷波电感（如第一陷波电感L₁和第二陷波电感L₂）、陷波电阻（如第一陷波电阻R₁和第二陷波电阻R₂）组成低阻抗旁路通路（如第一陷波支路和第二陷波支路），分别与第一共模电容Y1（如Y电容）、第二共模电容Y2（如Y电容）并联降低其旁路通路的阻抗，增强其低频滤波效果。这样，在第一共模电容Y1（如Y电容）、第二共模电容Y2（如Y电容）上，分别并联一个上一个低阻抗旁路通路，增强低频滤波效果。

由此，通过增设低频陷波单元，可以更精准、更可靠地增强滤波效果，且结构简单。

可选地，所述第二低频陷波单元的结构，与所述第一低频陷波单元相同。或者，所述第二低频陷波单元的谐振频率，与所述第一低频陷波单元的谐振频率错开设定值。

例如：第二陷波支路（如第二低频陷波单元）的元件取值可以与第一陷波支路（如第一低频陷波单元）的元件取值相同，也可以微调第二陷波支路的元件取值，使得第一陷波支路和第二陷波支路的谐振频率稍微错开，以在更大的带宽内实现陷波效果，同时克服器件参数一致性的问题，谐振频率错开的范围一般在50kHz-400kHz。

由此，通过设置不同低频陷波单元的结构、参数等形式，可以满足不同场合的低频滤波需求，灵活且可靠。

经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过利用串联谐振原理提供低频共模干扰的低阻抗旁路通路，低成本地实现低频段共模传导电磁干扰的滤除。

根据本发明的实施例，还提供了对应于低频段滤波装置的一种电器设备。该电器设备可以包括：以上所述的低频段滤波装置。

在一个可选实施方式中，为了低成本地实现低频段（150kHz-约700kHz）共模传导电磁干扰的滤除，本发明的方案，提供一种低频段传导共模干扰陷波电路和家用电器，使滤波器阶数减少，电源线出线处磁环减少，电路器件成本下降。

在一个可选例子中，本发明的方案，利用串联谐振原理提供低频共模干扰的低阻抗旁路通路，可以解决为提高低频段共模滤波性能而使器件成本大幅增加的问题，达到在提高低频段共模滤波性能的情况下降低器件成本的效果。

在一个可选具体实施方式中，可以参见图1至图5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。

一般的滤波电路设计中，往往设计电路形式如图3所示，一般使用二级拓扑滤波电路，由两组共模扼流圈（如第一共模扼流圈和第二共模扼流圈）与Y电容组成的共模滤波电路。在图3中，第一共模电容Y1（如Y电容）、第二共模电容Y2（如Y电容）都是用作共模滤波作用，对共模干扰进行滤波。

列举一种具体实施案例，使用图3所示常规二级滤波电路中，测得其传导EMI结果如图4（低频150kHz附近裕量只有4dB），通常其整改手段为调整扼流圈规格/更换磁环规格/加大Y电容容值/再加一级滤波，使之传导EMI最终效果如图5；若使用图1结构的低频共模陷波电路后（其等效的整改原理为加大Y电容容值），可以减少使用一个共模扼流圈，选用低频抑制效果好的铁氧体/非晶共模扼流圈，并根据实际情况可以调整使用1-2个磁环，选用非晶/纳米晶材料，保证高频抑制效果，最终达到效果如图5所示（低频150K Hz附近裕量12dB，提升8个dB裕量）。图4、图5中，RBW表示带宽，MT表示终扫时间，Att 10dBAUTO 10dB表示自动衰减。

低频段陷波电路（如第一陷波支路），原理如图1所示。该低频陷波电路可以包括：一组陷波电容分别接L线和N线，与陷波电感及陷波电阻串联后再接地。陷波电容与陷波电感组成串联谐振回路，谐振中心频率通常但不限于在100kHz-500kHz间。

图1中，陷波电容（如第一陷波电容C₁）、陷波电感（如第一陷波电感L_L1）、陷波电阻（如第一陷波电阻R_L1）组成低阻抗旁路通路，与第一共模电容Y1（如Y电容）并联降低其旁路通路的阻抗。这样，在第一共模电容Y1（如Y电容）上，并联一个上一个低阻抗旁路通路，增强低频滤波效果。

可选地，陷波电容通常取值在0.1-10nF之间，采用陶瓷或薄膜介质电容。陷波电容取值远远小于共模电容（如Y电容）取值，以避免陷波电容与Y电容并联谐振产生不良影响。

可选地，陷波电感一般取值在50uH-1mH之间，采用镍锌铁氧体或镁锌铁氧体，使得在陷波频率点附近电感的Q值较高。

可选地，陷波电阻一般取值在10-500Ω，可以根据需要的陷波带宽调节陷波电阻阻值。若陷波电感采用锰锌铁氧体、铁粉芯、磁粉芯、纳米晶、非晶磁芯，在陷波频段磁芯损耗角正切较大，则可以利用磁芯损耗产生阻尼，省去串联陷波电阻。

在一个可选具体例子中，为了使低频陷波效果更佳，可以在第二共模电容Y2（如Y电容）处也并联陷波支路，如图2所示。第二陷波支路（如第二低频陷波单元）的元件取值可以与第一陷波支路（如第一低频陷波单元）的元件取值相同，也可以微调第二陷波支路的元件取值，使得第一陷波支路和第二陷波支路的谐振频率稍微错开，以在更大的带宽内实现陷波效果，同时克服器件参数一致性的问题，谐振频率错开的范围一般在50kHz-400kHz。

图2中，陷波电容（如第一陷波电容C₁和第二陷波电容C₂）、陷波电感（如第一陷波电感L₁和第二陷波电感L₂）、陷波电阻（如第一陷波电阻R₁和第二陷波电阻R₂）组成低阻抗旁路通路（如第一陷波支路和第二陷波支路），分别与第一共模电容Y1（如Y电容）、第二共模电容Y2（如Y电容）并联降低其旁路通路的阻抗，增强其低频滤波效果。这样，在第一共模电容Y1（如Y电容）、第二共模电容Y2（如Y电容）上，分别并联一个上一个低阻抗旁路通路，增强低频滤波效果。

可选地，为了使滤波器效果更佳，可以在LN线加入合适的磁环，通常选用低频段阻抗值较高的高导锰锌铁氧体磁环或纳米晶、非晶磁环，以增强低频滤波效果。

由于本实施例的电器设备所实现的处理及功能基本相应于前述图1至图5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。

经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过利用串联谐振原理提供低频共模干扰的低阻抗旁路通路，滤波器阶数减少，电源线出线处磁环减少，电路器件成本下降。

根据本发明的实施例，还提供了对应于电器设备的一种电器设备的低频段滤波方法。该电器设备的低频段滤波方法可以包括：通过基本滤波单元，对待滤波的电源中低频段之外频段部分的共模干扰进行滤除；通过第一低频陷波单元，对所述电源中低频段部分的共模干扰提供低频共模干扰的低阻抗旁路通路。

例如：为了低成本地实现低频段（150kHz-约700kHz）共模传导电磁干扰的滤除，本发明的方案，提供一种低频段传导共模干扰陷波电路和家用电器，使滤波器阶数减少，电源线出线处磁环减少，电路器件成本下降。例如：利用串联谐振原理提供低频共模干扰的低阻抗旁路通路，可以解决为提高低频段共模滤波性能而使器件成本大幅增加的问题，达到在提高低频段共模滤波性能的情况下降低器件成本的效果。

由此，通过基本滤波单元和第一低频陷波单元的配合设置，可以增强低频滤波效果，增强滤除共模传导电磁干扰的效果。

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器设备的实施例、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。

经大量的试验验证，采用本实施例的技术方案，通过利用串联谐振原理提供低频共模干扰的低阻抗旁路通路，在提高低频段共模滤波性能的情况下降低器件成本，且可靠性好。

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。

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。

Claims (7)

1.一种低频段滤波装置，其特征在于，包括：基本滤波单元和第一低频陷波单元；所述第一低频陷波单元，设置在所述基本滤波单元中；其中，

所述基本滤波单元，用于对待滤波的电源中低频段之外频段部分的共模干扰进行滤除；所述基本滤波单元，包括：第一磁环、第一共模扼流圈、第一共模电容和第二共模电容；其中，所述第一磁环，设置在所述电源的电源进线的L、N线处；所述第一低频陷波单元、所述第一共模电容和所述第二共模电容，依次并行设置在电源进线的L、N线与地线之间，且所述第一低频陷波单元位于所述第一磁环与所述第一共模电容之间；所述第一共模扼流圈，设置在电源进线的L、N线上，且位于所述第一共模电容和所述第二共模电容之间；

所述第一低频陷波单元，用于对所述电源中低频段部分的共模干扰提供低频共模干扰的低阻抗旁路通路；所述第一低频陷波单元，包括：第一陷波电容和第一低频陷波电感；其中，所述第一陷波电容的公共端，经所述第一低频陷波电感后接地；

还包括：第二低频陷波单元；所述第二低频陷波单元，设置在电源出线的L、N线与地线之间，且位于所述基本滤波单元远离所述电源的一侧；通过利用串联谐振原理提供低频共模干扰的低阻抗旁路通路，在提高低频段共模滤波性能的情况下降低器件成本。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一磁环，包括：阻抗值在预设值以上的低频段磁环；所述低频段磁环，包括：高导锰锌铁氧体磁环，或纳米晶、非晶磁环。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一低频陷波单元，还包括：第一低频陷波电阻；其中，

所述第一陷波电容的公共端，依次经所述第一低频陷波电感和所述第一低频陷波电阻后接地。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一陷波电容的电容值，小于所述第一共模电容的电容值；

和/或，

所述第一陷波电容，包括：陶瓷电容或薄膜电容。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二低频陷波单元的结构，与所述第一低频陷波单元相同；

或者，

所述第二低频陷波单元的谐振频率，与所述第一低频陷波单元的谐振频率错开设定值。

6.一种电器设备，其特征在于，包括：如权利要求1-5任一所述的低频段滤波装置。

7.一种如权利要求6所述的电器设备的低频段滤波方法，其特征在于，包括：

通过基本滤波单元，对待滤波的电源中低频段之外频段部分的共模干扰进行滤除；

通过第一低频陷波单元，对所述电源中低频段部分的共模干扰提供低频共模干扰的低阻抗旁路通路。