CN107147093A - 应用于大功率电源适配器中的抗雷击电路及该电源适配器 - Google Patents

Abstract

一种可抗雷击浪涌且无电流泄漏的由成本较低的分离元件构成的应用于大功率电源适配器中的抗雷击电路及该电源适配器。在电源输入端与整流电路之间设有低成本的分离元件组成且可替代Y电容功能的抗雷击浪涌的电路模块，该电路模块由防雷保险丝、压敏电阻、热敏电阻、X电容、多个电阻和共模电感构成。该抗雷击电路不仅可抗4kV雷击浪涌对配置该电路的电源适配器的干扰，避免该适配器中的其它元件被击穿、损坏，而且还可用其替代Y电容防止电流泄漏，确保该电源适配器正常工作。采用该电路模块的电源适配器能通过美国加州能效六级和欧盟六级能效认证，能量转换效率可达87％，从而，相应的也扩展了适配器电源模块的余量。

Description

应用于大功率电源适配器中的抗雷击电路及该电源适配器

技术领域

本发明涉及一种大功率电源适配器中的控制电路，特别涉及一种能抵抗4kV雷击浪涌且具防EMI干扰的抗雷击电路和采用该抗雷击电路的电源适配器。

背景技术

电源适配器在人们生活中被广泛应用，从移动式设备、小家电到通讯设备，其可将交流电转换成直流电并给供电设备(如移动终端、便携式音箱等)提供安全稳定的直流输出。

当使用者携带电源适配器外出并进入恶劣环境、海拔较高的雷电多发区域或者处于未设防雷保护装置的区域对用电装置进行充电时，突发的雷电会在市电传输线上产生瞬间电压或电流尖峰(即浪涌电流)，该电压或电流尖峰会在电源适配器中产生较强的共模噪声，由此，极有可能导致该电源适配器损坏。

随着人们对用电设备的电源要求越来越高，为确保正常稳定供电，现有技术中在电源适配器的变压器的初级与地端之间设置Y电容，但该设置存在如下不足：

1)Y电容会使与电源适配器相连的相关通讯设备受到干扰，其原理是：Y电容会将变压器初级绕组产生的一部分共模噪声干扰耦合到次级绕组，并经与该次级绕组相接的数据传输通道耦合到相关的终端设备，导致数据传输失真。

2)Y电容会使电流泄漏，造成安全隐患。

另外，现有的电源适配器18W(例如12V1.5A或12V2A)要通过雷击4KV测试需要增加气体放电管、TVS管等器件，而气体放电管和TVS管成本高、体积大，针对电源适配器或充电器内部空间有限的情况下，采用气体放电管、TVS管的缺陷就尤为明显。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可抗雷击浪涌且无电流泄漏的由成本较低的分离元件构成的应用于大功率电源适配器中的抗雷击电路及该电源适配器。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明的应用于大功率电源适配器中的抗雷击电路，包括电源输入端和整流电路，在所述电源输入端与整流电路之间设有低成本的分离元件组成且可替代Y电容功能的抗雷击浪涌的电路模块，该电路模块由防雷保险丝、压敏电阻、热敏电阻、X电容、多个电阻和共模电感构成，其中，

压敏电阻的一端通过防雷保险丝接于电源输入L端，其另一端与热敏电阻的一端相接并共接于电源输入N端；

X电容的一端通过防雷保险丝接于电源输入L端，其另一端接于热敏电阻的另一端；

电阻R1、电阻R2串接后并接于所述X电容的两端；

电阻R1A、电阻R2A串接后并接于所述X电容的两端；

共模电感连接在整流电路与X电容之间往返回路中。

所述电路模块可抗的雷击浪涌电压不小于4kV。

本发明的大功率电源适配器，在其电源输入端与整流电路之间设置有本发明的所述应用于大功率电源适配器中的抗雷击电路。

所述电源适配器中的变压器采用EE22骨架，各绕组由内向外依次按内层初级绕组、反馈层绕组、次级绕组、屏蔽层绕组和外层初级绕组构成。

所述内层初级绕组、反馈层绕组、屏蔽层绕组和外层初级绕组同向绕制，所述次级绕组与其它各组绕组的绕制方向相反。

该电源适配器输出功率为18W。

本发明采用成本较低的分离元件，如普通保险丝、压敏电阻、热敏电阻、X电容和共模电感组合成抗雷击电路。该抗雷击电路不仅可抗4kV雷击浪涌对配置该电路的电源适配器的干扰，避免该适配器中的其它元件被击穿、损坏，而且还可用其替代Y电容防止电流泄漏，确保该电源适配器正常工作。

本发明将X电容与共模电感组合使用，使得在无Y电容的情况下，提高抗EMI干扰的能力，采用该结构的电源适配器能通过美国加州能效六级和欧盟六级能效认证，能量转换效率可达87％，从而，相应的也扩展了适配器电源模块的余量。

附图说明

图1为本发明的电源模块示意图。

图2为雷击电路原理图。

图3为本发明的充电器的电路原理图。

图4为EMI测试图。

图5为本发明的电源适配器采用的变压器电路示意图。

图6为图5中变压器对应的各绕组结构示意图。

附图标记如下：

具体实施方式

如图1、2、3所示，本发明的应用于大功率电源适配器中的抗雷击电路主要用于输出功率≧18W的电源适配器或充电器中。

其主要是在电源适配器或充电器中的电源输入端与整流电路之间设置一个由低成本的分离元件组成的抗雷击浪涌的电路模块，该电路模块不仅可以提高电源适配器或充电器抵抗4kV的雷击浪涌电压，而且其还可替代Y电容的抑制共模噪声干扰的作用。

该电路模块由防雷保险丝F1、压敏电阻VR1、热敏电阻RT1、X电容CX1、多个电阻和共模电感L1构成，其中，压敏电阻VR1的一端通过防雷保险丝F1接于电源输入L端，其另一端与热敏电阻RT1的一端相接并共接于电源输入N端；X电容CX1的一端通过防雷保险丝F1接于电源输入L端，其另一端接于热敏电阻的另一端；电阻R1、电阻R2串接后并接于所述X电容的两端；电阻R1A、电阻R2A串接后并接于所述X电容CX1的两端；共模电感L1连接在整流电路与X电容CX1之间往返回路中。

上述电路模块未设置Y电容，也未采用价格较贵的防雷TVS管和气体放电管，只需简单的压敏电阻，保险丝，电感等器件通过合理组合组成具有较高的耐4KV雷击浪涌的电路。

上述电路模块中，保险丝F1采用慢断型保险丝，防止在雷击浪涌冲击时，保险丝的较快熔断。压敏电阻VR1用于在雷击发生时，承受过压时进行电压钳位，吸收多余的电流以保护敏感器件。使用热敏电阻RT1，增加输入电路的阻抗，RT1的选择基于效率与吸收浪涌电阻的平衡，阻值较大，导致效率的降低，降值小不能起到吸收浪涌电流的作用。

上述电路模块中，降残压滤噪声的作用由安规X电容CX与共模电感L1组成来实现，CX1接在共模电感L1之前；在雷击浪涌产生时，经过抗冲击电路后，还会存在一定的的死压尖峰，利用共模电感L1的电流不能突变原理，此电路用于滤除第一电路后的尖峰。电阻R1,R1A,R2,R2A用于对X电容CX1进行放电，安规标准里都有同样的X电容的放电的要求。具体要求为断电后1秒内所有X-cap放电至原来的37％以下，所以此放电用电阻是必须要增加。X电容用于跨接在L,N线之间，并经过放电阻后,X电容两端接在共模电感两端间。采用共模电感与X电容组合，不仅可以滤除前级电路的残压，并且可以降低初级输入引起的差模干扰以及滤除后端电路产生的共模干扰。

将本发明的所述抗雷击电路安装于电源适配器或充电器中，可以大大提高电源适配器和充电器的抗雷击能力。

为了提高电源适配器或充电器的抗EMI干扰，本发明选用的变压器，采用EE22骨架，其上的各绕组由内向外依次按内层初级绕组、反馈层绕组、次级绕组、屏蔽层绕组和外层初级绕组构成(以下将该结构简称为三明治绕法，参见图5、6所示)。

所述内层初级绕组、反馈层绕组、屏蔽层绕组和外层初级绕组同向绕制，所述次级绕组与其它各组绕组的绕制方向相反。

内层初级绕组选用Ф0.3*1的漆包线正向密绕48圈。

反馈层绕组选用Ф0.17*3的漆包线正向密绕11圈。

次级绕组选用Ф0.6*1的三重绝缘线反向密绕9圈。

屏蔽层绕组选用Ф0.17*2的漆包线正向密绕9圈。

外层初级绕组选用Ф0.3*1的漆包线正向密绕22圈。

该结构不需要铜皮作屏蔽层，也不需要磁芯通过引线接于初级地端，在节约成本的同时，还由于减少了采用铜皮充当屏蔽层所需手工焊接的一道作业工序，使得绕制变压器各绕组时，仅需使用绕线机一次即可完成所有绕组的绕制，使自动化制作变压器得以实现。

内层初级绕组、反馈层绕组和外层初级绕组采用相同规格的漆包线，该规格根据输出功率和输入电流大小确定(现有技术也是这样确定规格的吧)。次级绕组采用的漆包线规格也是根据输出电流的大小确定。通过调节屏蔽层绕组的圈线来调整抗电磁干扰能力。

所述的三明治绕法还具有以下优点：

1)三明治绕法可以减少变压器的漏感，从而降低电压尖峰，使开关管的电压应力降低，漏感的降低也可以有效吸收回路中的损耗及降低初级绕组与次级绕组之间的交流损耗。

2)改善EMI：由开关管与地之间产生的共模干扰电流也可以降低，从而改善EMI；由于在内层初级绕组与外层初级绕组之间加入了一个次级绕组，所以减少了变压器初级的层间分布电容，而层间电容的减少，就会使电路中的寄生振荡减少，同样可以降低开关管与次级整流管的电压电流应力，改善EMI(测试的数据曲线图见图4所示)。

3)通过调整屏蔽层绕组的圈数，可以有效的降低存在于初级绕组与次级绕组之间的分布电容，从而在未设Y电容的情况下达到减小共模噪声干扰的效果。

4)通过减少一个屏蔽层(注：上述三明治绕法较现有技术中少一个屏蔽层)，在满足EMI测试的同时，可以有效的提高效率。

本发明的三明治绕法可通过调节屏蔽绕组，以及在输出端增加一个共模电感L2，可以达到在未设置Y电容的情况下，达到Y电容的效果，其能效转换效率较高达到欧盟和美国六级能效要求。

此雷击电路元件简单，可以降低成本，并且只需占用产品较少的空间。

Claims (6)

1.一种应用于大功率电源适配器中的抗雷击电路，包括电源输入端和整流电路，其特征在于：在所述电源输入端与整流电路之间设有低成本的分离元件组成且可替代Y电容功能的抗雷击浪涌的电路模块，该电路模块由防雷保险丝、压敏电阻、热敏电阻、X电容、多个电阻和共模电感构成，其中，

压敏电阻的一端通过防雷保险丝接于电源输入L端，其另一端与热敏电阻的一端相接并共接于电源输入N端；

X电容的一端通过防雷保险丝接于电源输入L端，其另一端接于热敏电阻的另一端；

电阻R1、电阻R2串接后并接于所述X电容的两端；

电阻R1A、电阻R2A串接后并接于所述X电容的两端；

共模电感连接在整流电路与X电容之间往返回路中。

2.根据权利要求1所述的应用于大功率电源适配器中的抗雷击电路，其特征在于：所述电路模块可抗的雷击浪涌电压不小于4kV。

3.一种大功率电源适配器，其特征在于：在其电源输入端与整流电路之间设置有权利要求1或2所述的应用于大功率电源适配器中的抗雷击电路。

4.根据权利要求3所述的大功率电源适配器，其特征在于：所述电源适配器中的变压器采用EE22骨架，各绕组由内向外依次按内层初级绕组、反馈层绕组、次级绕组、屏蔽层绕组和外层初级绕组构成。

5.根据权利要求4所述的大功率电源适配器，其特征在于：所述内层初级绕组、反馈层绕组、屏蔽层绕组和外层初级绕组同向绕制，所述次级绕组与其它各组绕组的绕制方向相反。

6.根据权利要求5所述的大功率电源适配器，其特征在于：该电源适配器输出功率为18W。