用于功率适配器的直流(DC)总线电磁干扰(EMI)滤波

摘要

示例功率适配器包括整流器，该整流器被配置为将AC总线上的输入交流(AC)功率信号转换为输入DC总线上的输入直流(DC)功率信号；分离差模(DM)扼流圈，其连接到输入DC总线，其中分离DM扼流圈包括在输入DC总线的高侧的第一DM扼流圈和在输入DC总线的低侧的第二DM扼流圈；开关模式功率转换器，其被配置为使用输入DC功率信号在输出DC总线上输出输出DC功率信号。

说明书

背景技术

功率适配器可以提供电力以促进电子设备的操作和/或电子设备的电池充电。例如，功率适配器可以被连接到交流(AC)市电功率信号(例如，120伏或240伏插座)并生成提供给电子设备的直流(DC)功率信号。

发明内容

一般而言，本公开的方面涉及具有电磁干扰(EMI)滤波器的功率适配器。功率适配器可包括整流器，诸如二极管电桥，其将AC功率信号转换(例如，整流)为DC功率信号。提供给整流器的AC功率信号可能包含各种类型的EMI，诸如共模(CM)噪声和差模(DM)噪声。因此，一些功率适配器在整流器的交流侧包括EMI滤波器组件。这些EMI滤波器组件可能必须具有相当大的尺寸(例如，体积)以便耐受操作。包括大型EMI滤波器组件可能增加功率适配器的整体尺寸，这可能是不可取的。例如，大型功率适配器可能需要尾纤连接器或可能会阻塞其他插座。

根据本公开的一种或多种技术，功率适配器可以包括被定位在整流器的DC侧上的EMI滤波器部件。例如，功率适配器可以在整流器的DC侧包括一个或多个DM滤波组件和/或一个或多个CM滤波组件。通过将EMI滤波器组件放置在整流器的直流侧，可以使用更小尺寸的组件，同时仍能实现类似的EMI滤波性能。以此方式，本公开的方面可以实现功率适配器尺寸的减小。

作为一个示例，功率适配器包括整流器，其被配置为将AC总线上的输入交流(AC)功率信号转换为输入DC总线上的输入直流(DC)功率信号；分离差模(DM)扼流圈，其连接到所述输入DC总线，其中所述分离DM扼流圈包括在所述输入DC总线的高侧的第一DM扼流圈和在所述输入DC总线的低侧的第二DM扼流圈；开关模式功率转换器，其被配置为使用所述输入DC功率信号在输出DC总线上输出输出DC功率信号。

作为另一示例，一种方法包括通过整流器将AC总线上的输入AC功率信号转换为输入DC总线上的输入DC功率信号；通过连接到所述输入DC总线的分离DM扼流圈滤波所述输入DC总线上的差模噪声，其中所述分离DM扼流圈包括在所述输入DC总线的高侧的第一DM扼流圈和在所述输入DC总线的低侧的第二DM扼流圈；并且通过开关模式功率转换器并使用所述输入直流DC信号生成输出DC功率信号以在输出直流总线上输出。

作为另一示例，一种系统包括功率适配器，该功率适配器包括：整流器，其被配置为将AC总线上的输入AC功率信号转换为输入DC总线上的输入DC功率信号；分离DM扼流圈，其连接到所述输入DC总线，其中所述分离DM扼流圈包括在所述输入DC总线的高侧的第一DM扼流圈和在所述输入DC总线的低侧的第二DM扼流圈；开关模式功率转换器，其被配置为使用所述输入DC功率信号在输出DC总线上输出输出DC功率信号；计算设备，其被配置为通过所述输出DC总线接收所述输出DC功率信号。

一个或多个示例的细节在附图和下面的描述中阐述。本公开的其他特征、目的和优点将从描述和附图以及从权利要求中显而易见。

附图说明

图1是示出根据本公开的一个或多个方面的包括一个或多个EMI滤波器组件的功率适配器的框图。

图2是示出根据本公开的一个或多个方面的包括一个或多个EMI滤波器组件的功率适配器的框图。

图3A和图3B是示出根据本公开的一个或多个方面的流过功率适配器的电流的曲线图。

图4是示出根据本公开的一个或多个方面的包括一个或多个EMI滤波器组件的功率适配器的框图。

图5是示出根据本公开的一个或多个方面的包括一个或多个EMI滤波器组件的功率适配器的框图。

图6至8是示出根据本公开的一个或多个方面的示例功率适配器的框图，该示例功率适配器包括一个或多个EMI滤波器组件以及一个或多个消除电容器。

图9是示出根据本公开的一个或多个方面的功率适配器的示例操作的流程图。

具体实施方式

图1是示出包括一个或多个EMI滤波器组件的功率适配器的框图。如图1所示，功率适配器100包括交流(AC)电源2、电容器4、共模(CM)滤波器组件6、差模(DM)滤波器组件8、整流器10、电容器12、功率转换器13、电容器28和负载32。

AC电源2可以表示向功率适配器100提供AC功率信号的任何AC电源。例如，AC电源2可以表示功率适配器100的连接器，其被配置为插入到主电源插座(例如，家用电源插座)。在一些示例中，AC电源2的连接器可以从功率适配器100移除(例如，以便于换出以适应不同的插头样式)。

电容器4可以表示x电容器，因为电容器4跨AC电源2连接(例如，跨线路“L”和中性线“N”信号)。电容器4可以是薄膜电容器并且可以被设计尺寸以处理标准输入电压(例如，120伏、240伏等)。

CM滤波器部件6可以被配置为从由AC电源2提供的AC功率信号中滤除或以其他方式抑制CM噪声。CM滤波器部件6可以包括CM扼流圈L

DM滤波器组件8可以被配置为从由AC电源2提供的AC功率信号中滤除或以其他方式抑制DM噪声。在一些示例中，DM滤波器组件8可以包括电感器L

整流器10可以被配置为将交流(AC)总线上的输入AC功率信号转换成输入直流(DC)总线上的输入DC功率信号。例如，如图1所示，整流器10可以将AC功率信号V

电容器12可以表示被定位在整流器10的输出上的电容器。因此，电容器12(C

功率适配器100可以包括功率转换器13，其可以被配置为输出DC功率信号以供诸如负载32的负载使用。功率转换器13可以是任何类型的开关模式功率转换器(例如，DC到DC功率转换器)。如图1的示例所示，功率转换器13可以是包括电容器14、电阻器16、二极管18、开关20(例如MOSFET)、变压器22、二极管24和电容器26的反激式功率转换器。然而，功率转换器13可以替代地是降压、升压、降压-升压、cuk或任何其他类型的DC/DC功率转换器。功率转换器13可以从输入DC总线接收功率输入DC功率信号并且在输出DC总线上输出DC功率信号。如图1所示，输出DC总线的低侧可以被称为信号地(SGND)。

负载32可以表示DC电能的任何消费者。例如，负载32可以表示功率适配器100的连接器(例如，诸如插头、插座等的负载连接器)，其被配置为连接到电子设备(或然后连接到电子设备的中间电缆)。作为一个具体示例，负载32可以表示通用串行总线(USB)插座，诸如USB C型连接器。

如上所述和如图1所示，CM滤波器组件6和DM滤波器组件8两者都位于功率适配器100的整流器10的AC侧。由于整流器10(二极管电桥)的操作期间，输入电流(i

根据本公开的一个或多个方面，一个或多个EMI滤波器组件(例如，CM滤波器组件6和DM滤波器组件8中的一个或多个)可以移动到整流器10的DC侧。作为一个示例，与诸如图1所示的包括连接到AC总线的高侧和低侧两者的CM扼流圈相反，CM滤波器组件6可以包括连接到DC总线的高侧和低侧两者的CM扼流圈，诸如如图2所示。作为另一示例，与诸如图1所示的包括在AC总线的高侧的电感器相反，DM滤波器组件8可以包括在DC总线的高侧的电感器，诸如图2所示。作为另一示例，与诸如图1中的电容器4的包括跨AC总线的高侧和低侧的X电容器相反，功率适配器可以包括跨DC总线的高侧和低侧的电容器，诸如图2中的电容器34。

将一个或多个组件移动至整流器10的直流侧可以呈现一个或多个优点。作为一个示例，如下文进一步详细讨论的，DC侧的CM扼流圈的磁芯的尺寸(例如，体积)可以小于AC侧的扼流圈的磁芯的尺寸。作为另一示例，与跨AC总线的高侧和低侧的电容器相反，较小尺寸(例如，体积)的电容器可用于跨DC总线的高侧和低侧的电容器。以此方式，本公开的技术允许使用更小的组件，这可允许减小功率适配器的尺寸。通过减小功率适配器的尺寸，本公开的技术可以使相对较小的功率适配器能够提供更大量的功率。例如，与只能为移动电话供电(例如，15瓦)相反，两平方英寸的功率适配器可能能够为笔记本电脑供电(例如，60瓦)。

图2是示出根据本公开的一个或多个方面的包括一个或多个EMI滤波器组件的功率适配器的框图。AC电源2、整流器10、电容器12、功率转换器13、电容器28和功率适配器200的负载32可以被配置为执行类似于AC电源2、整流器10、电容器12、功率转换器13、电容器28和图1的功率适配器100的负载32的操作。

与图1的功率适配器100相反，图2的功率适配器200包括在整流器10的直流(DC)侧上的共模(CM)和差模(DM)电磁干扰(EMI)滤波器组件30。例如，如图2所示，滤波器组件30包括跨DC总线的高侧和低侧连接的CM滤波器组件6’和位于DC总线高侧的DM滤波器组件8’。

也如图2所示，功率适配器200包括电容器34(C

图2进一步示出了路径36和38。路径36可以表示线路频率电流纹波的路径(例如，在由AC电源2表示的电网中)。路径38可以表示通过(例如，开关20的)切换产生的开关频率电流纹波的路径。如路径36所示，来自AC侧的电流纹波将主要流经电容器12(例如，因为电容器34的电容远小于电容器12的电容)。如路径38所示，开关电流纹波(例如，由开关20感应的纹波)将主要流经电容器34(例如，因为与电容器34的阻抗相比，DM滤波器组件8的电感器可能具有相对高的阻抗)。例如，电容器34可以抑制由开关20引起的高频噪声，而电容器12可以抑制由开关20引起的低频噪声。

作为路径36和38的结果，流过CM滤波器组件6和DM滤波器组件8的电感器的电流几乎是具有小峰值和RMS值的恒定DC分量。由于电流(即，i

图3A和图3B是示出根据本公开的一个或多个方面的流过功率适配器的电流的曲线图。图3A示出流过功率适配器的AC侧，诸如图1的功率适配器100的AC侧并注释为i

如上所述，图1的功率适配器100的电容器4(即x电容器)可以是薄膜电容器。此类位置(即，跨AC连接的线路和中性连接器)的电容器可能需要使用薄膜电容器。然而，由于电容器34不在此位置，因此不适用使用薄膜电容器的要求。因此，电容器34可以是除薄膜电容器之外的电容器类型。例如，电容器34可以是陶瓷电容器。由于陶瓷电容器比具有等效电容的薄膜电容器小，因此与功率适配器100相比，使用电容器34并省略电容器4(例如，如图2所示)可以使功率适配器200的尺寸减小。

图4是示出根据本公开的一个或多个方面的包括一个或多个EMI滤波器组件的功率适配器的框图。AC电源2、整流器10、电容器12、功率转换器13、电容器28和功率适配器200的负载32可以被配置为执行类似于图1的AC电源2、整流器10、电容器12、功率转换器13、电容器28和功率适配器100的负载32的操作。

类似于图2的功率适配器200，图4的功率适配器400包括在整流器10的DC侧上的EMI滤波器组件40。然而，与功率适配器200相反，功率适配器400的EMI滤波器组件40省略了CM扼流圈(例如，省略了CM滤波器组件6’)并且将DM滤波器组件8’拆分为分离DM扼流圈，其带有组件8’A和8’B。换句话说，EMI滤波器部件40包括连接到DC总线的分离DM扼流圈，分离DM扼流圈包括在DC总线的高侧上的第一DM扼流圈(例如，组件8’A)和在DC总线的低侧上的第二DM扼流圈(组件8’B)。

即使功率适配器400省略了CM扼流圈，DM组件8’A和8’B仍然可以提供一些共模噪声滤波。因此，DM组件8’A和8’B可以提供CM和DM噪声衰减能力。对于DM噪声，DM组件8’A和8’B可以作为电感值等于2L

图5是示出根据本公开的一个或多个方面的包括一个或多个EMI滤波器组件的功率适配器的框图。AC电源2、整流器10、电容器12、功率转换器13、电容器28和功率适配器200的负载32可以被配置为执行类似于图1的AC电源2、整流器10、电容器12、功率转换器13、电容器28和功率适配器100的负载32的操作。此外，图5的功率适配器500的DM组件8’A和8’B可以执行类似于图4的功率适配器400的DM组件8’A和8’B的操作。

类似于图4的功率适配器400，图4的功率适配器400包括整流器10的DC侧上的EMI滤波器部件50，其包括分离DM扼流圈。然而，与EMI滤波器组件40相反，EMI滤波器组件50包括CM扼流圈。换言之，EMI滤波器组件50包括连接到DC总线的CM扼流圈(例如，CM滤波器组件6’)。

EMI滤波器组件50对于CM噪声可以具有高噪声衰减能力。例如，包括CM扼流圈和分离DM扼流圈两者可得到等于L

对于实际组件(例如，非理想组件)，电感器的高频性能可能因其寄生参数而受到限制。例如，电感器可以在高频下作为电容器操作，并且电感器的寄生电容可以建模为等效并联电容(EPC)，它与电感器的电感L并联。此外，电感器的功率损耗可以被建模为等效并联电阻器(EPR)，它也与电感器的电感L并联。电感器的EPC和EPR将绕过噪声电流，这可能会损害诸如EMI滤波器的噪声滤波器的性能。

在功率适配器中，高频CM噪声在高频下可能很严重。在某些情况下，如果不加以解决，则高频CM噪声甚至可能违反EMI标准(例如，IEC 61000标准、FCC Part 15等)，尤其是对于具有更高开关频率的适配器。因此，可能需要改进高频CM噪声滤波能力(例如，CM扼流圈性能)。

CM噪声滤波能力可以通过取消一些扼流圈的寄生参数来提高。例如，通过取消或减少扼流圈的EPC，可以提高CM噪声滤波能力(特别是在高频下)。

根据本公开的一种或多种技术，功率适配器可以包括连接在EMI滤波器组件和功率适配器的功率转换器(例如，SGND)的输出的低侧之间的一个或多个消除电容器。例如，功率适配器可以包括连接在CM扼流圈的绕组的中点和功率转换器的输出的低侧之间的电容器。通过包括这样的电容器，可以取消CM扼流圈的EPC。以此方式，本发明的技术可在较高切换频率下改进CM噪声滤波能力。

图6至8是示出根据本公开的一个或多个方面的示例功率适配器的框图，该示例功率适配器包括一个或多个EMI滤波器组件以及一个或多个消除电容器。图6至8的功率适配器分别对应于图2、4和5的功率适配器，除了添加了一个或多个消除电容器以及EPC和EPR的描述。

如图6所示，功率适配器200’包括类似于图2的功率适配器200的组件。也如图6所示，CM滤波器组件6’的CM扼流圈被图示为包括EPR1和EPC1，而DM滤波器元件8’的DM扼流圈被图示为包括EPR2和EPC2。应该理解，EPR1和EPC1表示CM扼流圈的等效并联电阻和等效并联电容，并且实际上并不是独立的电路元件。同样，EPR2和EPC2表示DM扼流圈的等效并联电阻和等效并联电容，并且实际上并不是独立的电路元件。此外，CM滤波器组件6’的CM扼流圈的绕组被图示为在低侧的一点处具有抽头，该点可以是中点。

如上所述并且根据本公开的一种或多种技术，功率适配器200’可以包括连接到CM扼流圈的低侧和输出DC总线的低侧的中点的消除电容器。例如，如图6所示，消除电容器66(C

如图7所示，功率适配器400’包括类似于图4的功率适配器400的组件。也如图7所示，DM滤波器组件8’A和8’B的DM扼流圈被图示为包括EPR和EPC。应该理解，EPR和EPC表示DM扼流圈的等效并联电阻和等效并联电容，并且实际上并不是独立的电路元件。此外，DM滤波器组件8’A和8’B的DM扼流圈的绕组被图示为在中点具有抽头。

如上所述并且根据本公开的一个或多个技术，功率适配器400’可以包括连接到第一DM扼流圈的中点和输出DC总线的低侧的第一消除电容器，以及连接到第二DM扼流圈的中点和输出DC总线的低侧的第二消除电容器。例如，如图7所示，第一消除电容器68A(C

如图8所示，功率适配器500’包括类似于图5的功率适配器500的组件。如上所述并且根据本公开的一种或多种技术，功率适配器500’可以包括连接到CM扼流圈的低侧和输出DC总线的低侧的中点的消除电容器。例如，如图8所示，消除电容器66(C

在图6至8中可以看出，这里描述的EPC消除技术可能不需要存在接地连接。因此，这里描述的EPC消除技术可以在只有两个引脚的功率适配器上实现(尽管它们可以同样适用于具有三个引脚的功率适配器)。

图9是示出根据本公开的一个或多个方面的功率适配器的示例操作的流程图。图9的操作可由诸如图4的功率适配器400、图5的功率适配器500、图7的功率适配器400’或图8的功率适配器500’的功率适配器的一个或多个组件执行。

功率转换器的整流器可以将AC总线上的输入交流(AC)功率信号转换成输入DC总线上的输入直流(DC)功率信号(902)。例如，整流器10可以将从整流器10的AC侧的AC电源2接收的输入AC功率信号转换成整流器10的DC侧的DC功率信号。

如上所述并根据本公开的一种或多种技术，整流器的DC侧的一个或多个EMI滤波组件可以滤波来自DC功率信号的差模(DM)和/或共模(CM)噪声。例如，连接到输入DC总线的分离差模(DM)扼流圈可以滤波输入DC总线上的差模噪声(904)。在一些示例中，分离DM扼流圈可以包括在输入DC总线(例如，8’A)的高侧上的第一DM扼流圈和在输入DC总线的低侧(例如，8’B)上的第二DM扼流圈。

功率转换器可以使用输入DC功率信号生成输出DC功率信号以用于在输出DC总线上输出(906)。例如，功率转换器13可以生成具有为负载选择的电压(例如，5伏、9伏、20伏等)的输出DC功率信号。负载可以是任何电子或计算设备。示例负载包括但不限于移动电话、膝上型电脑、平板电脑、计算棒等。

在一些示例中，功率适配器可以被集成到入墙式插座中。例如，功率适配器可以被放置在接线盒中并且包括一个或多个USB连接器和一个或多个NEMA连接器(例如，NEMA 5-15连接器)。当功率适配器被放置在接线盒中时，功率适配器的尺寸可能根据需要限制以拟合在接线盒内。通过根据本公开配置功率适配器(例如，在整流器的DC侧具有EMI滤波器组件)，集成到入墙式插座中的功率适配器可以实现更大的功率输出水平(例如，从20瓦增加到60瓦)。

以下编号示例可以生成本公开的一个或多个方面：

示例1.一种功率适配器，包括：整流器，所述整流器被配置为将AC总线上的输入交流(AC)功率信号转换为输入DC总线上的输入直流(DC)功率信号；分离差模(DM)扼流圈，所述所述分离DM被连接到所述输入DC总线，其中所述分离DM扼流圈包括在所述输入DC总线的高侧的第一DM扼流圈和在所述输入DC总线的低侧的第二DM扼流圈；以及，开关模式功率转换器，所述开关模式功率转换器被配置为使用所述输入DC功率信号在输出DC总线上输出输出DC功率信号。

示例2.示例1所述的功率适配器，进一步包括：第一消除电容器，所述第一消除电容器被连接到所述第一DM扼流圈的中点和所述输出DC总线的低侧；以及，第二消除电容器，所述第二消除电容器被连接到所述第二DM扼流圈的中点和所述输出DC总线的低侧。

示例3.示例2所述的功率适配器，其中，所述第一消除电容器的电容值约等于所述第一DM扼流圈的等效并联电容的四倍，且其中所述第二消除电容器的电容值约等于所述第二DM扼流圈的等效并联电容的四倍。

示例4.示例3所述的功率适配器，其中，所述第一DM扼流圈的等效并联电容约等于所述第二DM扼流圈的等效并联电容。

示例5.示例1所述的功率适配器，进一步包括：被连接到所述输入DC总线的共模(CM)扼流圈。

示例6.示例5所述的功率适配器，进一步包括：消除电容器，所述消除电容器被连接到所述CM扼流圈的低侧和所述输出DC总线的低侧的中点。

示例7.示例6的功率适配器，其中，所述消除电容器的电容值约等于所述CM扼流圈的等效并联电容的四倍。

示例8.示例1-7中任一项所述的功率适配器，进一步包括：跨所述输入DC总线的高侧和低侧连接的电容器。

示例9.示例8所述的功率适配器，其中，所述电容器包括陶瓷电容器。

示例10.示例8所述的功率适配器，其中，所述设备不包括跨所述AC总线的x电容器。

示例11.示例1至10中任一项所述的功率适配器，进一步包括：所述输出DC总线上的负载连接器。

示例12.示例11的功率适配器，其中，所述负载连接器包括通用串行总线(USB)C型连接器。

示例13.一种方法，包括：通过整流器将AC总线上的输入交流(AC)功率信号转换为输入DC总线上的输入直流(DC)功率信号；通过被连接到所述输入DC总线的分离差模(DM)扼流圈滤波所述输入DC总线上的差模噪声，其中所述分离DM扼流圈包括在所述输入DC总线的高侧的第一DM扼流圈和在所述输入DC总线的低侧的第二DM扼流圈；由开关模式功率转换器并使用所述输入直流DC信号生成输出DC功率信号以在输出直流总线上输出。

示例14.示例13所述的方法，进一步包括：通过被连接到所述第一DM扼流圈的中点和所述输出DC总线的低侧的第一消除电容器消除所述第一DM扼流圈的等效寄生电容；通过被连接到所述第二DM扼流圈的中点和所述输出DC总线的低侧的第二消除电容器消除所述第二DM扼流圈的等效寄生电容。

示例15.示例14所述的方法，其中，所述第一消除电容器的电容值约等于所述第一DM扼流圈的等效并联电容的四倍，且其中所述第二消除电容器的电容值约等于所述第二DM扼流圈的等效并联电容的四倍。

示例16.示例13所述的方法，进一步包括：通过被连接到所述输入DC总线的共模(CM)扼流圈滤波所述输入DC总线上的共模噪声。

示例17.示例16所述的方法，进一步包括：通过被连接到所述CM扼流圈的低侧和所述输出DC总线的低侧的中点的消除电容器来消除所述CM扼流圈的等效寄生电容。

示例18.示例17所述的方法，其中，所述消除电容器的电容值约等于所述CM扼流圈的等效并联电容的四倍。

在本公开中已经描述了各个方面。这些和其他方面在以下权利要求的范围内。