[发明专利]一种电源的隔离转换电路

说明书

技术领域

本发明涉及医疗电源技术领域，尤其涉及一种电源的隔离转换电路。 

背景技术

医疗电源作为行业内高档电源之一，在其性能要求中，对电磁兼容要求及电源的稳定性要求是最重要的，在当前的医疗电源设计中，为了扩大使用范围，很多设计者都将电源的输入扩展当成设计方向之一，其中就有使用在汽车方面的医疗电源的设计。 

但这种设计中，面临了一个非常棘手的问题，汽车的火花干扰。我们知道，汽车在发动机工作的过程中，不但有发电机的电磁干扰，更有几万伏的火花塞点火干扰，这种干扰是很强的；另外汽车中的各种机电运行设备都产生极强的辐射干扰、主电路传导干扰，使医疗设备在正常工作时受到烦人的干扰，甚至无法正常工作、使医生产生误判。 

然而，汽车供电时的干扰解决技术的难点却不仅仅如此，更麻烦的是，各汽车的差异，新旧汽车的差异。汽车使用一段时间后，电机产生的火花、各电路产生的漏电干扰、发动机干扰等，都会发生重大变化，电磁干扰呈几何级上升。所以在这些电路的设计中，在现有市场的类似产品中，几乎所有遇到的现象是：试验时完全OK，但使用一段时间后就无法使用，或者在另一台汽车上就无法使用了。 

传统的医疗电源一般分EMC、PFC、电源主拓扑、次级整流稳压（简称整流稳压）几部分，有的电源虽然在描述上与上述表达不同，但都是这几部分。 

EMC是电磁干扰滤除部分； 

PFC是功率因数纠正部分；

电源主拓扑是核心的转换电路部分；

整流稳压是优化输出电流部分；

为了实现汽车供电，目前的电源都在主拓扑部分后面设计成DC转换，将整流与DC/DC放在一起形成复合电路，称为DC转换。

这样，当市电无输入时，将汽车输入接口引入汽车供电系统，DC转换电路就能实行各种转换的工作了，医疗设备也就可以用汽车供电了。虽然上述方式能解决汽车供电，但却正是这种方式，使汽车供电的干扰直接进入了医疗设备，造成很大的影响。 

为了解决这一现象，有的高档医疗电源，将AC输入部分的EMC部分增加在DC转换电路前面，以达到在一定程度上吸收内外干扰互串的问题。但相对汽车干扰，因其主要滤除的是高频干扰，对汽车的高低频复合干扰，其吸收作用就显得太弱小了，汽车强大的火花干扰几乎无阻地进入了医疗电源，并能通过电源进入医疗设备。 

我们知道，干扰的方式很多，但大体可分为传导、辐射和环路干扰三种主要形式。 

对于传导干扰，可以加装EMC电路消除干扰； 

对于辐射干扰，可以采取加屏蔽层的方式消除干扰。

对于环路干扰，因其过程复杂，产生的原因也复杂，在各种干扰间，只要构成了闭合环路，就会出现干扰。这种干扰最难消除，同时，它和电路接线长短、PCB走线的方式等都有关系，大致认为，等于1/4波长的线长，接受的干扰最大。 

例如，辐射与地线之间的环路干扰，如图1所示。 

从图中我们可以看到，这种环路干扰，主要是通过辐射与地线的回路产生的；一般在低压供电时，我们都是用非隔离DC/DC方式，这就会出现某种形式的环路干扰，而很难避开。实践证明了这一点，在调试中，经辐射而产生的环路干扰，是无法消除的干扰，有时用电部分不采用公用电源，即使用电池供电，只要接上地线，马上就出现了很强的干扰。断开地线，干扰消失。这证明，只要能将地线隔离开来，就能有效的消除这种干扰。 

理论上，只要设计一个隔离电能传输电路，如图2所示，就可以达到消除这种干扰的目的。但实际设计时，却面临了很多问题，主要包括：隔离本身产生的干扰问题。 

图3是常见的采用汽车电源作为医疗电源的结构框图，可见，为了消除干扰，在汽车电源与DC转换之间加了隔离转换。 

为了对直流电进行隔离，我们必须对它进行斩波、整形，将直流电变成交流电。再由变压器进行隔离传输电能(虽然有另外的一些方式，例如光能传输、热能传输等，但因效率低、寿命短、设备庞大而受到极大的限制)；在这个过程中，电源本身又产生了很多谐波干扰，这是一个矛盾。 

为了解决这个问题，在隔离传输中，大家都设计成谐振方式，采用ZVS(零电压导通、下一个零电压或者零电流截止)模式来达到最大消除干扰的目的，这时，转换电路工作在正弦波状态，谐波最少，理论上完全无谐波。 

图4是目前效果最好的ZVS电路之一，我们先看一下这种设计的工作原理： 

图4包括：常用ZVS的工作原理示意图，参考点A的电流变化图和电压变化图，Q1、Q2为开关管，C1为谐振电容，L1为谐振电感，A点是电气参考点；