開關(guān)電源不需要沉重的電源變壓器,具有體積小、重量輕、效率高的優(yōu)點,且市場上已有成品開關(guān)電源集成控制模塊,使電源設(shè)計、調(diào)試簡化許多,所以,在大多數(shù)的電子設(shè)備(如計算機、電視機及各種控制系統(tǒng))中得到了廣泛的應(yīng)用。然而,開關(guān)電源自身產(chǎn)生的各種噪聲卻形成了一個很強的電磁干擾源。這些干擾隨著開關(guān)頻率的提高、輸出功率的增大而明顯地增強,對電子設(shè)備的正常運行構(gòu)成了潛在的威脅。因此,只有提高開關(guān)電源的電磁兼容性,才能使開關(guān)電源在那些對電源噪聲指標有嚴格要求的場合下被采用。
本文引用地址:開關(guān)電源產(chǎn)生噪聲的原因
開關(guān)電源的種類很多,按變換器的電路結(jié)構(gòu)可分為串并聯(lián)式和直流變換式兩種;按激勵方式可分為自激和它激兩種;按開關(guān)管的組合可分為橋式、半橋式、推挽式等。但無論何種類型的開關(guān)電源都是利用半導體器件的開和關(guān)工作的,并以開和關(guān)的時間比來控制輸出電壓的高低。由于它通常在20kHz以上的開關(guān)頻率下工作,所以電源線路內(nèi)的dv/dt、di/dt很大,產(chǎn)生很大的浪涌電壓、浪涌電流和其它各種噪聲。它們通過電源線以共?;虿钅7绞较蛲鈧鲗?,同時還向周圍空間輻射噪聲。圖1給出了一種典型的開關(guān)電源電路的簡圖,下面以此為例分析其產(chǎn)生噪聲的主要原因。
一次整流回路的噪聲
在一次整流回路中,整流二極管D1~D4只有在脈動電壓超過C1的充電電壓的瞬間,電流才從電源輸入側(cè)流入。所以,一次整流回路產(chǎn)生高次畸變波,形成噪聲。
開關(guān)回路的噪聲
一是電磁輻射。電源在工作時,開關(guān)管T處于高頻率通斷狀態(tài),在由脈沖變壓器初級線圈L、開關(guān)管T和濾波器C構(gòu)成的高頻電流環(huán)路中,可能會產(chǎn)生較大的空間輻射噪聲。如果C的濾波不足,則高頻電流還會以差模方式傳導到交流電源中去。二是感性負載引起的浪涌電壓。在開關(guān)回路中開關(guān)管T的負載是脈沖變壓器的初級線圈L,是感性負載,所以開關(guān)管在通斷時,在脈沖變壓器的初級線圈的兩端會出現(xiàn)較高的浪涌電壓,很可能造成與此同一回路的電子器件(尤其是開關(guān)管T)的損壞。
二次整流回路的噪聲
一是電磁輻射。電源在工作時,整流二極管D也處于高頻通斷狀態(tài),由脈沖變壓器次級線圈L、整流二極管D和濾波電容C構(gòu)成了高頻開關(guān)電流環(huán)路,可能向空間輻射噪聲。如果電容C濾波不足,則高頻電流將以差模形式混在輸出直流電壓上,影響負載電路的正常工作。
二次整流回路的噪聲
二是浪涌電流。硅二極管在正向?qū)〞rPN結(jié)內(nèi)的電荷被積累,二極管加反向電壓時積累的電荷將消失并產(chǎn)生反向電流。由于二次整流回路中D在開關(guān)轉(zhuǎn)換時頻率很高,即由導通轉(zhuǎn)變?yōu)榻刂沟臅r間很短,在短時間內(nèi)要讓存儲電荷消失就產(chǎn)生反電流的浪涌。由于直流輸出線路中的分布電容、分布電感的存在,使因浪涌引起的干擾成為高頻衰減振蕩。
控制回路的噪聲
控制回路中的脈沖控制信號是主要的噪聲源。
分布電容引起的噪聲
一是Ci的作用。散熱片K與開關(guān)管T的集電極間雖然有絕緣墊片,但由于其接觸面較大,絕緣墊較薄,因此兩者之間的分布電容Ci在高頻時不能忽略。因此高頻電流會通過Ci流到散熱片上,再流到機殼地,最終流到與機殼地相連的交流電源的保護地線PE中,以產(chǎn)生共模輻射。二是Cd的作用。脈沖變壓器的初、次級之間存在的分布電容Cd,可能會將原邊高頻電壓直接耦合到副邊上去,在副邊用作直流輸出的兩條電源線上產(chǎn)生同相位的共模噪聲。
開關(guān)電源的電磁兼容性設(shè)計
抑制開關(guān)電源的噪聲可采取三方面的技術(shù)。
一、是減小干擾源的干擾能量;
二、是破壞干擾路徑;
三、是采用屏蔽。
減小干擾源能量
由于開關(guān)電源的干擾源是不可能消除的,所以減小干擾源的能量就顯得非常必要。一般采取的措施有:
?。?)并接RC電路。在開關(guān)管T兩端加RC吸收電路;在二次整流回路中的整流二極管D兩端加RC吸收電路,抑制浪涌電壓。
?。?)串接可飽和磁芯線圈。在二次整流回路中,與整流二極管D串接帶可飽和磁芯的線圈,可飽和磁芯線圈在通過正常電流時磁芯飽和,電感量很小,不會影響電路正常工作;一旦電流要反向流過時,磁芯線圈將產(chǎn)生很大的反電勢,阻止反向電流的上升,因此將它與二極管D串聯(lián)就能有效地抑制二極管D的反向浪涌電流。目前已有超小型非晶型磁環(huán)成品,可以直接套在二極管的正極引線上,使用方便。
破壞干擾路徑
一是針對開關(guān)電源中分布電容引起的電場噪聲采取措施。主要抗干擾措施有:
?。?)減少開關(guān)管集電極和散熱片之間的耦合電容Ci。選用低介電常數(shù)的材料作絕緣墊,加厚墊片的厚度,并采用靜電屏蔽的方法,。
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