開(kāi)關(guān)電源設計的噪聲降低法

開(kāi)關(guān)電源的特征就是產(chǎn)生強電磁噪聲,若不加嚴格控制,將產(chǎn)生極大的干擾。下面介紹的技術(shù)有助于降低開(kāi)關(guān)電源噪聲,能用于高靈敏度的模擬電路。

        1 電路和器件的選擇

  一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是保持dv/dt和di/dt在較低水平,有許多電路通過(guò)減小dv/dt和/或di/dt來(lái)減小輻射,這也減輕了對開(kāi)關(guān)管的壓力,這些電路包括ZVS(零電壓開(kāi)關(guān))、ZCS(零電流開(kāi)關(guān))、共振模式.(ZCS的一種)、SEPIC(單端初級電感轉換器)、CK(一套磁結構,以其發(fā)明者命名)等。

  減小開(kāi)關(guān)時(shí)間并非一定就能引起效率的提高,因為磁性元件的RF振蕩需要強損耗的緩沖,最終可以觀(guān)察到不斷減弱的回程。使用軟開(kāi)關(guān)技術(shù),雖然會(huì )稍微降低效率,但在節省成 本和濾波/屏蔽所占用空間方面有更大的好處。

  2 阻尼

  為了保護開(kāi)關(guān)管免受由于寄生參數等因素引起的振蕩尖峰電壓的沖擊常需要阻尼。阻尼器連到有問(wèn)題的線(xiàn)圈上,這也可以減小發(fā)射。

  阻尼器有多種類(lèi)型:從EMC角度看,RC阻尼器通常在EMC上是最好的,但比其他的發(fā)熱多一些。權衡各方面的利弊,在緩沖器中應謹慎使用感性電阻。

        3 磁性元件有關(guān)問(wèn)題及解決方案

  特別需注意的是電感和變壓器的磁路要閉合。例如,用環(huán)形或無(wú)縫磁芯,環(huán)形鐵粉芯適合于存儲磁能的場(chǎng)合,若在磁環(huán)上開(kāi)縫,則需一個(gè)完全短路環(huán)來(lái)減小寄生泄漏磁場(chǎng)。

  初級開(kāi)關(guān)噪聲會(huì )通過(guò)隔離變壓器的線(xiàn)圈匝間電容注入到次級,在次級產(chǎn)生共模噪聲,這些噪聲電流難以濾除,而且由于流過(guò)路徑較長(cháng),便會(huì )產(chǎn)生發(fā)射現象。

  一種很有效的技術(shù)是將次級地用小電容連接到初級電源線(xiàn)上,從而為這些共模電流提供一條返回路徑,但要注意安全,千萬(wàn)別超出安全標準標明的總的泄漏地電流,這個(gè)電容也有助于次級濾波器更好的工作。

  線(xiàn)圈匝間屏蔽(隔離變壓器內)可以更有效地抑制次級上感應的初級開(kāi)關(guān)噪聲。雖然也曾有過(guò)五層以上的屏蔽,但三層屏蔽更常見(jiàn)?拷跫壘(xiàn)圈的屏蔽通常連到一次電源線(xiàn)上,靠近次級線(xiàn)圈的屏蔽經(jīng)常連到公共輸出地(若有的話(huà)),中間屏蔽體一般連到機殼。在樣機階段最好反復實(shí)驗以找到線(xiàn)圈匝間屏蔽的最好的連接方式。

  以上兩項技術(shù)也能減小輸入端上感應的次級開(kāi)關(guān)噪聲。適當大小的輸出電感可以將次級交流波形變成半正弦波,因此可以顯著(zhù)地減小變壓器繞組間噪聲(直流紋波).

  4 散熱器

  散熱器與集電極或TO247功率器件的漏極之間有50pF的電容,因此可以產(chǎn)生很強的發(fā)射。僅僅直接地把散熱片連到機殼,這只是把噪聲引向大地,很可能不能減小總體發(fā)射水平。

  較好的做法是:把它們連到一恰當的電路結點(diǎn)——一次整流輸出端,但要注意安全要求。具有屏蔽作用的絕緣隔離片可以連接到開(kāi)關(guān)管上,把它們屏蔽內層接至一次整流端,散熱片要么懸浮要么連到機殼。

  散熱片也可以通過(guò)電容連到有危險電壓的線(xiàn)上,電容的引線(xiàn)和PCB軌線(xiàn)構成的電感可能會(huì )與電容 “諧振”,這可對解決某些特殊頻率上的問(wèn)題特別有效。應該在樣機上多次試驗,最終找到散熱片的最佳安裝方法。

  5 整流器件

  用于一次電源上的整流器和二次整流器,因為其反向電流,可以引起大量的噪聲,最好使用快速軟開(kāi)關(guān)型號的器件。

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