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開關電源設計的噪聲降低法

來源:深圳市譽爍鑫電子有限公司發表時間:2017-01-19

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

        1 電路和器件的選擇
  一個關鍵點是保持dv/dt和di/dt在較低水平,有許多電路通過減小dv/dt和/或di/dt來減小輻射,這也減輕了對開關管的壓力,這些電路包括ZVS(零電壓開關)、ZCS(零電流開關)、共振模式.(ZCS的一種)、SEPIC(單端初級電感轉換器)、CK(一套磁結構,以其發明者命名)等。
  減小開關時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,最終可以觀察到不斷減弱的回程。使用軟開關技術,雖然會稍微降低效率,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
  為了保護開關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。阻尼器連到有問題的線圈上,這也可以減小發射。
  阻尼器有多種類型: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 磁性元件有關問題及解決方案
  特別需注意的是電感和變壓器的磁路要閉合。例如,用環形或無縫磁芯,環形鐵粉芯適合于存儲磁能的場合,若在磁環上開縫,則需一個完全短路環來減小寄生泄漏磁場。
  初級開關噪聲會通過隔離變壓器的線圈匝間電容注入到次級,在次級產生共模噪聲,這些噪聲電流難以濾除,而且由于流過路徑較長,便會產生發射現象。
  一種很有效的技術是將次級地用小電容連接到初級電源線上,從而為這些共模電流提供一條返回路徑,但要注意安全,千萬別超出安全標準標明的總的泄漏地電流,這個電容也有助于次級濾波器更好的工作。
  線圈匝間屏蔽(隔離變壓器內)可以更有效地抑制次級上感應的初級開關噪聲。雖然也曾有過五層以上的屏蔽,但三層屏蔽更常見??拷跫壘€圈的屏蔽通常連到一次電源線上,靠近次級線圈的屏蔽經常連到公共輸出地(若有的話),中間屏蔽體一般連到機殼。在樣機階段最好反復實驗以找到線圈匝間屏蔽的最好的連接方式。
  以上兩項技術也能減小輸入端上感應的次級開關噪聲。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,因此可以產生很強的發射。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射水平。
  較好的做法是:把它們連到一恰當的電路結點——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關管上,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。
  散熱片也可以通過電容連到有危險電壓的線上,電容的引線和PCB軌線構成的電感可能會與電容 “諧振”,這可對解決某些特殊頻率上的問題特別有效。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,最好使用快速軟開關型號的器件。

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