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降低高頻開關(guān)電源噪聲的設(shè)計(jì)方法
發(fā)布者:handler 發(fā)布日期:2019-03-11

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

一、電路和器件的選擇

一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是保持dv/dt在較低水平,有許多電路通過減少dv/dt和/或di/dt來減少輻射,這也減輕了對(duì)開關(guān)管的壓力,這些電路包括ZVS(零電壓開關(guān))、ZCS(零電流開關(guān))、共振模式(ZCS的一種)、SEPIC(單端初級(jí)電壓轉(zhuǎn)換器)、CK(一套結(jié)構(gòu),以其發(fā)明者全名)等。

減少開關(guān)時(shí)間并非一定就能引起效率的提高,榮達(dá)信電源因?yàn)榇判栽腞F振蕩需要強(qiáng)損耗的緩沖,最終可以觀察到不斷減弱的回程。使用軟開關(guān)技術(shù),雖然會(huì)稍微降低效率,但在節(jié)省成本和濾波/屏蔽所占用空間方面有更大的好處。

二、阻尼

為了保護(hù)開關(guān)管免受由于寄生參數(shù)等因素引起的振蕩尖峰電壓的沖擊常需要阻尼,榮達(dá)信電源阻尼器連到有問題的線圈上,這也可以減少發(fā)射。

陰尼器有多種類型:從EMC角度看,RC阻尼器通常在EMC上是最好的,但比其他的發(fā)熱多一些。權(quán)衡名方面的利弊,在緩沖器中應(yīng)謹(jǐn)慎使用感性電阻。

三、磁性元件有關(guān)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(huán)形或無縫磁芯,環(huán)形鐵粉芯適合于存儲(chǔ)磁能的場(chǎng)合,若在磁環(huán)上開縫,則需一個(gè)完全短路環(huán)來減小寄生泄漏磁場(chǎng)。

初級(jí)開關(guān)噪聲會(huì)通過隔離變壓器的線圈匝間電容注入到次級(jí),在次級(jí)產(chǎn)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(zhǎng),便會(huì)產(chǎn)生發(fā)射現(xiàn)象。

一種很有效的技術(shù)是將次級(jí)地用小電容連接到初級(jí)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(biāo)準(zhǔn)標(biāo)明的總的泄漏地電流,這個(gè)電容也有助于次級(jí)濾波器更好的工作。

線圈匝間屏蔽(隔離變壓器內(nèi))可以更有效抑制次級(jí)上感應(yīng)的初級(jí)開關(guān)噪聲。雖然也曾有過五層以上的屏蔽,但三層屏蔽更常見。靠近初級(jí)線圈的屏蔽通常連到一次電源線上,靠近次級(jí)線圈的屏蔽經(jīng)常連到公共輸出地(若有的話),中間屏蔽體一般連到機(jī)殼。在樣機(jī)階段最好反復(fù)實(shí)驗(yàn)以找到線圈匝間屏蔽的最好的連接方式。

以上兩項(xiàng)技術(shù)也能減小輸入端上感應(yīng)的次級(jí)開關(guān)噪聲。適當(dāng)大小的輸出電感可以將次級(jí)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)。

四、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(qiáng)的發(fā)射。僅僅直接地把散熱片連到機(jī)殼,這只是把噪聲引向大了,很可能不能減小總體發(fā)射水平。

較好的做法是:把它們連到一個(gè)恰當(dāng)?shù)碾娐方Y(jié)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關(guān)管上,把它們屏蔽內(nèi)層接至一次整流端,散熱片要么懸浮要么連到機(jī)殼。

散熱片也可以通過電容連到有危險(xiǎn)電壓的線上,電容的引線和PCB軌線構(gòu)成的電感可能會(huì)與電容“諧振”,這可對(duì)解決某些特殊頻率上的問題特別有效。應(yīng)該在樣機(jī)上多次試驗(yàn),最終找到散熱片的最佳安裝方法。

五、整流器件

用于一次電源上的整流器和二次整流器,因?yàn)槠浞聪螂娏?,可以引起大量的噪聲,最好使用快速開關(guān)型號(hào)的器件。

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