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開關電源設計技巧

 開關電源的特征就是產(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(fā)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(jié)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(shù)等因素引起的振蕩尖峰電壓的沖擊常需要阻尼,如圖5示。阻尼器連到有問題的線圈上,這也可以減小發(fā)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(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 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?shù)碾娐方Y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。 
4 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,如圖6示。 
5 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(huán)形或無縫磁芯,環(huán)形鐵粉芯適合于存儲磁能的場合,若在磁環(huán)上開縫,則需一個完全短路環(huán)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(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,便會產(chǎn)生發(fā)射現(xiàn)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。 

靠近初級線圈的屏蔽通常連到一次電源線上,靠近次級線圈的屏蔽經(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(圖7上半部分),因此可以顯著地減小變壓器繞組間噪聲(直流紋波 )。

【上一個】 正激式變壓器開關電源工作原理 【下一個】 論平面變壓器在開關電源中的技術優(yōu)勢


 ^ 開關電源設計技巧