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开关电源设计方案

开关电源的特征就是产生强电磁噪声,若不加严格控制,将产生极大的干扰。下面介绍的技术有助于降低开关电源噪声,能用于高灵敏度的模拟电路。 

台达开关电源内部结构

1电路和器件的选择 

一个关键点是保持dv/dt和di/dt在较低水平,有许多电路通过减小 dv/dt和/或di/dt来减小辐射,这也减轻了对开关管的压力,这些电路包括ZVS(零电压开关).ZCS(零电流开关).共振模式。(ZCS的一种).SEPIC(单端初级电感转换器).CK(一套磁结构,以其发明者命名)等。 减小开关时间并非一定就能引起效率的提高,因为磁性元件的RF振荡 需要强损耗的缓冲,最终可以观察到不断减弱的回程。使用软开关技术,虽然会稍微降低效率,但在节省成本和滤波/屏蔽所占用空间方面有更大的好处。 

2阻尼 

为了保护开关管免受由于寄生参数等因素引起的振荡尖峰电压的冲击 常需要阻尼,阻尼器连到有问题的线圈上,这也可以减小发射。 阻尼器有多种类型:从EMC角度看,RC阻尼器通常在EMC上是最好的, 但比其他的发热多一些。权衡各方面的利弊,在缓冲器中应谨慎使用感性电阻。 

3散热器 

散热器与集电极或TO247功率器件的漏极之间有50pF的电容,因此可 以产生很强的发射。仅仅直接地把散热片连到机壳,这只是把噪声引向大地,很可能不能减小总体发射水平。 较好的做法是:把它们连到一恰当的电路结点——一次整流输出端,但 要注意安全要求。具有屏蔽作用的绝缘隔离片可以连接到开关管上,把它们屏蔽内层接至一次整流端,散热片要么悬浮要么连到机壳。 散热片也可以通过电容连到有危险电压的线上,电容的引线和PCB轨线 构成的电感可能会与电容“谐振”,这可对解决某些特殊频率上的问题特别有效。应该在样机上多次试验,最终找到散热片的最佳安装方法。 

4整流器件 

用于一次电源上的整流器和二次整流器,因为其反向电流,可以引起大 量的噪声,最好使用快速软开关型号的器件。 

5磁性元件有关问题及解决方案 

特别需注意的是电感和变压器的磁路要闭合。例如,用环形或无缝磁芯, 环形铁粉芯适合于存储磁能的场合,若在磁环上开缝,则需一个完全短路环来减小寄生泄漏磁常。 

初级开关噪声会通过隔离变压器的线圈匝间电容注入到次级,在次级产 生共模噪声,这些噪声电流难以滤除,而且由于流过路径较长,便会产生发射现象。 

一种很有效的技术是将次级地用小电容连接到初级电源线上,从而为这 些共模电流提供一条返回路径,但要注意安全,千万别超出安全标准标明的总的泄漏地电流,这个电容也有助于次级滤波器更好的工作。 

线圈匝间屏蔽(隔离变压器内)可以更有效地抑制次级上感应的初级开关噪声。虽然也曾有过五层以上的屏蔽,但三层屏蔽更常见。靠近初级线圈的屏蔽通常连到一次电源线上,靠近次级线圈的屏蔽经常连到公共输出地(若有的话),中间屏蔽体一般连到机壳。在样机阶段最好反复实验以找到线圈匝间屏蔽的最好的连接方式。

以上两项技术也能减小输入端上感应的次级开关噪声。适当大小的输出 电感可以将次级交流波形变成半正弦波,因此可以显著地减小变压器绕组间噪声(直流纹波)。