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      開關電源噪音來源與抑制噪音方法詳解

      文章出處:東莞市宏聚電子五金制品有限公司 人氣:-發表時間:2020-01-03 16:58:00

      采用功率因數校正(PFC)技術和軟開關功率變換技術能大大降低噪聲幅度。

      1、電路上的措施

      開關電源產生電磁干擾的主要原因是電壓和電流的急劇變化,因此需要盡可能地降低電路中的電壓和電流的變化率(du/dt、di/dt)。采用吸收電路也是抑制電磁干擾的好辦法。吸收電路的基本原理就是開關斷開時為開關提供旁路,吸收蓄積在寄生分布參數中的能量,從而抑制干擾發生。常用的吸收電路有RC、RCD、LC無源吸收網絡和有源吸收網絡。

      濾波是抑制傳導干擾的一種很好的方法。例如,在電源輸入端接上濾波器可以抑制開關電源產生并向電網反饋的干擾,也可以抑制來自電網的噪聲對電源本身的侵害。在濾波電路中,還采用很多專用的濾波元件,如穿心電容器,三端電容器,鐵氧體磁環,他們能夠改善電路的濾波特性。恰當的設計或選擇濾波器,并正確地安裝濾波器,是抗干擾技術的重要組成部分。

      2、結構上的措施:屏蔽

      屏蔽是解決電磁兼容問題的重要手段之一,目的是切斷電磁波的傳播途徑。大部分電磁兼容問題都可以通過電磁屏蔽來解決。用電磁屏蔽的方法解決電磁干擾問題的最大好處是不會影響電路的正常工作。


      屏蔽分為電屏蔽、磁屏蔽和電磁屏蔽。

      對開關電源來說,主要是要做好機殼的屏蔽、高頻變壓器的屏蔽、開關管和整流二極管的屏蔽以及控制、驅動電路的屏蔽等,并要通過各種方法提高屏蔽效能。


      開關電源的工作過程相當容易理解,在線性電源中,讓功率晶體管工作在線性模式,與線性電源不同的是,PWM開關電源是讓功率晶體管工作在導通和關斷的狀態,在這兩種狀態中,加在功率晶體管上的伏-安乘積是很小的(在導通時,電壓低,電流大;關斷時,電壓高,電流?。?功率器件上的伏安乘積就是功率半導體器件上所產生的損耗。


      與線性電源相比,PWM開關電源更為有效的工作過程是通過“斬波”,即把輸入的直流電壓斬成幅值等于輸入電壓幅值的脈沖電壓來實現的。

      脈沖的占空比由開關電源的控制器來調節。一旦輸入電壓被斬成交流方波,其幅值就可以通過變壓器來升高或降低。通過增加變壓器的二次繞組數就可以增加輸出的電壓值。最后這些交流波形經過整流濾波后就得到直流輸出電壓。

      控制器的主要目的是保持輸出電壓穩定,其工作過程與線性形式的控制器很類似。也就是說控制器的功能塊、電壓參考和誤差放大器,可以設計成與線性調節器相同。他們的不同之處在于,誤差放大器的輸出(誤差電壓)在驅動功率管之前要經過一個電壓/脈沖寬度轉換單元。

      開關電源有兩種主要的工作方式:正激式變換和升壓式變換。盡管它們各部分的布置差別很小,但是工作過程相差很大,在特定的應用場合下各有優點。


      由以上分析可以知道開關電源中的噪聲干擾源很多,干擾途徑是多種多樣的,影響較大的噪聲干擾源可以歸納為以下三種:

      1、二極管的反向恢復時間引起的干擾。


      2、開關管工作時產生的諧波干擾。


      功率開關管在導通時流過較大的脈沖電流,在截止期間,高頻變壓器繞組漏感引起的電流突變,也會產生尖峰干擾。


      3、交流輸入回路產生的干擾。

      開關電源輸入端整流管在反向恢復期間也會引起高頻衰減振蕩產生干擾。一般整流電路后面總要接比較大的濾波電容,因而整流管的導通角較小,會引起很大的充電電流,使交流輸入側的交流電流發生畸變,影響了電網的供電質量。另外,濾波電容的等效串聯電感對產生干擾也有較大的影響。


      所有這些干擾按傳播途徑可以分為傳導干擾和輻射干擾兩類。開關電源產生的尖峰干擾和諧波干擾能量通過開關電源輸入輸出線傳播出去形成的干擾稱為傳導干擾。諧波和寄生振蕩的能量,通過輸入輸出線傳播時,在空間產生電場和磁場,這些通過電磁輻射產生的干擾稱為輻射干擾。

      正因為開關電源本身就是一個強干擾源、所以除了電路上采取措施抑制其電磁干擾產生外,還應對開關電源進行有效的電磁屏蔽,濾波以及接地。


      形成電磁干擾的三要素是干擾源、傳播途徑和受擾設備,因而,抑制電磁干擾也應該從這三個方面著手。首先應該抑制干擾源,直接消除干擾原因;其次是消除干擾源和受擾設備之間的耦合和輻射,切斷電磁干擾的傳播途徑;第三是提高受擾設備的抗擾能力,降低其對噪聲的敏感度。


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