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                  開關(guān)電源設(shè)計的噪聲降低法
                  2024-10-12
                      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。
                      1、電路和器件的選擇
                    一個關(guān)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(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(單端初級電感轉(zhuǎn)換器)、CK(一套磁結(jié)構(gòu),以其發(fā)明者命名)等。
                    減小開關(guān)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(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(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。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(quán)衡各方面的利弊,在緩沖器中應(yīng)謹(jǐn)慎使用感性電阻。
                      3、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(guān)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(shù)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(biāo)準(zhǔn)標(biāo)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(nèi))可以更有效地抑制次級上感應(yīng)的初級開關(guān)噪聲。雖然也曾有過五層以上的屏蔽,但三層屏蔽更常見??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(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)實驗以找到線圈匝間屏蔽的最好的連接方式。
                    以上兩項技術(shù)也能減小輸入端上感應(yīng)的次級開關(guān)噪聲。適當(dāng)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(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(dāng)?shù)碾娐方Y(jié)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(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電壓的線上,電容的引線和PCB軌線構(gòu)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(yīng)該在樣機(jī)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(guān)型號的器件。
                   
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