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如何降低開關(guān)電源的噪聲

發(fā)布時(shí)間:2013-03-19 責(zé)任編輯:Lynnjiao

【導(dǎo)讀】目前對(duì)于可變負(fù)載的開關(guān)電源,產(chǎn)品最低輸出噪聲電壓也在70 mV以上。設(shè)計(jì)低電磁騷擾的開關(guān)電源,也就成了許多設(shè)計(jì)人員的希望,為此提出了種種方法。那么究竟如何降低開關(guān)電源的噪聲呢?

電源裝置是電子電氣設(shè)備中所不可缺少的部件,開關(guān)電源以其效率高、體積小、重量輕、電壓適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn),受到相關(guān)行業(yè)的青睞。但目前存在的缺陷是電磁騷擾大,對(duì)環(huán)境或?qū)ζ渌O(shè)備造成不利影響。目前對(duì)于可變負(fù)載的開關(guān)電源,筆者所了解到的產(chǎn)品最低輸出噪聲電壓也在70 mV以上。設(shè)計(jì)低電磁騷擾的開關(guān)電源,也就成了許多設(shè)計(jì)人員的希望,為此提出了種種方法。

開關(guān)電源電路結(jié)構(gòu)與降噪原理

該開關(guān)電源的設(shè)計(jì)目標(biāo)是穩(wěn)定20 V輸出,輸出電流0~2 A可變,用于音響系統(tǒng)。為了突出降低電磁噪聲的處理技術(shù),簡(jiǎn)化電路,用單片開關(guān)電源芯片TOP224Y進(jìn)行設(shè)計(jì)。TOP224Y內(nèi)部已包含了PWM調(diào)制所需的所有電路以及激勵(lì)管輸出,由它激勵(lì)變壓器,開關(guān)頻率為100 kHz,內(nèi)部MOS激勵(lì)管的耐壓為700 V,輸出功率小于45 W。電路如圖1所示,該電路可以獲得更大的輸出功率,只需更改部分器件。圖1中左邊的電路R1,L1,D1,C1至C7是常規(guī)的共模濾波和整流電路,獲取約300 V的直流電壓供DC-DC變換電路使用;最右邊電路L5,C11等是普通的LC濾波電路;IC2,D8,R9,R10組成電壓反饋電路,形成閉環(huán)結(jié)構(gòu),穩(wěn)定電源輸出電壓;中間部分是DC-DC變換器,降噪聲的關(guān)鍵是對(duì)這一部分的電路進(jìn)行適當(dāng)處理。

低噪聲開關(guān)電源原理圖
圖1:低噪聲開關(guān)電源原理圖

對(duì)于中間部分電路而言,TOP224Y作為PWM控制、激勵(lì),都是常規(guī)處理??刂贫薈的工作電壓取自變壓器的反激勵(lì)電壓,其中D3是整流管,D4是發(fā)光二極管,用作指導(dǎo)燈。C端的反饋信號(hào)來自IC2的輸出。芯片的漏極輸出端D連接變壓器和R1,D2,其中R1是半導(dǎo)體壓敏電阻,與D2一起組成芯片限壓保護(hù)電路,防止芯片因過壓而擊穿。該項(xiàng)電路的激勵(lì)方式采用以正激勵(lì)為主的正、反混合激勵(lì)式,變壓器有4個(gè)繞組,其中2個(gè)是基本相似的輸出繞組n3,n4,它的同名端關(guān)系如圖2所示。

電路續(xù)流的路徑
圖2:電路續(xù)流的路徑

DC-DC變換后的整流管使用了三只:D5,D6和D7,沒有獨(dú)立設(shè)置續(xù)流二極管,不同于其他電源電路。D5為續(xù)流而設(shè)置的復(fù)用二極管,D6和是正激勵(lì)脈沖整流二極管,D7是反激勵(lì)電壓整流二極管。L4是DC-DC變換后的第一級(jí)濾波電感。在正激勵(lì)期間,變壓器輸出繞組n3經(jīng)D6,L4輸出電流,第一級(jí)濾波電感L4中電流i4增大,同時(shí),變壓器自身利益的激勵(lì)磁電流i1也在增大。

當(dāng)正激勵(lì)結(jié)束馬上就進(jìn)入反激勵(lì)階段,濾波電感L4中電流i4將從原值逐步減小。而變壓器中也會(huì)保持勵(lì)磁電流,但它是多繞組結(jié)構(gòu),勵(lì)磁電流可以出現(xiàn)在任意一個(gè)繞組中,各電流方向以維持原磁場(chǎng)方向?yàn)闇?zhǔn)。如果控制當(dāng)時(shí)的濾波電感電流i4>n1i1/n4,可以將變壓器磁芯中的勵(lì)磁電流全部轉(zhuǎn)移至n4繞組。也就是電流i4流經(jīng)變壓器輸出繞組n4,除了維持變壓器磁芯磁場(chǎng),尚有多余,其余量在n4與n3中按匝數(shù)比分配。此時(shí),二極管D5馬上導(dǎo)通,二極管D6繼續(xù)導(dǎo)通,而二極管D7仍然截止。變壓器繞組無(wú)感生電壓,不放釋放磁場(chǎng)能。隨著濾波電感儲(chǔ)能的釋放,電流i4逐步減小,直至i4=n1i1/n4時(shí),D6進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。可見D6沒有被除數(shù)強(qiáng)迫截止,處理得當(dāng),可以消除其關(guān)斷噪聲。接著,變壓器開始產(chǎn)生反激勵(lì)電動(dòng)勢(shì)而釋放儲(chǔ)能,二極管D7開始導(dǎo)通,變壓器的反激勵(lì)電壓被限制。直到變壓器儲(chǔ)能釋放盡,等待下一個(gè)周期的激勵(lì)。

按照這一方法處理,可以消除整流二極管D6的硬關(guān)斷噪聲,但變壓器漏感造成的芯片激勵(lì)管的硬關(guān)斷噪聲仍然存在,這里的輔助繞組可以起到一定的吸收作用。對(duì)于整流二極管的硬開通噪聲,仍采用RC電路吸收能量,降低噪聲,如圖1中的R7,C10電路。

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