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TOPSwitchⅡ系列開關(guān)電源的電磁兼容性設(shè)計
作者Email: SHUJUN.WANG@MT.COM
摘 要： 系統(tǒng)地分析了TOPSwitchⅡ系列開關(guān)電源產(chǎn)生噪聲的主要原因及產(chǎn)生噪聲的回路和部件，給出了相應(yīng)的抗干擾措施，從而提高了開關(guān)電源的電磁兼容性。
關(guān)鍵詞： 開關(guān)電源 噪聲 電磁兼容性
TOPSwitchⅡ開關(guān)電源具有單片集成化、外圍電路簡單、效率高的優(yōu)點，在大多數(shù)的電子設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，開關(guān)電源自身產(chǎn)生的各種噪聲卻形成了一個很強的電磁干擾源。這些干擾隨著開關(guān)頻率的提高、輸出功率的增大而明顯地增強，對電子設(shè)備的正常運行構(gòu)成了潛在的威脅；同時，一些國家對此也有嚴(yán)格的指標(biāo)，不能滿足者將被拒之門外。本文以美國PI公司TOPSwitchⅡ系列為例，介紹開關(guān)電源的電磁干擾及其抑制。
1 開關(guān)電源產(chǎn)生噪聲的原因
開關(guān)電源工作在高頻、高壓、大電流開關(guān)狀態(tài)，并以開和關(guān)的時間比來控制輸出電壓的高低。TOPSwitchⅡ系列器件工作頻率為100kHz，電源線路內(nèi)的dv/dt很大，產(chǎn)生的各種噪聲通過電源線以共模或差模方式向外傳導(dǎo)，同時還向周圍空間輻射噪聲。圖1給出了一種典型TOPSwitchⅡ系列的開關(guān)電源電路圖，下面以此為例分析其產(chǎn)生噪聲的主要原因。
1.1電源一次側(cè)回路的噪聲
在一次整流回路中，整流二極管D1～D4只有在脈動電壓超過C2的充電電壓的瞬間，電流才從電源輸入側(cè)流入。所以，一次整流回路產(chǎn)生高次畸變波，如圖1，形成噪聲，這是影響傳導(dǎo)輻射的一個重要指標(biāo)。此外， 電源在工作時，TOPSwitchⅡ處于高頻率通斷狀態(tài)，在由脈沖變壓器初級線圈L1、TOPSwitchⅡ和濾波器C2構(gòu)成的高頻電流環(huán)路中，如果布局、布線不合適，造成環(huán)路面積過大，可能會產(chǎn)生較大的空間輻射噪聲。如圖2（A），為初級電流Ipri的波形，其基波為開關(guān)頻率，諧波即為干擾波形。
1.2 電源二次側(cè)回路的噪聲
電源在工作時，整流二極管D7也處于高頻通斷狀態(tài)，由脈沖變壓器次級線圈L2、整流二極管D7和濾波電容C6構(gòu)成了高頻開關(guān)電流環(huán)路，如果布局、布線不合適，造成環(huán)路面積過大，可能向空間輻射噪聲。同時，硅二極管在正向?qū)〞rＰＮ結(jié)內(nèi)的電荷被積累，二極管加反向電壓時積累的電荷將消失并產(chǎn)生反向電流。由于二次整流回路中D7在開關(guān)轉(zhuǎn)換時頻率很高，即由導(dǎo)通轉(zhuǎn)變?yōu)榻刂沟臅r間很短，在短時間內(nèi)要讓存儲電荷消失就產(chǎn)生反電流的浪涌。由于直流輸出線路中的分布電容、分布電感的存在，使因浪涌引起的干擾成為高頻衰減振蕩。如圖2(C)所示，Vd波形具有電壓變化率高、上升沿和下降沿陡峭的特點。其峰值電壓由變壓器和輸出整流管的分布電容所決定。振鈴干擾波形的頻率變化是20-30MHZ。
1.3脈沖變壓器的噪聲
脈沖變壓器是開關(guān)電源中進行能量儲存與傳輸?shù)闹匾考湫阅艿膬?yōu)劣，不僅對電源效率有較大的影響，而且直接關(guān)系到電源電磁兼容性（EMC） 。對EMC而言，要求脈沖變壓器漏感小、繞組本身的分布電容及各繞組之間的耦合電容要小。
2.開關(guān)電源的電磁兼容性設(shè)計
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