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规划/电路振动/磁元件三方面抵挡开关电源的噪音

噪音来源于PCB设计/电路振荡/磁元件三方面:1)电路振荡,电源输出有很大的低频稳波。多是电路稳定余度不够引起。理论上可以用系统控制理论中的频域法/时域法或劳斯判据做理论分析。现在;可以用计算

  噪音来源于PCB规划/电路振动/磁元件三方面:

  1)电路振动,电源输出有很大的低频稳波。多是电路安稳余度不行引起。理论上能够用系统操控理论中的频域法/时域法或劳斯判据做理论剖析。现在;能够用计算机仿真办法便利的验证电路安稳性,以防止自激振动发生,有多款软件能够用。关于现已做好的电路,能够添加输出滤波电容或电感/改动信号反应方位/添加PI调理的积分电容/削减开环扩大倍数等办法改进。

  2)PCB规划

  A)首要是EMI噪音引起,射频噪音调整PI调理器,使输出差错信号中包括扰动。首要检查高频电容是否脱离关元件太远,是否有大的C形盘绕布线等等…

  B)操控电路的PCB线至少有两点以上和功率电路共用。PCB覆铜线并非抱负导体,它总是能够等效成电感或电阻体,当功率电流流过了和操控回路共用的PCB线,在PCB上发生电压下降,操控电路各节点涣散在不同方位时,功率电流引起的电压降对操控网络家入了扰动,使电路宣布噪音。这闪现多发生在功率地线上,留意单点接地能够改进。

  3)磁元件

  磁材有磁至应变的特色,漆包线也会在走漏磁场中遭到电动力的左右,这些要素的一同效果下,部分会发生泛音或1/N频率的共振。改动开关频率和磁元件浸漆能够改进。

  这是我平常的一点小经验,试试。

  不知道你说的噪音是指的机械振动的噪音仍是指输出电压中的高频沟通重量?

  这两种噪音在开关电源中都常常遇到机械噪音多是因为电路中,存在反常的电震动,频率低于20K时,在变压器,电感器等的磁芯上,宣布的声响,人耳能听到。处理的办法是调整补偿,减小扩大器的输入阻抗,在搅扰灵敏的当地,加吸收电路等。

  输出的纹波噪声首要是因为开关管到的瞬间,因为变压器的漏电感和线路电感引起的尖峰电压,它是构成输出纹波噪声的原因,可是一般咱们做的开关电源的频率都很高,远大于20K,所以,假如没有反常的电路震动,咱们不或许听到声响

  沟通电输入开关电源后,由桥式整流器V1~V4整理成直流电压Vi加在高频变压器的初级L1和开关管V5上。开关管V5的基极输入一个几十到几百千赫的高频矩形波,其重复频率和占空比由输出直流电压VO的要求来确认。被开关管扩大了的脉冲电流由高频变压器耦合到次级回路。高频变压器初次级匝数之比也是由输出直流电压VO的要求来确认的。高频脉冲电流经二极管V6整流并经C2滤波后变成直流输出电压VO。因而开关电源在以下几个环节都将发生噪声,构成电磁搅扰。

  (1)高频变压器初级L1、开关管V5和滤波电容C1构成的高频开关电流环路,或许会发生较大的空间辐射。假如电容器滤波缺乏,则高频电流还会以差模办法传导到输入沟通电源中去。

  (2)高频变压器次级L2、整流二极管V6、滤波电容C2也构成高频开关电流环路会发生空间辐射。假如电容器滤波缺乏,则高频电流将以差模方式混在输出直流电压上向外传导。

  (3)高频变压器的初级和次级间存在散布电容Cd,初级的高频电压经过这些散布电容将直接耦合到次级上去,在次级的二条输出直流电源线上发生同相位的共模噪声。假如二根线对地阻抗不平衡,还会转变成差模噪声。

  (4)输出整流二极管V6会发生反向浪涌电流。二极管在正导游通时PN结内的电荷堆集,二极管加反向电压时堆集电荷将消失并发生反向电流。因为开关电流需经二极管整流,二极管由导通转变为截止的时刻很短,在短时刻内要让存储电荷消失就发生了反向电流的浪涌。因为直流输出线路中的散布电感,散布电容,浪涌引起了高频衰减振动,这是一种差模噪声。

  (5)开关管V5的负载是高频变压器的初级线圈L1,是理性负载,所以开关通断时管子两头会呈现较高的浪涌尖峰电压,这个噪声会传导到输入输出端去。

  (6)开关管V5的集电极与散热片K之间存在散布电容CI,因而高频开关电流会经过CI流到散热片K上,再流到机壳地,终究流到与机壳地相衔接的沟通电源线的维护地线PE中,然后发生共模辐射。电源线L和N对PE存在必定阻抗,如阻抗不平衡则共模噪声还会转变成差模噪声。

  由以上剖析能够知道开关电源中的噪声搅扰源许多,搅扰途径是多种多样的,影响较大的噪声搅扰源能够概括为以下三种:

  (1)二极管的反向恢复时刻引起的搅扰。

  (2)开关管作业时发生的谐波搅扰

  功率开关管在导通时流过较大的脉冲电流,在截止期间,高频变压器绕组漏感引起的电流骤变,也会发生尖峰搅扰。

  (3)沟通输入回路发生的搅扰

  开关电源输入端整流管在反向恢复期间也会引起高频衰减振动发生搅扰。一般整流电路后边总要接比较大的滤波电容,因而整流管的导通角较小,会引起很大的充电电流,使沟通输入侧的沟通电流发生畸变,影响了电网的供电质量。别的,滤波电容的等效串联电感对发生搅扰也有较大的影响。

  一切这些搅扰按传达途径能够分为传导搅扰和辐射搅扰两类。开关电源发生的尖峰搅扰和谐波搅扰能量经过开关电源输入输出线传达出去构成的搅扰称为传导搅扰。谐波和寄生振动的能量,经过输入输出线传达时,在空间发生电场和磁场,这些经过电磁辐射发生的搅扰称为辐射搅扰。

  正因为开关电源自身便是一个强搅扰源、所以除了电路上采纳办法按捺其电磁搅扰发生外,还应对开关电源进行有用的电磁屏蔽,滤波以及接地。

  3开关电源噪声的按捺办法

  构成电磁搅扰的三要素是搅扰源、传达途径和受扰设备,因而,按捺电磁搅扰也应该从这三个方面着手。首要应该按捺搅扰源,直接消除搅扰原因;其次是消除搅扰源和受扰设备之间的耦合和辐射,堵截电磁搅扰的传达途径;第三是进步受扰设备的抗扰才干,下降其对噪声的灵敏度。第三点不是本文评论的规模。

  选用功率因数校对(PFC)技能和软开关功率改换技能能大大下降噪声起伏。

  (1)电路上的办法

  开关电源发生电磁搅扰的首要原因是电压和电流的急剧改变,因而需求尽或许地下降电路中的电压和电流的改变率(du/dt、di/dt)。选用吸收电路也是按捺电磁搅扰的好办法。吸收电路的基本原理便是开关断开时为开关供给旁路,吸收蓄积在寄生散布参数中的能量,然后按捺搅扰发生。常用的吸收电路有RC、RCD、LC无源吸收网络和有源吸收网络。

  滤波是按捺传导搅扰的一种很好的办法。例如,在电源输入端接上滤波器能够按捺开关电源发生并向电网反应的搅扰,也能够按捺来自电网的噪声对电源自身的损害。在滤波电路中,还选用许多专用的滤波元件,如穿心电容器,三端电容器,铁氧体磁环,他们能够改进电路的滤波特性。恰当的规划或挑选滤波器,并正确地装置滤波器,是抗搅扰技能的重要组成部分。

  具体办法如下:

  a. 在沟通电输入端加装电源滤波器,滤波器的电路型式如图2。其间LD、CD用于按捺差模噪声,一般LD 取100~700μH,CD取1~10μF,对10~150KHz比较有用。LC、CC用于按捺共模噪声,一般LC取1~3μH,CC取2000~6800pF,对按捺150KHz。以上的共模噪声有用。上述器材的参数要在实践中加以调整。

  别的,电源滤波器装置时应留意:

  电源滤波器装置时有必要接地。除了厂家特别阐明答应不接地的滤波器在运用时能够不接地外,一切电源滤波器都有必要接地,因为滤波器的共模旁路电容有必要接地才干起效果。一般的接地办法是除将滤波器与金属机壳相接外,还要用较粗的导线将滤波器外壳与设备的接地址相连。接地阻抗越低,滤波效果越好。

  尽量接近电源入口处装置。装置时,滤波器的输入/输出端尽量远离,防止搅扰信号从输入端直接耦合到输出端。必要时,运用屏蔽隔板将其离隔。

  b. 在电源的输出端加装共模噪声滤波器。在输出线上套上铁氧体磁环,做成共轭扼流圈,再加装高频电容,这样能够按捺部分共模噪声。加大输出滤波电感的电感量及滤波电容的电容量,能够按捺差模噪声,多个电容并联效果更好。

  c. 输出整流二极管选用多个二极管并联来分管负载电流、挑选具有反向恢复电流呈软特性的整流二极管、恰当下降开关管的注册速率、减小高频变压器的漏感并保证它不饱满等都是按捺噪声的有用手法。

  d. 在高频变压器的原边、副边、开关管的CE极之间,以及输出整流二极管上加装RC吸收网络。按捺电压尖峰和电流浪涌。在输出整流二极管支路中串接可饱满非晶磁环,以此来按捺二极管的反向浪涌电流,效果较好。如图3所示。

  图3RC吸收网络及磁环的运用举例

  e. 排印制板时,尽量削减高频环路的面积,缩短高频信号线。在整机布线时还应留意:

  不要把开关电源的输入沟通电源线和输出直流电源线靠在一同,更不能捆扎在一同,一起尽或许远离噪声源。

  输出直流电源线最好用双绞线,至少应紧靠在一同走线。

  电源的输入输出电源线应尽或许远离操控、驱动电路中的信号线。

  f. 尽量减小开关管集电极与散热片之间的散布电容CI。能够选用低介电常数的绝缘垫,并恰当加厚垫片的厚度。必要时,在绝缘垫之间刺进薄铜板作为静电屏蔽用。

  g. 接地

  电源接地的一个意图是为了安全,另一个意图是考虑电磁兼容问题。一个杰出的接地系统对减小电磁搅扰能起很大的效果。

  出于安全考虑的接地,一般称为安全地,是将电源金属外壳与大地相连。考虑电磁兼容问题时,先要了解信号地、地环路搅扰的概念。

  信号地:信号电流流回信号源的低阻抗途径。地环路搅扰:当地线上有一个较大的电流流过期,因为地线的阻抗不为零,会发生电压降,这个电压会在两个电路的衔接电缆上发生电流。因为电路的不平衡性,每根导线上的电流不同,因而会发生差模电压,对电路构成搅扰。这种搅扰因为是在地线环路中发生电流引起的,因而称为地环路搅扰。

  处理好接地问题的办法首要有:

  1)尽量削减导线电感引起的高频阻抗。

  2)添加地环路的阻抗、运用初次级之间屏蔽的阻隔变压器或光电耦合器传输信号,以减小地环路搅扰。

  3)两个单元电路最好不要共用一个电源供电及同一段地线。

  扩大器屏蔽壳、变压器屏蔽层的杰出接地等。

  (2)结构上的办法:屏蔽

  屏蔽是处理电磁兼容问题的重要手法之一,意图是堵截电磁波的传达途径。大部分电磁兼容问题都能够经过电磁屏蔽来处理。用电磁屏蔽的办法处理电磁搅扰问题的最大优点是不会影响电路的正常作业。

  屏蔽分为电屏蔽、磁屏蔽和电磁屏蔽。

  对开关电源来说,首要是要做好机壳的屏蔽、高频变压器的屏蔽、开关管和整流二极管的屏蔽以及操控、驱动电路的屏蔽等,并要经过各种办法进步屏蔽效能。

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