工程師不可不知的開(kāi)關(guān)電源關(guān)鍵設(shè)計(jì)（三）
牽涉到開(kāi)關(guān)電源技術(shù)設(shè)計(jì)或分析成為電子工程師的心頭之痛已是不爭(zhēng)的事實(shí)，由于廣大工程師網(wǎng)友對(duì)前兩期的熱烈反響，電子發(fā)燒友再接再厲推出《工程師不可不知的開(kāi)關(guān)電源關(guān)鍵設(shè)計(jì)》系列三和工程師們一起分享，請(qǐng)各位繼續(xù)關(guān)注后續(xù)章節(jié)。
一、開(kāi)關(guān)電源的電磁兼容性技術(shù)分析
1 引言
電磁兼容是一門新興的跨學(xué)科的綜合性應(yīng)用學(xué)科。作為邊緣技術(shù)，它以電氣和無(wú)線電技術(shù)的基本理論為基礎(chǔ)，并涉及許多新的技術(shù)領(lǐng)域，如微波技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及新材料等。電磁兼容技術(shù)應(yīng)用的范圍很廣，幾乎所有現(xiàn)代化工業(yè)領(lǐng)域，如電力、通信、交通、航天、軍工、計(jì)算機(jī)和醫(yī)療等都必須解決電磁兼容問(wèn)題。其研究的熱點(diǎn)內(nèi)容主要有：電磁干擾源的特性及其傳輸特性、電磁干擾的危害效應(yīng)、電磁干擾的抑制技術(shù)、電磁頻譜的利用和管理、電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范、電磁兼容性的測(cè)量與試驗(yàn)技術(shù)、電磁泄漏與靜電放電等。
電磁兼容的英文名稱為Electromagnetic Compatibility，簡(jiǎn)稱EMC。所謂電磁兼容是指設(shè)備（分系統(tǒng)、系統(tǒng)）在共同的電磁環(huán)境中能一起執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)。這里包含兩層意思，即它工作中產(chǎn)生的電磁輻射要限制在一定水平內(nèi)，另外它本身要有一定的抗干擾能力。這便是設(shè)備研制中所必須解決的兼容問(wèn)題。電磁兼容技術(shù)涉及的頻率范圍寬達(dá)0 GHz ~400GHz，研究對(duì)象除傳統(tǒng)設(shè)備外，還涉及芯片級(jí)，直到各種艦船、航天飛機(jī)、洲際導(dǎo)彈甚至整個(gè)地球的電磁環(huán)境。
電磁兼容三要素是干擾源（騷擾源）、耦合通路和敏感體。切斷以上任何一項(xiàng)都可解決電磁兼容問(wèn)題，電磁兼容的解決常用的方法主要有屏蔽、接地和濾波。
2 電磁兼容技術(shù)名詞
�。�1）電磁兼容性
電磁兼容性是指設(shè)備或者系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作，且不對(duì)該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。
�。�2）電磁騷擾
電磁騷擾是指任何可能引起設(shè)備、裝備或系統(tǒng)性能降低或者對(duì)有生命或者無(wú)生命物質(zhì)產(chǎn)生損害作用的電磁現(xiàn)象。電磁騷擾可引起設(shè)備、傳輸通道或系統(tǒng)性能的下降。它的主要要素有自然和人為的騷擾源、通過(guò)公共地線阻抗/內(nèi)阻的耦合、沿電源線傳導(dǎo)的電磁騷擾和輻射干擾等。電子系統(tǒng)受干擾的路徑為：經(jīng)過(guò)電源，通過(guò)信號(hào)線或控制電纜、場(chǎng)滲透，經(jīng)過(guò)天線直接進(jìn)入；通過(guò)電纜耦合，從其他設(shè)備來(lái)的傳導(dǎo)干擾；電子系統(tǒng)內(nèi)部場(chǎng)耦合；其他設(shè)備的輻射干擾；電子設(shè)備外部耦合到內(nèi)部場(chǎng)；寬帶發(fā)射機(jī)天線系統(tǒng)；外部環(huán)境場(chǎng)等。
（3）電磁環(huán)境
電磁環(huán)境是一種明顯不傳送信息的時(shí)變電磁現(xiàn)象，它可能與有用信號(hào)疊加或組合。
（4）電磁輻射
電磁輻射是指電磁波由源發(fā)射到空間的現(xiàn)象�！半姶泡椛洹币辉~的含義有時(shí)也可引申，將電磁感應(yīng)現(xiàn)象也包含在內(nèi)。RFI/EMI可以通過(guò)任何一種設(shè)備機(jī)殼的開(kāi)口、通風(fēng)孔、出入口、電纜、測(cè)量孔、門框、艙蓋、抽屜和面板以及機(jī)殼的非理想連接面等進(jìn)行輻射。RFI/EMI也可由進(jìn)入敏感設(shè)備的導(dǎo)線和電纜進(jìn)行輻射，任何一個(gè)良好的電磁能量輻射器也可以作為良好的接收器。
�。�5）脈沖
脈沖是指在短時(shí)間內(nèi)突變，隨后又迅速返回至其初始值的物理量。
（6）共模干擾和差模干擾
電源線上的干擾有共模干擾和差模干擾兩種方式。共模干擾存在于電源任何一相對(duì)大地或電線對(duì)大地之間。共模干擾有時(shí)也稱縱模干擾、不對(duì)稱干擾或接地干擾。這是載流導(dǎo)體與大地之間的干擾。差模干擾存在于電源相線與中線及相線與相線之間。差模干擾也稱常模干擾、橫模干擾或?qū)ΨQ干擾。這是載流導(dǎo)體之間的干擾。共模干擾提示了干擾是由輻射或串?dāng)_耦合到電路中的，而差模干擾則提示了干擾是源于同一條電源電路。通常這兩種干擾是同時(shí)存在的，由于線路阻抗的不平衡，兩種干擾在傳輸中還會(huì)相互轉(zhuǎn)化，所以情況十分復(fù)雜。干擾經(jīng)長(zhǎng)距離傳輸后，差模分量的衰減要比共模大，這是因?yàn)榫�間阻抗與線-地阻抗不同的緣故。出于同一原因，共模干擾在線路傳輸中還會(huì)向鄰近空間輻射，而差模則不會(huì)，因此共模干擾比差模更容易造成電磁干擾。不同的干擾方式要采取不同的干擾抑制方法才有效。判斷干擾方法的簡(jiǎn)便方法是采用電流探頭。電流探頭先單獨(dú)環(huán)繞每根導(dǎo)線，得出單根導(dǎo)線的感應(yīng)值，然后再環(huán)繞兩根導(dǎo)線（其中一根是地線），探測(cè)其感應(yīng)情況。如感應(yīng)值是增加的，則線路中干擾電流是共模的；反之則是差模的。
�。�7）抗擾度電平和敏感性電平
抗擾度電平是指將某給定的電磁騷擾施加于某一裝置、設(shè)備或者系統(tǒng)并使其仍然能夠正常工作且保持所需性能等級(jí)時(shí)的最大騷擾電平。也就是說(shuō)，超過(guò)此電平時(shí)該裝置、設(shè)備或者系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)性能降低。而敏感性電平是指剛剛開(kāi)始出現(xiàn)性能降低的電平。所以，對(duì)某一裝置、設(shè)備或者系統(tǒng)而言，抗擾度電平與敏感性電平是同一數(shù)值。
�。�8）抗擾度裕量
抗擾度裕量是指裝備、設(shè)備或者系統(tǒng)的抗擾度電平限值與電磁兼容電平之間的插值。
3 開(kāi)關(guān)電源的電磁兼容性
開(kāi)關(guān)電源因工作在高電壓大電流的開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)下，引起電磁兼容性問(wèn)題的原因是相當(dāng)復(fù)雜的。從整機(jī)的電磁性講，主要有共阻抗耦合、線間耦合、電場(chǎng)耦合、磁場(chǎng)耦合及電磁波耦合幾種。共阻耦合主要是騷擾源與受騷擾體在電氣上存在的共同阻抗，通過(guò)該阻抗使騷擾信號(hào)進(jìn)入受騷擾體。線間耦合主要是產(chǎn)生騷擾電壓及騷擾電流的導(dǎo)線或PCB線因并行布線而產(chǎn)生的相互耦合。電場(chǎng)耦合主要是由于電位差的存在，產(chǎn)生感應(yīng)電場(chǎng)對(duì)受騷擾體產(chǎn)生的場(chǎng)耦合。磁場(chǎng)耦合主要是指在大電流的脈沖電源線附近，產(chǎn)生的低頻磁場(chǎng)對(duì)騷擾對(duì)象產(chǎn)生的耦合。電磁場(chǎng)耦合主要是由于脈動(dòng)的電壓或電流產(chǎn)生的高頻電磁波通過(guò)空間向外輻射，對(duì)相應(yīng)的受騷擾體產(chǎn)生的耦合。實(shí)際上，每一種耦合方式是不能嚴(yán)格區(qū)分的，只是側(cè)重點(diǎn)不同而已。
在開(kāi)關(guān)電源中，主功率開(kāi)關(guān)管在很高的電壓下，以高頻開(kāi)關(guān)方式工作，開(kāi)關(guān)電壓及開(kāi)關(guān)電流均接近方波，從頻譜分析知，方波信號(hào)含有豐富的高次諧波。該高次諧波的頻譜可達(dá)方波頻率的1000次以上。同時(shí)，由于電源變壓器的漏電感及分布電容以及主功率開(kāi)關(guān)器件的工作狀態(tài)非理想，在高頻開(kāi)或關(guān)時(shí)，常常產(chǎn)生高頻高壓的尖峰諧波震蕩。該諧波震蕩產(chǎn)生的高次諧波，通過(guò)開(kāi)關(guān)管與散熱器間的分布電容傳入內(nèi)部電路或通過(guò)散熱器及變壓器向空間輻射。用于整流及續(xù)流的開(kāi)關(guān)二極管，也是產(chǎn)生高頻騷擾的一個(gè)重要原因。因整流及續(xù)流二極管工作在高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)，二極管的引線寄生電感、結(jié)電容的存在以及反向恢復(fù)電流的影響，使之工作在很高的電壓及電流變化率下，且產(chǎn)生高頻震蕩。整流及續(xù)流二極管一般離電源輸出線較近，其產(chǎn)生的高頻騷擾最容易通過(guò)直流輸出線傳出。開(kāi)關(guān)電源為了提高功率因數(shù)，均采用了有源功率因數(shù)校正電路。同時(shí)，為了提高電路的效率及可靠性，減少功率器件的電應(yīng)力，大量采用了軟開(kāi)關(guān)技術(shù)。其中零電壓、零電流或零電壓/零電流開(kāi)關(guān)技術(shù)應(yīng)用最為廣泛。該技術(shù)極大的降低了開(kāi)關(guān)器件所產(chǎn)生的電磁騷擾。但是，軟開(kāi)關(guān)無(wú)損吸收電路多數(shù)利用L、C進(jìn)行能量轉(zhuǎn)移，利用二極管的單向?qū)щ娦阅軐?shí)現(xiàn)能量的單向轉(zhuǎn)換，因此，該諧振電路中的二極管成為電磁騷擾的一大騷擾源。
開(kāi)關(guān)電源一般利用儲(chǔ)能電感及電容器組成L、C濾波電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)差模及共模騷擾信號(hào)的濾波。由于電感線圈的分布電容，導(dǎo)致了電感線圈的自諧振頻率降低，從而使大量的高頻騷擾信號(hào)穿過(guò)電感線圈，沿交流電源線或直流輸出線向外傳播。濾波電容器隨著騷擾信號(hào)頻率的上升，引線電感的作用導(dǎo)致電容量及濾波效果不斷的下降，甚至導(dǎo)致電容器參數(shù)改變，也是產(chǎn)生電磁騷擾的一個(gè)原因。
4 電磁兼容性的解決方法
從電磁兼容的三要素講，要解決開(kāi)關(guān)電源的電磁兼容性問(wèn)題，可從三個(gè)方面入手：第一，減小騷擾源產(chǎn)生的騷擾信號(hào)；第二，切斷騷擾信號(hào)的傳播途徑；第三，增強(qiáng)受騷擾體的抗騷擾能力。在解決開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部的兼容性時(shí)，可以綜合利用上述三個(gè)方法，以成本效益比及實(shí)施的難易性為前提。因而，開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的對(duì)外騷擾，如電源線諧波電流、電源線傳導(dǎo)騷擾、電磁場(chǎng)輻射騷擾等只能用減小騷擾源的方法來(lái)解決。一方面，可以增強(qiáng)輸入/輸出濾波電路的設(shè)計(jì)，改善APFC電路的性能，減小開(kāi)關(guān)管及整流、續(xù)流二極管的電壓、電流變化率，采用各種軟開(kāi)關(guān)電路拓?fù)浼翱刂品绞降龋涣硪环矫�，加�?qiáng)機(jī)殼的屏蔽效果，改善機(jī)殼的縫隙泄漏，并進(jìn)行良好的接地處理。而對(duì)外部的抗騷擾能力（如浪涌、雷擊）應(yīng)優(yōu)化交流電輸入及直流輸出端口的防雷能力。通常，對(duì)1.2/50µs開(kāi)路電壓及8/20µs短路電流的組合雷擊波形，因能量較小，通常采用氧化鋅壓敏電阻與氣體方電管等的組合方法來(lái)解決。對(duì)于靜電放電，通常在通信端口及控制端口的小信號(hào)電路中，采用TVS管及相應(yīng)的接地保護(hù)、加大小信號(hào)電路與機(jī)殼等的電距離來(lái)解決或選用具有抗靜電騷擾的器件。快速瞬變信號(hào)含有很寬的頻譜，很容易以共模的方式傳入控制電路內(nèi)，采用與防靜電相同的方法并減小共模電感的分布電容、加強(qiáng)輸入電路的共模信號(hào)濾波（加共模電容或插入損耗型的鐵氧體磁環(huán)等）來(lái)提高系統(tǒng)的抗擾性能。
減小開(kāi)關(guān)電源的內(nèi)部騷擾，實(shí)現(xiàn)其自身的電磁兼容性，提高開(kāi)關(guān)電源的穩(wěn)定性及可靠性，應(yīng)從以下幾個(gè)方面入手：①注意數(shù)字電路與模塊電路PCB布線的正確分區(qū)；②數(shù)字電路與模擬電路電源的去耦；③數(shù)字電路與模擬電路單點(diǎn)接地、大電流電路與小電流特別是電流電壓取樣電路的單點(diǎn)接地以減小共阻騷擾，減小地環(huán)地影響，布線時(shí)注意相鄰線間的間距及信號(hào)性質(zhì)，避免產(chǎn)生串?dāng)_，減小輸出整流回路及續(xù)流二極管回路與支流濾波電路所包圍的面積，減小變壓器的漏電、濾波電感的分布電容，運(yùn)用諧振頻率高的濾波電容器等。
5 濾波器結(jié)構(gòu)
濾波是一種抑制傳導(dǎo)干擾的方法。例如，在電源輸入端接上濾波器，可以抑制來(lái)自電網(wǎng)的噪聲對(duì)電源本身的侵害，也可以抑制由開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生并向電網(wǎng)反饋的干擾。電源濾波器作為抑制電源線傳導(dǎo)干擾的重要單元，在設(shè)備或系統(tǒng)的電磁兼容設(shè)計(jì)中具有極其重要的作用。它不僅可以抑制傳輸線上的傳導(dǎo)干擾，同時(shí)對(duì)傳輸線上的輻射發(fā)射也具有顯著的抑制效果。在濾波電路中，選用穿心電容、三端電容、鐵氧體磁環(huán)，能夠改善電路的濾波特性。進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)或選擇合適的濾波器，并正確的安裝濾波器是抗干擾技術(shù)的重要組成部分。在交流電輸入端加裝的電源濾波器電路如圖1所示。圖中Ld、Cd用于抑制差模噪聲，一般取Ld為100 mH -700mH，Cd取1µF -10µF。Lc、Cc用于抑制共模噪聲，可根據(jù)實(shí)際情況加以調(diào)整。
所有電源濾波器都必須接地（廠家特別說(shuō)明允許不接地的除外），因?yàn)闉V波器的共模旁路電容必須在接地時(shí)才起作用。一般的接地方法是除了將濾波器與金屬外殼相接之外，還要用較粗的導(dǎo)線將濾波器外殼與設(shè)備的接地點(diǎn)相連。接地阻抗越低，濾波效果越好。
濾波器盡量安裝在靠近電源入口處。濾波器的輸入及輸出端要盡量遠(yuǎn)離，避免干擾信號(hào)從輸入端直接耦合到輸出端。
如在電源輸出端加輸出濾波器、加裝高頻電容、加大輸出濾波電感的電感量及濾波電容的容量，則可以抑制差模噪聲。如果把多個(gè)電容并聯(lián)，則效果會(huì)更好。
幾種濾波器的構(gòu)成如圖2所示。在圖2（a）中，阻抗Z=1/（ωC1），高頻區(qū)域用陶瓷電容、聚酯薄膜電容并聯(lián)，其濾波效果更好。圖2（b）中，噪聲能通過(guò)電容旁路到地線上，這種濾波器連接時(shí)應(yīng)使接地阻抗盡量小。圖2（c）中，C1、C2對(duì)不對(duì)稱噪聲有良好的濾波效果，C3對(duì)對(duì)稱噪聲有良好的濾波效果，連接時(shí)應(yīng)使電容器的引線及接地線盡量短。圖2（d）為常用的噪聲濾波電路，L1、L2對(duì)噪聲呈現(xiàn)高阻抗，而C1則對(duì)噪聲呈現(xiàn)低阻抗。當(dāng)L1、L2采用共模電感結(jié)構(gòu)時(shí)，對(duì)對(duì)稱和非對(duì)稱噪聲都有較好的濾波效果。圖2（e）適用于共模噪聲進(jìn)行濾波，應(yīng)注意的是其接地阻抗同樣應(yīng)盡量小。
圖3是對(duì)共模噪聲和差模噪聲都有效的濾波器電路。其中，L1、L2、C1為抑制差模噪聲回路，L3、C2、C3構(gòu)成抑制共模噪聲回路。L1、L2的鐵心應(yīng)選擇不易磁飽和的材料及M-F特性優(yōu)良的鐵心材料。C1使用陶瓷電容或聚酯薄膜電容，應(yīng)有足夠的耐壓值，其容量一般取0.22µF -0.47µF。L3為共模電感，對(duì)共模噪聲具有較高的阻抗、較好的抑制效果。
6 EMI濾波器選用與安裝
開(kāi)關(guān)電源EMI濾波器中的4只電容器用了兩種不同的下標(biāo)“x”和“y”，不僅說(shuō)明了它們?cè)跒V波網(wǎng)絡(luò)中的作用，還表明了它們?cè)跒V波網(wǎng)絡(luò)中的安全等級(jí)。無(wú)論是選用還是設(shè)計(jì)EMI濾波器，都要認(rèn)真的考慮Cx和Cy的安全等級(jí)。在實(shí)際應(yīng)用中，Cx電容接在單相電源線的L和N之間，它上面除加有電源額定電壓外，還會(huì)疊加L和N之間存在的EMI信號(hào)峰值電壓。因此，要根據(jù)EMI濾波器的應(yīng)用場(chǎng)合和可能存在的EMI信號(hào)峰值，正確選用適合安全等級(jí)的Cx電容器。Cy電容器是接在電源供電線L、N與金屬外殼（E）之間的，對(duì)于220V、50Hz電源，它除符合250V峰值電壓的耐壓要求外，還要求這種電容器在電氣和機(jī)械性能方面具有足夠的安全裕量，以避免可能出現(xiàn)的擊穿短路現(xiàn)象。
EMI濾波器是具有互異性的，即把負(fù)載接在電源端還是負(fù)載端均可。在實(shí)際應(yīng)用中，為達(dá)到有效抑制EMI信號(hào)的目的，必須根據(jù)濾波器兩端將要連接的EMI信號(hào)源阻抗和負(fù)載阻抗來(lái)選擇該濾波器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)。當(dāng)EMI濾波器兩端阻抗都處于失配狀態(tài)時(shí)，即圖4中Zs≠Zin、ZL≠Zout時(shí)，EMI信號(hào)會(huì)在其輸入和輸出端產(chǎn)生反射，增加對(duì)EMI信號(hào)的衰減。其信號(hào)的衰減A與反射Γ的關(guān)系為：A=–10Lg（1-|Γ|2）。
在使用開(kāi)關(guān)電源濾波器時(shí)，要注意濾波器在額定電流下的電源頻率。在安裝濾波器時(shí)，要特別注意濾波器的輸入導(dǎo)線與輸出導(dǎo)線的間隔距離，不能把它們捆在一起走線，否則EMI信號(hào)很容易從輸入線上耦合到輸出線上，這將大大降低濾波器的抑制效果。
7 結(jié)語(yǔ)
在開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中，為了少走彎路和節(jié)省時(shí)間，應(yīng)充分考慮并滿足抗干擾性的要求，避免在設(shè)計(jì)完成后去進(jìn)行抗干擾的補(bǔ)救措施。
二、基于UC3845的反激式開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)
引言
反激式開(kāi)關(guān)電源以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、元器件少等優(yōu)點(diǎn)在自動(dòng)控制及智能儀表的電源中得到廣泛的應(yīng)用。開(kāi)關(guān)電源的調(diào)節(jié)部分通常采用脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)，即在主變換器周期不變的情況下，根據(jù)輸入電壓或負(fù)載的變化來(lái)調(diào)節(jié)功率MOSFET管導(dǎo)通的占空比，從而使輸出電壓穩(wěn)定。脈寬調(diào)制的方法很多，本文中所介紹的是一種高性能的固定頻率電流型脈寬集成控制芯片UC3845。該芯片是專為離線的直流至直流變換器應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。其主要特點(diǎn)是具有內(nèi)部振蕩器、高精度誤差比較器、逐周電流取樣比較、啟動(dòng)電流小、大電流圖騰柱輸出等，是驅(qū)動(dòng)MOSFET的理想器件。
1 UC3845簡(jiǎn)介
UC3845芯片為SO8或SO14管腳塑料表貼元件。專為低壓應(yīng)用設(shè)計(jì)。其欠壓鎖定門限為8.5v（通），7.6V（斷）；電流模式工作達(dá)500千赫輸出開(kāi)關(guān)頻率；在反激式應(yīng)用中最大占空比為0.5;輸出靜區(qū)時(shí)間從50%~70%可調(diào)；自動(dòng)前饋補(bǔ)償；鎖存脈寬調(diào)制，用于逐周期限流；內(nèi)部微調(diào)的參考源；帶欠壓鎖定；大電流圖騰柱輸出；輸入欠壓鎖定，帶滯后；啟動(dòng)及工作電流低。
芯片管腳圖及管腳功能如圖1所示。
圖1 UC3845芯片管腳圖
1腳：輸出/補(bǔ)償，內(nèi)部誤差放大器的輸出端。通常此腳與腳2之間接有反饋網(wǎng)絡(luò)，以確定誤差放大器的增益和頻響。
2腳：電壓反饋輸入端。此腳與內(nèi)部誤差放大器同向輸入端的基準(zhǔn)電壓（2.5 V）進(jìn)行比較，調(diào)整脈寬。
3腳：電流取樣輸入端。
4腳：R T/CT振蕩器的外接電容C和電阻R的公共端。通過(guò)一個(gè)電阻接Vref通過(guò)一個(gè)電阻接地。
5腳：接地。
6腳：圖騰柱式PWM輸出，驅(qū)動(dòng)能力為土1A.
7腳：正電源腳。
8腳：V ref，5V基準(zhǔn)電壓，輸出電流可達(dá)50mA.
2 設(shè)計(jì)方法
如圖2為基于U C3845反激式開(kāi)關(guān)電源的電路圖，虛線框內(nèi)為UC3845內(nèi)部簡(jiǎn)化方框圖。
1）啟動(dòng)電壓和電容的選擇
交流電源115VAC經(jīng)整流、濾波后為一個(gè)紋波非常小的直流高壓Udc，該電壓根據(jù)交流電源范圍往往可得到一個(gè)最大Udcmax， 一 和最小電壓Udcmin 。
當(dāng)直流輸入電壓大于1 44V以上時(shí)，U C3845應(yīng)啟動(dòng)開(kāi)始工作，啟動(dòng)電阻應(yīng)由線路直流電壓和啟動(dòng)所需電流來(lái)確定。
根據(jù)UC3845的參數(shù)分析可知，當(dāng)啟動(dòng)電壓低于8.5V時(shí)，UC3845的整個(gè)電路僅消耗lmA的電流，即UC3845的典型啟動(dòng)電壓為8.5V，電流為1mA.加上外圍電路損耗約0.5mA，即整個(gè)電路損耗約1.5mA.在輸入直流電壓為最小電壓 Ddcmmn時(shí)，啟動(dòng)電阻Rin的計(jì)算如下：
圖2 基于UC3845反激式開(kāi)關(guān)電源的電路圖
啟動(dòng)過(guò)程完成后，UC3845的消耗電流會(huì)隨著MOSFET管的開(kāi)通增至100mA左右。該電流由啟動(dòng)電容在啟動(dòng)時(shí)儲(chǔ)存的電荷量來(lái)提供。此時(shí)，啟動(dòng)電容上的電壓會(huì)發(fā)生跌落到7.6V以上，要使UC3845fj~保持工作，反饋繞組L 應(yīng)能及時(shí)提供饋電電壓。如電壓低于7.6V欠壓比較器動(dòng)作，PWM輸出低電平。自饋電時(shí)間由UC3845的開(kāi)關(guān)周期決定，取U C3845的振蕩頻率 54kHz.啟動(dòng)電容的容量可由下式計(jì)算得到：
2）反饋繞組的匝數(shù)計(jì)算
Ns=Np（Vcc+0.8）（1一Dmax）/（UdcminiDmax ），NP其中為變壓器初級(jí)匝數(shù)。
3）濾波
為濾除供電端的高頻信號(hào)，Vcc對(duì)地接一個(gè)瓷片電容，在PCB布線時(shí)要注意，不能有電感成分的介入，以免產(chǎn)生干擾，引成電路不穩(wěn)定。
4）占空比D
UC3845會(huì)根據(jù)輸入電壓的變化來(lái)調(diào)整其工作的占空比。根據(jù)UC3845的參數(shù)要求，設(shè)UC3845對(duì)應(yīng)最低直流電壓輸入時(shí)最大占空比Dmax=0.5.
當(dāng)輸入直流電壓在144V和177V范圍內(nèi)，UC3845的占空比的范圍為：
5）調(diào)制頻率f
振蕩器OSC的頻率由定時(shí)元件RT和CT選擇值決定。電容CT由參考電壓V ref（=5V）通過(guò)電阻R充電，充至2.8V，再由內(nèi)部電流宿放電到1.2V，形成鋸齒波脈沖信號(hào)，如圖3.不管在大RT 小CT還是大CT小RT，振蕩器充電時(shí)鎖存器置位輸入方波為低電平，放電時(shí)輸入方波為高電平。
當(dāng)鎖存器置位輸入方波為高電平時(shí)，或非門輸出始終為低電平，封鎖PWM，這段時(shí)問(wèn)由內(nèi)部振蕩器OSC放電過(guò)程時(shí)間決定。在鎖存器置位輸入方波下降沿同時(shí)，如或非門其他三個(gè)輸入信號(hào)輸入無(wú)效電平時(shí)，或非門輸出為高電平，MOSFET管導(dǎo)通。
其他三個(gè)輸入信號(hào)分別為：一個(gè)為電流取樣比較器輸出，一個(gè)為誤差放大器輸出，一個(gè)為輸入欠壓比較器輸出。
為濾除參考端的高頻信號(hào)，V 對(duì)地接一個(gè)瓷片電容，在PCB布線時(shí)要注意，不能有電感成分的介人，以免產(chǎn)生干擾，引成電路振蕩打隔。
OSC振蕩頻率f=1.8/（RtCt）， 當(dāng)取RT=33kf2，CT=1000PF，f=-54kHz.
6）電流取樣比較
在圖2中，MOSFET管導(dǎo)通時(shí)，Udc =Ldi/dt，變壓器電感電流以斜率Udc/L線性增長(zhǎng)，L為變壓器的初級(jí)電感。在MOSFET管的源極與地間串接一個(gè)無(wú)感取樣電阻Rs，將變壓器的初級(jí)電流轉(zhuǎn)換成取樣電壓Ud =RS i.在輸出同樣的功率下，輸入直流電壓越小，變壓器一次電流也越大，通過(guò)MOSFET管的電流也越大。為保護(hù)M0SFET管不致?lián)p壞， 需計(jì)算電感峰值電流Ip=2P/（UdcminUmax ）。選擇功率MOSFET管的最大峰值電流Icmax應(yīng)大于1.3Ip.
取樣電壓Ud經(jīng)RC濾波后，送到UC3845的3腳。當(dāng)該電壓超過(guò)lV時(shí)，比較器輸出高電平，送到RS鎖存器的復(fù)位端，PWM輸出為低電平，使PWM的占空比減小，從而限制電感峰值電流。
無(wú)感取樣電阻尺。的電阻值為：Rs=l/Ip，功率1W.而RC濾波器的時(shí)間常數(shù)接近尖脈沖的持續(xù)時(shí)間，否則引起電源輸出的不穩(wěn)定。取R=lk，C=470PF.
7）誤差比較器
Vref經(jīng)電阻分壓為2.5V接至誤差比較器的正端，而負(fù)端（2腳）接外部監(jiān)測(cè)電壓輸入。誤差比較器（1腳）輸出用于外部回路的補(bǔ)償，如圖2，輸出電壓因兩個(gè)二極管壓降而失調(diào)（=1.4V），并在連接到取樣比較器反向輸入端之前被三分。2腳和1腳間接一個(gè)RC網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行環(huán)路補(bǔ)償。取R 11=150kQ，C11=100PF.
外部監(jiān)測(cè)電壓輸入端（2腳）可用于對(duì)輸出回路引入電壓反饋環(huán)節(jié)，如對(duì)主輸出回路5V的穩(wěn)定度要求不高，可將饋電電壓引入，以監(jiān)測(cè)輸出回路過(guò)電壓。Vcc經(jīng)電阻分壓接到UC3845~b部監(jiān)測(cè)電壓輸入端，當(dāng)由于某種原因，輸出回路電壓升高時(shí)， 外部監(jiān)測(cè)電壓輸入端大于2.5V， 誤差比較器輸出小于2.5V，結(jié)合電流取樣比較輸入電壓，PWM輸出為低電平， 使PWM的占空比減小， 輸出回路電壓減小。如果對(duì)主回路輸出5V電壓的精度有要求。應(yīng)采用反饋電路由光耦PC817、TL431及與之相連的阻容網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。其控制原理如下：
主回路5V輸出輸出電壓經(jīng)電阻分壓后得到采樣電壓，此采樣電壓與TL43 l提供的2.5V參考電壓進(jìn)行比較，當(dāng)輸出電壓正常（5V）時(shí)，采樣電壓與TL43l提供的2.5V參考電壓相等則TL431的K極電位不變，流過(guò)光耦二極管的電流不變，流過(guò)光耦的電流不變，UC3845的2腳輸入電壓不變，1腳電位穩(wěn)定，6腳輸出PWM驅(qū)動(dòng)的占空比不變，輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)定值不變。
當(dāng)輸出5V電壓因?yàn)槟撤N原因偏高時(shí)，經(jīng)電阻分壓值就會(huì)大于2.5V，則TL431的K極電位下降，流過(guò)光耦二極管的電流增大，則流過(guò)光耦的電流增大，UC3845的2腳輸入電壓上升到大于2.5V，l腳電位下降，6腳輸出驅(qū)動(dòng)脈沖PWM的占空比下降，輸出電壓降低，這樣就完成了主回路輸出電壓反饋穩(wěn)壓的作用。
3 結(jié)束語(yǔ)
實(shí)踐證明，基于UC3845的反激式開(kāi)關(guān)電源具有輸入電壓范圍寬、輸出電壓精度高、負(fù)載的調(diào)整效率高等特點(diǎn)。本電源應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)電測(cè)儀表中，收到了良好的效果，具有一定的推廣價(jià)值。
三、開(kāi)關(guān)電源中浪涌電流抑制模塊的應(yīng)用
1 上電浪涌電流
目前，考慮到體積，成本等因素，大多數(shù)AC/DC變換器輸入整流濾波采用電容輸入式濾波方式，電路原理如圖1所示。由于電容器上電壓不能躍變，在整流器上電之初，濾波電容電壓幾乎為零，等效為整流輸出端短路。如在最不利的情況（上電時(shí)的電壓瞬時(shí)值為電源電壓峰值）上電，則會(huì)產(chǎn)生遠(yuǎn)高于整流器正常工作電流的輸入浪涌電流，如圖2所示。當(dāng)濾波電容為470μF并且電源內(nèi)阻較小時(shí)，第一個(gè)電流峰值將超過(guò)100A，為正常工作電流峰值的10倍。
浪涌電流會(huì)造成電源電壓波形塌陷，使得供電質(zhì)量變差，甚至?xí)绊懫渌秒娫O(shè)備的工作以及使保護(hù)電路動(dòng)作；由于浪涌電流沖擊整流器的輸入熔斷器，使其在若干次上電過(guò)程的浪涌電流沖擊下而非過(guò)載熔斷。為避免這類現(xiàn)象發(fā)生，而不得不選用更高額定電流的熔斷器，但將出現(xiàn)過(guò)載時(shí)熔斷器不能熔斷，起不到保護(hù)整流器及用電電路的作用；過(guò)高的上電浪涌電流對(duì)整流器和濾波電容器造成不可恢復(fù)的損壞。因此，必須對(duì)帶有電容濾波的整流器輸入浪涌電流加以限制。
2 上電浪涌電流的限制
限制上電浪涌電流最有效的方法是，在整流器與濾波電容器之間，或在整流器的輸入側(cè)加一負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC），如圖3所示。利用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻在常溫狀態(tài)下具有較高阻值來(lái)限制上電浪涌電流，上電后由于NTC流過(guò)電流發(fā)熱使其電阻值降低以減小NTC上的損耗。這種方法雖然簡(jiǎn)單，但存在的問(wèn)題是限制上電浪涌電流性能受環(huán)境溫度和NTC的初始溫度影響，在環(huán)境溫度較高或在上電時(shí)間間隔很短時(shí)，NTC起不到限制上電浪涌電流的作用，因此，這種限制上電浪涌電流方式僅用于價(jià)格低廉的微機(jī)電源或其他低成本電源。而在彩色電視機(jī)和顯示器上，限制上電浪涌電流則采用串一限流電阻，電路如圖4所示。最常見(jiàn)的應(yīng)用是彩色電視機(jī)，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，可靠性高，允許在寬環(huán)境溫度范圍內(nèi)工作，其缺點(diǎn)是限流電阻上有損耗，降低了電源效率。事實(shí)上整流器上電處于穩(wěn)態(tài)工作后，這一限流電阻的限流作用已完成，僅起到消耗功率、發(fā)熱的負(fù)作用，因此，在功率較大的開(kāi)關(guān)電源中，采用上電后經(jīng)一定延時(shí)后用一機(jī)械觸點(diǎn)或電子觸點(diǎn)將限流電阻短路，如圖5所示。這種限制上電浪涌電流方式性能好，但電路復(fù)雜，占用體積較大。為使應(yīng)用這種抑制上電浪涌電流方式，象僅僅串限流電阻一樣方便，本文推出開(kāi)關(guān)電源上電浪涌電流抑制模塊。
3 上電浪涌抑制模塊
3.1 帶有限流電阻的上電浪涌電流抑制模塊
將功率電子開(kāi)關(guān)（可以是MOSFET或SCR）與控制電路封裝在一個(gè)相對(duì)很小的模塊（如400W以下為25mm×20mm×11mm）中，引出3～4個(gè)引腳，外接電路如圖6（a）所示。整流器上電后最初一段時(shí)間，外接限流電阻抑制上電浪涌電流，上電浪涌電流結(jié)束后，模塊導(dǎo)通將限流電阻短路，這樣的上電過(guò)程的輸入電流波形如圖6（b）所示。很顯然上電浪涌電流峰值被有效抑制，這種上電浪涌電流抑制模塊需外接一限流電阻，用起來(lái)很不方便，如何將外接電阻省掉將是電源設(shè)計(jì)者所希望的。
3.2 無(wú)限流電阻的上電浪涌電流抑制模塊
有人提出一種無(wú)限流電阻的上電浪涌電流抑制電路如圖7（a）所示，其上電電流波形如圖7（b）所示，其思路是將電路設(shè)計(jì)成線形恒流電路。實(shí)際電路會(huì)由于兩極放大的高增益而出現(xiàn)自激振蕩現(xiàn)象，但不影響電路工作。從原理上講，這種電路是可行的，但在使用時(shí)則有如下問(wèn)題難以解決：如220V輸入的400W開(kāi)關(guān)電源的上電電流至少需要達(dá)到4A，如上電時(shí)剛好是電網(wǎng)電壓峰值，則電路將承受4×220×=1248W的功率。不僅遠(yuǎn)超出IRF840的125W額定耗散功率，也遠(yuǎn)超出IRFP450及IRFP460的150W額定耗散功率，即使是APT的線性MOSFET也只有450W的額定耗散功率。因此，如采用IRF840或IRFP450的結(jié)果是，MOSFET僅能承受有限次數(shù)的上電過(guò)程便可能被熱擊穿，而且從成本上看，IRF840的價(jià)格可以接受，而IRFP450及IRFP460則難以接受，APT的線性MOSFET更不可能接受。
欲真正實(shí)現(xiàn)無(wú)限流電阻的上電浪涌電流抑制模塊，需解決功率器件在上電過(guò)程的功率損耗問(wèn)題。作者推出的另一種上電浪涌電流抑制模塊的基本思想是，使功率器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，從而解決了功率器件上電過(guò)程中的高功率損耗問(wèn)題，而且電路簡(jiǎn)單。電路如圖8（a）和圖8（b）所示，上電電流波形如圖8（c）所示。
3.3 測(cè)試結(jié)果
A模塊在400W開(kāi)關(guān)電源中應(yīng)用時(shí)，外殼溫升不大于40℃，允許間隔20ms的頻繁重復(fù)上電，最大峰值電流不大于20A，外形尺寸25mm×20mm×11mm或 35mm×25mm×11mm。
B模塊和C模塊用于800W的額定溫升不大于40℃，重復(fù)上電時(shí)間間隔不限，上電峰值電流為正常工作時(shí)峰值電流的3～5倍，外形尺寸35mm×30mm×11mm或者50mm×30mm×12mm。
模塊的鋁基板面貼在散熱器上，模塊溫度不高于散熱器5℃。
4 結(jié)語(yǔ)
開(kāi)關(guān)電源上電浪涌電流抑制模塊的問(wèn)世，由于其外接電路簡(jiǎn)單，體積小給開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)者帶來(lái)了極大方便，特別是無(wú)限流電阻方案，國(guó)內(nèi)外尚未見(jiàn)到相關(guān)報(bào)道。同時(shí)作者也將推出其它沖擊負(fù)載（如交流電機(jī)及各種燈類等）的上電浪涌電流抑制模塊。
四、開(kāi)關(guān)電源中電磁干擾的抑制方法
引言
隨著開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的不斷發(fā)展和日趨成熟，各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?a href="http://www.ezad.cc" target=_blank>開(kāi)關(guān)電源的需求也不斷增長(zhǎng)，但是，開(kāi)關(guān)電源存在嚴(yán)重的電磁干擾（）問(wèn)題。它不僅對(duì)電網(wǎng)造成污染，直接影響到其它用電電器的正常工作，而且作為輻射干擾闖入空間，對(duì)空間也造成電磁污染。于是便產(chǎn)生了開(kāi)關(guān)電源的電磁兼容（EMC）問(wèn)題。電磁兼容是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。
開(kāi)關(guān)電源的電磁干擾可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩大類。傳導(dǎo)干擾通過(guò)交流電源傳播，頻率低于30 MHz。輻射干擾通過(guò)空氣傳播，頻率在30MHz以上。
本文針對(duì)一種桌面式180W塑殼開(kāi)關(guān)電源（負(fù)載是12V／15A的半導(dǎo)體制冷冰箱，電源外形大小205mm×90mm×62mm）所存在的電磁干擾超標(biāo)問(wèn)題，從原理上進(jìn)行了分析，并探討了解決方案。
1 180 W開(kāi)關(guān)電源的電路結(jié)構(gòu)分析與電磁干擾測(cè)試
1．1 主電路與結(jié)構(gòu)布局分析
該開(kāi)關(guān)電源的電路原理如圖1所示。
電容濾波整流器功率因數(shù)低，整流二極管導(dǎo)通時(shí)間較短，濾波電容充電電流瞬時(shí)值的峰值大，整流后的電流波形為脈動(dòng)狀，產(chǎn)生高的諧波電流。
半橋電路中高頻導(dǎo)通和截止的S1、S2、D3、D4和變壓器T1是開(kāi)關(guān)電源的主要騷擾源，產(chǎn)生高頻高壓的尖峰諧波振蕩，該諧波振蕩產(chǎn)生的高次諧波，通過(guò)開(kāi)關(guān)管與散熱器問(wèn)的分布電容傳入內(nèi)部電路或通過(guò)散熱器及變壓器向空間輻射。
該開(kāi)關(guān)電源的內(nèi)部布局如圖2所示，左邊是交流電源輸入和直流輸出，靠左邊上下兩側(cè)留有通風(fēng)孔，風(fēng)機(jī)在右邊，采用向外抽風(fēng)方式散熱，保證塑殼內(nèi)的熱量及時(shí)排出，避免熱量在塑殼內(nèi)積聚。該布局的優(yōu)點(diǎn)是通風(fēng)路比較通暢，但也存在缺點(diǎn)—輸入輸出接口安裝得較近，在它們之間容易產(chǎn)生空間耦合，形成輻射騷擾。
1．2 電磁干擾測(cè)試
表l所列為測(cè)得的7～21次諧波電流的數(shù)值，其中11、15、17次諧波電流都超標(biāo)。
輻射騷擾預(yù)測(cè)結(jié)果在30～50MHz和100MHz處超出限值，如圖4所示。
2 電磁干擾的抑制
2．1 諧波電流的抑制
采用功率因數(shù)校正可以解決諧波電流超標(biāo)的問(wèn)題。有源功率因數(shù)校正采用Boost升壓PFC電路，功率因數(shù)提高到O．99以上，使得諧波電流很小，但電路復(fù)雜，成本也不低，而且電路中的開(kāi)關(guān)管和高壓整流二極管的開(kāi)關(guān)噪聲將成為新的騷擾源，使整機(jī)的EMI達(dá)標(biāo)增加了難度。
考慮到在交流輸入電壓（AC 220～250V）范圍內(nèi)，滿足電壓調(diào)整率情況下，適當(dāng)減小濾波電容，輸入串聯(lián)電阻可以在一定程度上降低濾波電容充電電流瞬時(shí)值的峰值，滿足諧波電流限值，且功率損耗在可以接受的范圍之內(nèi)，整機(jī)電源效率下降不多，也不失為較好方法。采用這一方法后實(shí)測(cè)諧波電流值如表2所列。
2.2傳導(dǎo)騷擾的抑制
傳導(dǎo)噪聲主要來(lái)源半橋中功率開(kāi)關(guān)管S1及S2以頻率25 kHz交替工作，功率開(kāi)關(guān)管集電極發(fā)射極電壓Uce和發(fā)射極電流，。波形接近矩形波。傅立葉分析表明，矩形波脈沖具有相當(dāng)寬的頻率帶寬，含有豐富的高次諧波，脈沖波形的頻譜幅度在低頻段較高。另外，功率開(kāi)關(guān)管在截止期間．高頻變壓器繞組漏感引起的電流突變，也會(huì)產(chǎn)生尖峰干擾。
輸入濾波器是為變換器的電磁騷擾電平和外界的電磁騷擾源設(shè)計(jì)的一種低阻抗通道（即低通濾波器），以抑制或去除電磁騷擾，達(dá)到電磁兼容的目的。
如圖5所示，輸人濾波器是由電感（LFI、LF2）和CY電容（C4、C5）及Cx電容（C1、C2、C3）組成的低通濾波器電路構(gòu)成。對(duì)頻率較高的噪聲信號(hào)有較大的衰減。C1、C2、C3是濾除共模干擾的電容，C4、C5是濾除差模干擾的電容，LF1、LF2是共模線圈。
圖3中低頻傳導(dǎo)干擾（O.15～lMHz范圍）超標(biāo)，共模噪聲的主要騷擾源是功率開(kāi)關(guān)管，低頻傳導(dǎo)干擾抑制以增加共模電感的電感量為主，當(dāng)共模電感從原設(shè)計(jì)的15mH增加到24mH時(shí)，低頻傳導(dǎo)干擾最大處下降30dB，得到了顯著改善。如圖6所示。
輸入濾波器對(duì)20MHz以下噪聲抑制有明顯的效果。理想輸入濾波器是低通濾波器，但實(shí)際上是帶阻濾波器
當(dāng)開(kāi)關(guān)電源頻率增加時(shí)，所需的共模電感可大大減小，共模電感體積也減小。但是，開(kāi)關(guān)電源在20MHz以上頻帶的輻射噪聲份量有所增加，給輻射騷擾的達(dá)標(biāo)帶來(lái)麻煩。開(kāi)關(guān)頻率和共模電感的關(guān)系如表3所列。
由于共模電感線圈存在寄生電容，高頻噪聲成分經(jīng)過(guò)寄生電容向外發(fā)射騷擾，故使用單個(gè)大感量共模電感不容易達(dá)到好的高頻濾波效果，一般采用兩個(gè)共模電感，同樣的電感量抑制高頻噪聲很見(jiàn)效，將有6dB以上的差值。
Cx電容器高頻阻抗頻率特性是一個(gè)關(guān)系電磁騷擾抑制效果的重要參數(shù)。電容器在高頻使用時(shí)等效為r（等效串聯(lián)電阻）+c+L（等效串聯(lián)電感）電路。由于電容器自身的固有電感（即等效串聯(lián)電感）存在，在頻率低的范圍，電容器電抗呈容性，在頻率高的范圍，電容器電抗呈感性，這時(shí)抑制騷擾的能力就明顯下降。電容器的固有引線電感越小和騷擾源的高頻內(nèi)阻抗越大，則抑制騷擾的效果越好。
首先，從電磁騷擾源產(chǎn)生的機(jī)理人手，查找輻射騷擾源的所在，從根本上降低其產(chǎn)生輻射騷擾噪聲的電平。在輸出電壓比較低的情況下，輸出整流器和平滑電路的干擾可能比較
嚴(yán)重+通過(guò)減小環(huán)路面積可以抑制di／dt環(huán)路產(chǎn)生的磁場(chǎng)輻射。整流及續(xù)流二極管工作在高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)，也是個(gè)高頻騷擾源。二極管的引線寄生電感、結(jié)電容的存在以及反向恢復(fù)電流的影響，使之工作在很高的電壓及電流變化率下，且產(chǎn)生高頻振蕩，二極管反向恢復(fù)的時(shí)間也越長(zhǎng)，則尖峰電流的影響也越大。
C4及Cs的引線和連接地引線應(yīng)盡量短，以使接地阻抗盡量小，噪聲能經(jīng)過(guò)電容旁路到地線，C4及C5取較大電容量濾波效果好，但是，隨著電容量的增加泄漏電流也增加了，而泄漏電流值是電氣安全中的重要指標(biāo)，決不允許超過(guò)規(guī)定數(shù)值一一般的漏電流限制是3.5 mA，此桌面式塑殼開(kāi)關(guān)電源屬手持式設(shè)備，最大漏電流限制為O．75 mA，實(shí)測(cè)值為O.55mA。
電源輸入線纜要短，濾波器盡量靠近輸入端口，避免濾波器輸入輸出發(fā)生耦合，而失去濾波作用。接地盡量簡(jiǎn)短可靠，減小高頻阻抗，使干擾有效旁路。經(jīng)過(guò)數(shù)次整改后，得到滿意的結(jié)果如圖7所示。
2．3輻射騷擾的抑制
輻射騷擾足指由任何部件、天線、電纜或連接線輻射的電磁干擾。
通常在電路元件布局上，應(yīng)盡量使輸入交流和輸出直流插座（包括引線）分開(kāi)并遠(yuǎn)離。采用一端輸入另一端輸出是．種合理的布局。但考慮電源內(nèi)部散熱通風(fēng)，該電源采用圖2的散熱結(jié)構(gòu)。不可回避的問(wèn)題是輸入輸出線纜之間可能發(fā)生空間耦合，當(dāng)有高頻傳導(dǎo)電流通過(guò)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的輻射。
首先，從電磁騷擾源產(chǎn)生的機(jī)理入手，查找輻射騷擾源的所在，從根本上降低其產(chǎn)生輻射騷擾噪聲的電平。在輸出電壓比較低的情況下，輸出整流器和平滑電路的干擾可能比較嚴(yán)重，通過(guò)減小環(huán)路面積可以抑制di／dt環(huán)路產(chǎn)生的磁場(chǎng)輻射。整流及續(xù)流二極管工作在高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)，也是個(gè)高頻騷擾源。二極管的引線寄生電感、結(jié)電容的存在以及反向恢復(fù)電流的影響，使之工作在很高的電壓及電流變化率下，且產(chǎn)生高頻振蕩，二極管反向恢復(fù)的時(shí)間也越長(zhǎng)，則尖峰電流的影響也越大。
鐵氧體磁環(huán)和磁珠使用方便，價(jià)格便宜，抑制電磁干擾效果明顯。鐵氧體電感的等效電路為由電感L和電阻R組成的串聯(lián)電路，L和R都是頻率的函數(shù)。電阻值隨著頻率增加而增加，這樣就構(gòu)成了一個(gè)低通濾波器。低頻時(shí)R很小，L起豐要作用，電磁干擾被反射而受到抑制；高頻時(shí)R增大，電磁干擾被吸收并轉(zhuǎn)換成熱能，使高頻干擾大大衰減。不同的鐵氧體抑制元件，有不同的最佳抑制頻率范圍。通常磁導(dǎo)率越高，抑制的頻率就越低。此外，鐵氧體的體積越大，抑制效果越好。在體積一定時(shí)，長(zhǎng)而細(xì)的形狀比短而粗的抑制效果好，內(nèi)徑越小抑制效果也越好。鐵氧體抑制元件應(yīng)當(dāng)安裝在靠近干擾源的地方。對(duì)于輸入、輸出電路，則應(yīng)盡量靠近屏蔽殼的進(jìn)、出口處。
整流二極管使用肖特基二極管，其陽(yáng)極套鐵氧體磁珠（φ3.5×φ1．3×3．5），直流輸出線纜用鐵氧體磁環(huán)繞（φ13．5×φ7.5×7）2.5圈且靠近出口處。整改后輻射干擾最大處下降了約lOdB，但40MHz和100 MHz處余量較小，準(zhǔn)峰值測(cè)試僅有5dB裕量�？紤]到認(rèn)證過(guò)程繁瑣，周期長(zhǎng)，而且各個(gè)認(rèn)證檢測(cè)服務(wù)中心之間允許有2～3dB的誤差，產(chǎn)品的預(yù)測(cè)應(yīng)在6dB以上的裕量為合適，如圖8所示。
鐵氧體磁珠、鐵氧體磁環(huán)的使用對(duì)騷擾源噪聲的抑制有了較大改善，如仍還不能滿足要求，只好采用屏蔽措施，在輸入輸出之間用2mm厚的鋁板隔離，以切斷通過(guò)空間耦合形成的電磁噪聲傳播途徑。結(jié)果輻射騷擾噪聲裕量達(dá)到了12dB以上，抑制噪聲效果相當(dāng)明顯。通過(guò)以上措施大3m法電波暗室與IOm法電波暗室測(cè)試規(guī)定限值的轉(zhuǎn)換：由于標(biāo)準(zhǔn)GB9254認(rèn)定ITE（信息技術(shù)設(shè)備）在10m測(cè)量距離處得到輻射騷擾限值，而較多的EMC檢測(cè)服務(wù)中心是在3m電波暗室內(nèi)測(cè)試，因?yàn)閳?chǎng)強(qiáng)大小與距離成反比，所以在3m法中測(cè)得的噪聲電平比在10m法時(shí)的噪聲電平值要下降10 dB。
圖4、圖8、圖9是由3m法電波暗室測(cè)得，其輻射騷擾限值為30～230MHz準(zhǔn)峰值限值40dB，230～1000MHz準(zhǔn)峰值限值47dB。圖10是由10m法電波暗室測(cè)得，圖9與圖lO比較，輻射噪聲波形相差不多。僅在兒個(gè)頻率點(diǎn)的噪聲電平略有增加。
3 結(jié)語(yǔ)
經(jīng)過(guò)以上的整改后，再次測(cè)試l80W電源的電磁兼容完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。在電源設(shè)計(jì)初期解決EMI問(wèn)題，結(jié)構(gòu)尚未定型，可選用的方法多，有利于降低成本。
除以上所述的抑制措施外，還有其它一些方案，但設(shè)計(jì)方案都要兼顧電源成本。
與EMI相關(guān)的因素多且復(fù)雜，僅做到上述的幾點(diǎn)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還有接地技術(shù)、PCB布局走線等都是很重要的。電磁兼容的設(shè)計(jì)任重而道遠(yuǎn)，我們要不斷進(jìn)行研究，以使我國(guó)的電子產(chǎn)品電磁兼容水平與國(guó)際同步。
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