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如何降低開關電源的噪聲

發(fā)布時間:2013-03-19 責任編輯:Lynnjiao

【導讀】目前對于可變負載的開關電源,產(chǎn)品最低輸出噪聲電壓也在70 mV以上。設計低電磁騷擾的開關電源,也就成了許多設計人員的希望,為此提出了種種方法。那么究竟如何降低開關電源的噪聲呢?

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

開關電源電路結(jié)構(gòu)與降噪原理

該開關電源的設計目標是穩(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,簡化電路,用單片開關電源芯片TOP224Y進行設計。TOP224Y內(nèi)部已包含了PWM調(diào)制所需的所有電路以及激勵管輸出,由它激勵變壓器,開關頻率為100 kHz,內(nèi)部MOS激勵管的耐壓為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,降噪聲的關鍵是對這一部分的電路進行適當處理。

低噪聲開關電源原理圖
圖1:低噪聲開關電源原理圖

對于中間部分電路而言,TOP224Y作為PWM控制、激勵,都是常規(guī)處理。控制端C的工作電壓取自變壓器的反激勵電壓,其中D3是整流管,D4是發(fā)光二極管,用作指導燈。C端的反饋信號來自IC2的輸出。芯片的漏極輸出端D連接變壓器和R1,D2,其中R1是半導體壓敏電阻,與D2一起組成芯片限壓保護電路,防止芯片因過壓而擊穿。該項電路的激勵方式采用以正激勵為主的正、反混合激勵式,變壓器有4個繞組,其中2個是基本相似的輸出繞組n3,n4,它的同名端關系如圖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,沒有獨立設置續(xù)流二極管,不同于其他電源電路。D5為續(xù)流而設置的復用二極管,D6和是正激勵脈沖整流二極管,D7是反激勵電壓整流二極管。L4是DC-DC變換后的第一級濾波電感。在正激勵期間,變壓器輸出繞組n3經(jīng)D6,L4輸出電流,第一級濾波電感L4中電流i4增大,同時,變壓器自身利益的激勵磁電流i1也在增大。

當正激勵結(jié)束馬上就進入反激勵階段,濾波電感L4中電流i4將從原值逐步減小。而變壓器中也會保持勵磁電流,但它是多繞組結(jié)構(gòu),勵磁電流可以出現(xiàn)在任意一個繞組中,各電流方向以維持原磁場方向為準。如果控制當時的濾波電感電流i4>n1i1/n4,可以將變壓器磁芯中的勵磁電流全部轉(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,尚有多余,其余量在n4與n3中按匝數(shù)比分配。此時,二極管D5馬上導通,二極管D6繼續(xù)導通,而二極管D7仍然截止。變壓器繞組無感生電壓,不放釋放磁場能。隨著濾波電感儲能的釋放,電流i4逐步減小,直至i4=n1i1/n4時,D6進入截止狀態(tài)。可見D6沒有被除數(shù)強迫截止,處理得當,可以消除其關斷噪聲。接著,變壓器開始產(chǎn)生反激勵電動勢而釋放儲能,二極管D7開始導通,變壓器的反激勵電壓被限制。直到變壓器儲能釋放盡,等待下一個周期的激勵。

按照這一方法處理,可以消除整流二極管D6的硬關斷噪聲,但變壓器漏感造成的芯片激勵管的硬關斷噪聲仍然存在,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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