眾所周知，開關(guān)電源與線性電源相比有許多優(yōu)點，最突出的就是其效率高。高效率又帶來或造成了其他的許多優(yōu)點。但是開關(guān)電源又有一個突出的缺點，就是輸出電壓中尖刺形成分很大，簡稱尖刺很大。

 

尖刺大造成了許多問題，它對輸入電網(wǎng)和輸出負載形成了高頻躁擾，影響負載和其它設(shè)備的工作。

 

這就在許多領(lǐng)域中限制了它的應(yīng)用。本文論述如何利用諧振現(xiàn)象，以一個簡單的處理方法，達到減小尖刺的目的。

 

 

原來，實際上能做出來的電感、電容元件和安裝電路，自身總存在一定的分布電容和分布電感。

 

它們組成了比較復雜的電路，有一個或幾個諧振頻率點，在迂到同頻率的電壓諧波時，就會產(chǎn)生衰減振蕩，第一個正半波就是尖刺。在實際中，分布電容大約在幾個PF以下，分布電感大約在幾個MH以下。這種諧振頻率大約處于OMc以上的范圍內(nèi)。由于濾波電路接受的是方波形的電壓，而這種電壓波形含有很豐富的高次諧波，也就是說高次諧波的幅值比較大。在現(xiàn)在常用的設(shè)計中，開關(guān)電源的基波頻率一般定在30至300Kc范圍內(nèi)，那么在10Mc以上范圍的高次諧波就會有較大的幅值，因此形成尖刺幾乎是必然的。開關(guān)電源是由開關(guān)管產(chǎn)生占空比可變的方波電壓，然后通過LC電感電容濾波電路變成平直的直流輸出電壓，上面疊加著尖刺。問題在于，這種尖刺很難被濾除掉。這與電壓的大小、安裝電路的形狀等有關(guān)，一般在幾十mV至一百多mV。

 

 

怎樣才能減小尖刺、使它處于幾毫伏甚至小于一毫伏呢，從以上工業(yè)科技發(fā)展分析可以看出，在濾波環(huán)節(jié)上下功夫難以有很大的效果，因為要消除分布電容電感是做不到的。

 

采用多級濾波雖能減小尖剌，但使系統(tǒng)不穩(wěn)定，容易造成自激。

 

可以在削弱開關(guān)波形的高次諧波幅值上想辦法。在富利葉級數(shù)展開后，可以看出：方波高次諧波的幅值是與次數(shù)成反比，

 

An=K/n

 

n是諧波次數(shù)，K是常數(shù)。

 

三角波高次諧波的幅值是與次數(shù)的平方成反比，

 

An=K/n2.

 

這就是說，三角波與方波相比，其高次諧波的幅值要小得多。

 

為了更切合實際，我們再來看看梯形波的情況。

 

梯形波的高次諧波幅值與次數(shù)的關(guān)系是：An=K/（n2―c）。

 

c是另一個常數(shù)，與梯形二邊斜度有關(guān)。

 

也就是說，梯形波的高次諧波在次數(shù)較大（十幾次以上）時，基本上也是與次數(shù)平方成反比。

 

這樣看來，如果將方波的前后沿變緩，其高次諧波幅值就會小很多，對減小尖刺很有利。我們可以用減小開關(guān)管的開關(guān)速度來減緩前后沿，這個方法雖簡單，但是管耗急劇上升，失去了開關(guān)電源損耗低的優(yōu)點，難以取得理想的效果，在實際上行不通。下圖是一個典型的開關(guān)電源中開關(guān)管的損耗與開關(guān)時間之間的關(guān)系曲線。開關(guān)頻率為25Kc.可以看出，開關(guān)時間加大到1HS（lOOOnS）以上時，管耗將急劇上升。而1MS以上的開關(guān)時間，才能有效地減小尖刺。一般開關(guān)時間都在200nS以下。而開關(guān)頻率大有升高的趨勢，達lKc以上，此法就更行不通了。

 

技術(shù)的發(fā)展要求我們解決既不增加損耗而又能有效地減小尖刺這一難題。

 

經(jīng)過反復研究和試驗發(fā)現(xiàn)，可以利用諧振現(xiàn)象本身來解決由它帶來的這個尖刺問題。在開關(guān)管和濾波器之間插入一個諧振電路，它的諧振頻率設(shè)計在開關(guān)頻率的10倍左右，約2Mc，這樣到達濾波器的電壓波形是一個方波疊加上一個衰減正弦波。

 

該正弦波的頻率就是這個諧振電路的頻率，由于其頻率不高，很容易被后面的濾波器濾除。尖刺可以小到理想的程度。在示波器上可以觀察到，開關(guān)波形的前后沿是衰減正弦波的前后半波，因此不陡。這個諧振電路也采用LC電路，損耗極小。而開關(guān)管仍保持高速開關(guān)工作，管耗依然很低。這個方法效果很好，在實驗室研制的實驗用電源中，尖刺小到5mV的水平。

 

經(jīng)過精細調(diào)整的電源中，尖刺可小到用5mV/格的示波器不能觀測出來。

 

 

諧振現(xiàn)象是一個很有意思的電學現(xiàn)象，應(yīng)用得好，可以在科研和生產(chǎn)中解決許多難題，取得上佳的效果。本文論述的就是它在開關(guān)電源中的一個成功的應(yīng)用。

 

在既不減少效率又不明顯增加成本體積的前提下，有效地減小尖刺，提高了開關(guān)電源的品質(zhì)。