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TOPSwitchⅡ系列開(kāi)關(guān)電源的電磁兼容性設(shè)計(jì)
作者Email: SHUJUN.WANG@MT.COM
摘 要： 系統(tǒng)地分析了TOPSwitchⅡ系列開(kāi)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(kāi)關(guān)電源的電磁兼容性。
關(guān)鍵詞： 開(kāi)關(guān)電源 噪聲 電磁兼容性
TOPSwitchⅡ開(kāi)關(guān)電源具有單片集成化、外圍電路簡(jiǎn)單、效率高的優(yōu)點(diǎn)，在大多數(shù)的電子設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，開(kāi)關(guān)電源自身產(chǎn)生的各種噪聲卻形成了一個(gè)很強(qiáng)的電磁干擾源。這些干擾隨著開(kāi)關(guān)頻率的提高、輸出功率的增大而明顯地增強(qiáng)，對(duì)電子設(shè)備的正常運(yùn)行構(gòu)成了潛在的威脅；同時(shí)，一些國(guó)家對(duì)此也有嚴(yán)格的指標(biāo)，不能滿(mǎn)足者將被拒之門(mén)外。本文以美國(guó)PI公司TOPSwitchⅡ系列為例，介紹開(kāi)關(guān)電源的電磁干擾及其抑制。
1 開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生噪聲的原因
開(kāi)關(guān)電源工作在高頻、高壓、大電流開(kāi)關(guān)狀態(tài)，并以開(kāi)和關(guān)的時(shí)間比來(lái)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(guò)電源線以共�；虿钅７绞较蛲鈧鲗�(dǎo)，同時(shí)還向周?chē)臻g輻射噪聲。圖1給出了一種典型TOPSwitchⅡ系列的開(kāi)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(dòng)電壓超過(guò)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(gè)重要指標(biāo)。此外， 電源在工作時(shí)，TOPSwitchⅡ處于高頻率通斷狀態(tài)，在由脈沖變壓器初級(jí)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(guò)大，可能會(huì)產(chǎn)生較大的空間輻射噪聲。如圖2（A），為初級(jí)電流Ipri的波形，其基波為開(kāi)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(shí)，整流二極管D7也處于高頻通斷狀態(tài)，由脈沖變壓器次級(jí)線圈L2、整流二極管D7和濾波電容C6構(gòu)成了高頻開(kāi)關(guān)電流環(huán)路，如果布局、布線不合適，造成環(huán)路面積過(guò)大，可能向空間輻射噪聲。同時(shí)，硅二極管在正向?qū)〞r(shí)ＰＮ結(jié)內(nèi)的電荷被積累，二極管加反向電壓時(shí)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(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)頻率很高，即由導(dǎo)通轉(zhuǎn)變?yōu)榻刂沟臅r(shí)間很短，在短時(shí)間內(nèi)要讓存儲(chǔ)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(diǎn)。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(kāi)關(guān)電源中進(jìn)行能量?jī)?chǔ)存與傳輸?shù)闹匾考�，其性能的�?yōu)劣，不僅對(duì)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(duì)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(kāi)關(guān)電源的電磁兼容性設(shè)計(jì)
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