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開關(guān)電源設(shè)計(jì)的噪聲降低法
來源：東莞市成良智能科技 發(fā)布時(shí)間：2018-09-30 點(diǎn)擊量：1517
開關(guān)電源的特征就是產(chǎn)生強(qiáng)電磁噪聲，若不加嚴(yán)格控制，將產(chǎn)生極大的干擾。下面介紹的技術(shù)有助于降低開關(guān)電源噪聲，能用于高靈敏度的模擬電路。
1、電路和器件的選擇一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是保持dv/dt和di/dt在較低水平,有許多電路通過減小dv/dt和/或di/dt來減小輻射，這也減輕了對開關(guān)管的壓力，這些電路包括ZVS(零電壓開關(guān))、ZCS(零電流開關(guān))、共振模式.(ZCS的一種)、SEPIC(單端初級電感轉(zhuǎn)換器)、CK(一套磁結(jié)構(gòu)，以其發(fā)明者命名)等。
減小開關(guān)時(shí)間并非一定就能引起開關(guān)電源效率的提高，因?yàn)榇判栽腞F振蕩需要強(qiáng)損耗的緩沖，最終可以觀察到不斷減弱的回程。使用軟開關(guān)技術(shù)，雖然會稍微降低效率，但在節(jié)省成 本和濾波/屏蔽所占用空間方面有更大的好處。
2、阻尼
為了保護(hù)開關(guān)管免受由于寄生參數(shù)等因素引起的振蕩尖峰電壓的沖擊常需要阻尼。阻尼器連到有問題的線圈上，這也可以減小發(fā)射。
阻尼器有多種類型：從EMC角度看，RC阻尼器通常在EMC上是好的，但比其他的發(fā)熱多一些。權(quán)衡各方面的利弊，在緩沖器中應(yīng)謹(jǐn)慎使用感性電阻。
3、磁性元件有關(guān)問題及解決方案
特別需注意的是開關(guān)電源電感和變壓器的磁路要閉合。例如，用環(huán)形或無縫磁芯，環(huán)形鐵粉芯適合于存儲磁能的場合，若在磁環(huán)上開縫，則需一個(gè)完全短路環(huán)來減小寄生泄漏磁場。
初級開關(guān)噪聲會通過隔離變壓器的線圈匝間電容注入到次級，在次級產(chǎn)生共模噪聲，這些開關(guān)電源噪聲電流難以濾除，而且由于流過路徑較長，便會產(chǎn)生發(fā)射現(xiàn)象。
一種很有效的技術(shù)是將次級地用小電容連接到初級開關(guān)電源線上，從而為這些共模電流提供一條返回路徑，但要注意安全，千萬別超出安全標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)明的總的泄漏地電流，這個(gè)電容也有助于次級濾波器更好的工作。
線圈匝間屏蔽(隔離變壓器內(nèi))可以更有效地抑制次級上感應(yīng)的初級開關(guān)噪聲。雖然也曾有過五層以上的屏蔽，但三層屏蔽更常見?？拷跫壘€圈的屏蔽通常連到一次開關(guān)電源線上，靠近次級線圈的屏蔽經(jīng)常連到公共輸出地(若有的話)，中間屏蔽體一般連到開關(guān)電源機(jī)殼。在樣機(jī)階段要反復(fù)實(shí)驗(yàn)以找到線圈匝間屏蔽的好的連接方式。
以上兩項(xiàng)技術(shù)也能減小輸入端上感應(yīng)的次級開關(guān)噪聲。適當(dāng)大小的輸出電感可以將次級交流波形變成半正弦波，因此可以顯著地減小變壓器繞組間噪聲(直流紋波).
4、散熱器
開關(guān)電源散熱器與集電極或TO247功率器件的漏極之間有50pF的電容，因此可以產(chǎn)生很強(qiáng)的發(fā)射。僅僅直接地把散熱片連到機(jī)殼，這只是把噪聲引向大地，很可能不能減小總體發(fā)射水平。
較好的做法是：把它們連到一恰當(dāng)?shù)碾娐方Y(jié)點(diǎn)——一次整流輸出端，但要注意安全要求。具有屏蔽作用的絕緣隔離片可以連接到開關(guān)管上，把它們屏蔽內(nèi)層接至一次整流端，散熱片要么懸浮要么連到機(jī)殼。
散熱片也可以通過電容連到有危險(xiǎn)電壓的線上，電容的引線和PCB軌線構(gòu)成的電感可能會與電容 “諧振”，這可對解決某些特殊頻率上的問題特別有效。應(yīng)該在樣機(jī)上多次試驗(yàn)，最終找到散熱片好的安裝方法。
5、整流器件
用于一次開關(guān)電源上的整流器和二次整流器，因?yàn)槠浞聪螂娏?，可以引起大量的噪聲，最好使用快速軟開關(guān)型號的器件。
1、電路和器件的選擇一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是保持dv/dt和di/dt在較低水平,有許多電路通過減小dv/dt和/或di/dt來減小輻射，這也減輕了對開關(guān)管的壓力，這些電路包括ZVS(零電壓開關(guān))、ZCS(零電流開關(guān))、共振模式.(ZCS的一種)、SEPIC(單端初級電感轉(zhuǎn)換器)、CK(一套磁結(jié)構(gòu)，以其發(fā)明者命名)等。
減小開關(guān)時(shí)間并非一定就能引起開關(guān)電源效率的提高，因?yàn)榇判栽腞F振蕩需要強(qiáng)損耗的緩沖，最終可以觀察到不斷減弱的回程。使用軟開關(guān)技術(shù)，雖然會稍微降低效率，但在節(jié)省成 本和濾波/屏蔽所占用空間方面有更大的好處。
2、阻尼
為了保護(hù)開關(guān)管免受由于寄生參數(shù)等因素引起的振蕩尖峰電壓的沖擊常需要阻尼。阻尼器連到有問題的線圈上，這也可以減小發(fā)射。
阻尼器有多種類型：從EMC角度看，RC阻尼器通常在EMC上是好的，但比其他的發(fā)熱多一些。權(quán)衡各方面的利弊，在緩沖器中應(yīng)謹(jǐn)慎使用感性電阻。
3、磁性元件有關(guān)問題及解決方案
特別需注意的是開關(guān)電源電感和變壓器的磁路要閉合。例如，用環(huán)形或無縫磁芯，環(huán)形鐵粉芯適合于存儲磁能的場合，若在磁環(huán)上開縫，則需一個(gè)完全短路環(huán)來減小寄生泄漏磁場。
初級開關(guān)噪聲會通過隔離變壓器的線圈匝間電容注入到次級，在次級產(chǎn)生共模噪聲，這些開關(guān)電源噪聲電流難以濾除，而且由于流過路徑較長，便會產(chǎn)生發(fā)射現(xiàn)象。
一種很有效的技術(shù)是將次級地用小電容連接到初級開關(guān)電源線上，從而為這些共模電流提供一條返回路徑，但要注意安全，千萬別超出安全標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)明的總的泄漏地電流，這個(gè)電容也有助于次級濾波器更好的工作。
線圈匝間屏蔽(隔離變壓器內(nèi))可以更有效地抑制次級上感應(yīng)的初級開關(guān)噪聲。雖然也曾有過五層以上的屏蔽，但三層屏蔽更常見?？拷跫壘€圈的屏蔽通常連到一次開關(guān)電源線上，靠近次級線圈的屏蔽經(jīng)常連到公共輸出地(若有的話)，中間屏蔽體一般連到開關(guān)電源機(jī)殼。在樣機(jī)階段要反復(fù)實(shí)驗(yàn)以找到線圈匝間屏蔽的好的連接方式。
以上兩項(xiàng)技術(shù)也能減小輸入端上感應(yīng)的次級開關(guān)噪聲。適當(dāng)大小的輸出電感可以將次級交流波形變成半正弦波，因此可以顯著地減小變壓器繞組間噪聲(直流紋波).
4、散熱器
開關(guān)電源散熱器與集電極或TO247功率器件的漏極之間有50pF的電容，因此可以產(chǎn)生很強(qiáng)的發(fā)射。僅僅直接地把散熱片連到機(jī)殼，這只是把噪聲引向大地，很可能不能減小總體發(fā)射水平。
較好的做法是：把它們連到一恰當(dāng)?shù)碾娐方Y(jié)點(diǎn)——一次整流輸出端，但要注意安全要求。具有屏蔽作用的絕緣隔離片可以連接到開關(guān)管上，把它們屏蔽內(nèi)層接至一次整流端，散熱片要么懸浮要么連到機(jī)殼。
散熱片也可以通過電容連到有危險(xiǎn)電壓的線上，電容的引線和PCB軌線構(gòu)成的電感可能會與電容 “諧振”，這可對解決某些特殊頻率上的問題特別有效。應(yīng)該在樣機(jī)上多次試驗(yàn)，最終找到散熱片好的安裝方法。
5、整流器件
用于一次開關(guān)電源上的整流器和二次整流器，因?yàn)槠浞聪螂娏?，可以引起大量的噪聲，最好使用快速軟開關(guān)型號的器件。
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