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詳敘工控設備電源、3D打印機電源等開關電源設計方法（四）

來源：發(fā)布時間：2019-05-18 點擊量：999

詳敘工控設備電源、3D打印機電源等開關電源設計方法（四）

一、工控設備電源、3D打印機電源等開關電源的高效驅(qū)動LED離線式照明

用切實可行的螺紋旋入式LED來替代白熾燈泡可能還需要數(shù)年的時間，而在建筑照明中LED的使用正在不斷增長，其具有更高的可靠性和節(jié)能潛力。同大多數(shù)電子產(chǎn)品一樣，其需要一款電源來將輸入功率轉(zhuǎn)換為LED可用的形式。在路燈應用中，一種可行的配置是創(chuàng)建300V/0.35安培負載的80個串聯(lián)的LED。在選擇工控設備電源、3D打印機電源拓撲結(jié)構時，需要制定隔離和功率因數(shù)校正 (PFC) 相關要求。隔離需要大量的安全權衡研究，其中包括提供電擊保護需求和復雜化電源設計之間的對比權衡。在這種應用中，LED上存在高壓，一般認為隔離是非必需的，而PFC才是必需的，因為在歐洲25瓦以上的照明均要求具有PFC功能，而這款產(chǎn)品正是針對歐洲市場推出的。

就這種應用而言，有三種可選工控設備電源、3D打印機電源拓撲：降壓拓撲、轉(zhuǎn)移模式反向拓撲和轉(zhuǎn)移模式 (TM) 單端初級電感轉(zhuǎn)換器 (SEPIC) 拓撲。當LED電壓大約為80伏特時，降壓拓撲可以非常有效地被用于滿足諧波電流要求。在這種情況下，更高的負載電壓將無法再繼續(xù)使用降壓拓撲。那么，此時較為折中的方法就是使用反向拓撲和SEPIC拓撲。SEPIC 具有的優(yōu)點是，其可鉗制功率半導體器件的開關波形，允許使用較低的電壓，從而使器件更為高效。在該應用中，可以獲得大約2%的效率提高。另外，SEPIC 中的振鈴更少，從而使EMI濾波更容易。

工控設備電源、3D打印機電源的轉(zhuǎn)移模式SEPIC發(fā)揮了簡單LED驅(qū)動器的作用

該電路使用了一個升壓TM PFC控制器來控制輸入電流波形。該電路以離線為C6充電作為開始。一旦開始工作，控制器的工控設備電源、3D打印機電源就由一個SEPIC電感上的輔助繞組來提供。一個相對較大的輸出電容將LED紋波電流限定在DC電流的20%。補充說明一下，TM SEPIC中的AC 電通量和電流非常高，需要漆包絞線和低損耗內(nèi)層芯板來降低電感損耗。

這一高效率是通過限制功率器件上的振鈴實現(xiàn)的。另外，正如我們從電流波形中看到的一樣，在 96%效率以上時功率因數(shù)非常好。有趣的是，該波形并非純粹的正弦曲線，而是在上升沿和下降沿呈現(xiàn)出一些斜度，這是電路沒有測量輸入電流而只對開關電流進行測量的緣故。但是，該波形還是足以通過歐洲諧波電流要求的。

二、工控設備電源、3D打印機電源等開關電源通過改變電源頻率來降低EMI性能

在測定EMI性能時，您是否發(fā)現(xiàn)無論您采用何種方法濾波都依然會出現(xiàn)超出規(guī)范幾dB 的問題呢？有一種方法或許可以幫助您達到EMI性能要求，或簡化您的濾波器設計。這種方法涉及了對電源開關頻率的調(diào)制，以引入邊帶能量，并改變窄帶噪聲到寬帶的發(fā)射特征，從而有效地衰減諧波峰值。需要注意的是，總體 EMI 性能并沒有降低，只是被重新分布了。

利用正弦調(diào)制，可控變量的兩個變量為調(diào)制頻率 (fm) 以及您改變電源開關頻率 (Δf) 的幅度。調(diào)制指數(shù) (Β) 為這兩個變量的比。
更大的調(diào)制指數(shù)可以進一步降低峰值EMI性能

選取調(diào)制頻率和頻移是兩個很重要的方面。首先，調(diào)制頻率應該高于EMI接收機帶寬，這樣接收機才不會同時對兩個邊帶進行測量。但是，如果您選取的頻率太高，那么工控設備電源、3D打印機電源控制環(huán)路可能無法完全控制這種變化，從而帶來相同速率下的輸出電壓變化。另外，這種調(diào)制還會引起電源中出現(xiàn)可聞噪聲。因此，我們選取的調(diào)制頻率一般不能高出接收機帶寬太多，但要大于可聞噪聲范圍。較大地改變工作頻率更為可取。然而，這樣會影響到電源設計，意識到這一點非常重要。也就是說，為最低工作頻率選擇磁性元件。此外，工控設備電源、3D打印機電源的輸出電容還需要處理更低頻率運行帶來的更大的紋波電流。

對工控設備電源、3D打印機電源的有頻率調(diào)制和無頻率調(diào)制的EMI性能測量值進行了對比。此時的調(diào)制指數(shù)為4，正如我們預料的那樣，基頻下EMI性能大約降低了8dB。其他方面也很重要。諧波被抹入 (smear into) 同其編號相對應的頻帶中，即第三諧波延展至基頻的三倍。這種情況會在一些較高頻率下重復，從而使噪聲底限大大高于固定頻率的情況。因此，這種方法可能并不適用于低噪聲系統(tǒng)。但是，通過增加設計裕度和最小化EMI濾波器成本，許多系統(tǒng)都已受益于這種方法。

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