開關(guān)電源的尖峰干擾及其抑制

開關(guān)電源的尖峰干擾及其抑制

摘要：介紹幾種抑制尖峰干擾的方法。通過產(chǎn)品試用表明，該方法有一定的實用性。

關(guān)鍵詞：紋波濾波器二極管抑制

The Ripple of Switching Power Supply and the Means to be restrained

Abstract: A few kinds of means restraining the ripple of switching power supply have been introduced. The application result shows that these means will be practical in some places.

Keywords:Ripplc,Filter,Diode,Restrain

中圖法分類號：TN97文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：0219?2713(2000)08?378?02

1引言

　　電源紋波會干擾電子設(shè)備的正常工作，引起諸如計算機死機、數(shù)據(jù)處理出錯及控制系統(tǒng)失靈等故障，給生產(chǎn)和科研釀成難以估量的損失，因此必須采取措施加以抑制。

　　產(chǎn)生尖峰的原因很多，以下著重說明濾波電路對二極管反向恢復(fù)時間所產(chǎn)生的紋波尖峰加以分析，并總結(jié)出幾種有效的抑制措施。

2濾波電路

為減小電源尖峰干擾需要在電源進(jìn)線端和電源輸出線端分別加入濾波電路。

2.1電源進(jìn)線端濾波器

在電源進(jìn)線端通常采用如圖1所示電路。該電路對共模和差模紋波干擾均有較好抑制作用。

圖中各元器件的作用：

（1）L1,L2,C1用于濾除差模干擾信號。

L1,L2磁芯面積不宜太小，以免飽和。電感量幾毫亨至幾十毫亨。C1為電源跨接電容，又稱X電容。用陶瓷電容或聚脂薄膜電容效果更好。電容量取0.22μF～0.47μF。

（2）L3，L4，C2，C3用于濾除共模干擾信號。

L3，L4要求圈數(shù)相同，一般取10，電感量2mH左右。

C2，C3為旁路電容，又稱Y電容。電容量要求2200pF左右。電容量過大，影響設(shè)備的絕緣性能。

在同一磁芯上繞兩個匝數(shù)相等的線圈。電源往返電流在磁芯中產(chǎn)生大小相等、方向相反的磁通。故對差模信號電感L3、L4不起作用（見圖2），但對于相線與地線間共模信號，呈現(xiàn)為一個大電感。其等效電路如圖3所示。

由等效電路知：

令L1=L2=M=L，UN=RCI1同時RC?RL，則：

圖1電源進(jìn)線端濾波電路

(1)一般ωL?RL，則：。式（1）表明，對共模信號Ug而言，共模電感呈現(xiàn)很大的阻抗。

2.2輸出端濾波器

輸出端濾波器大都采用LC濾波電路。其元件選擇一般資料中均有。為進(jìn)一步降低紋波，需加入二次LC濾波電路。LC濾波電路中L值不宜過大，以免引起自激，電感線圈一般以1～2匝為宜。電容宜采用多只并聯(lián)的方法，以降低等效串聯(lián)電阻。同時采樣回路中要加入RC前饋采樣網(wǎng)絡(luò)。

圖2共模電感對差模信號不起作用

如果加入濾波器后，效果仍不理想，則要詳細(xì)檢查公共地線的長度、線徑是否合適。因為地線分布電感對抑制紋波極為不利。

導(dǎo)線長度l，線徑d與其電感量的關(guān)系為：

L(μH)=0.002l[ln（4l/d)－1](2)

3二極管反向恢復(fù)時間引起之尖峰及其抑制

圖3共模電感等效電路

以單端反激電源為例（見圖4）

Us為方波，幅值為Um。功率管V截止時，VD1導(dǎo)通，而VD2截止。但當(dāng)V導(dǎo)通時，Us極性反轉(zhuǎn)。VD2導(dǎo)通，由于二極管之反向恢復(fù)特性，VD1不能立即截止，而是VD1，VD2同時導(dǎo)通。從而激起一個很大的電流尖峰。

（1）VD1反向恢復(fù)前期等效電路如圖5所示。圖中：R0為次級繞線電阻，引線電阻及二極管導(dǎo)通電阻之和；

L0為變壓器漏感和引線電感之和。

圖4單端反激電源電路

由等效電路可得：

i=Um/R0[1－e－(R0/L0)t](3)

假定R0=0.235Ω，L0=0.13μHUm=23V，而電流在0.3μs內(nèi)達(dá)到Im,則可求出Im=41A。如此大的電流尖峰，若不加以抑制勢必?fù)p壞器件。

圖5VD1反向恢復(fù)前期等效電路

（2）VD1在反向恢復(fù)后期，接近關(guān)斷狀態(tài)，等效為一個結(jié)電容CD1：

由圖6知,CD1兩端電壓UC（t）為：

UC(t)=Um＋U0e－atsin(ωt＋θ)(4)式中(5）

ɑ=R0′/2L0(6)

從以上各式看出，UC（t）是在Um基礎(chǔ)上疊加一個Uoe－atsin(ωt＋θ)的正弦衰減振蕩。在VD1兩端激起一個電壓尖峰。

圖6VD1反向恢復(fù)后期等效電路

（3）由以上分析可看出，在反向恢復(fù)期間，由于二極管的反向恢復(fù)特性，二極管的電流不能突變。此效應(yīng)與一個電感等效。為了抑制二極管尖峰，需在二極管兩端并聯(lián)電容C或RC緩沖網(wǎng)絡(luò)。

RC網(wǎng)絡(luò)的取值原則：C從0.01μF～0.1μF，由實驗決定。串聯(lián)電阻用于限制電容C的放電電流，也為了阻止由于回路阻抗而引起的共振，起阻尼作用。一般按下式選?。?img height=14 src="/article/UploadPic/2009-7/200971183514524.JPG" width=30>U0/I0≤R≤(R不宜小于4Ω)(7)

4幾種噪聲波的形成及抑制措施

圖7 幾種噪聲波形

圖7給出幾種常見噪聲波形。現(xiàn)對這些噪聲波的形成原因及相應(yīng)的抑制措施簡述如下：

（1）噪聲波形如圖7（a）所示。

形成原因：輔助電源或基準(zhǔn)電壓穩(wěn)定性不夠所致。抑制措施：在相關(guān)部位并大電容。

（2）噪聲波如圖7（b）所示。

形成原因：布線不合理，引起交叉干擾。抑制措施：調(diào)整布線。

（3）噪聲波形如圖7（c）所示。

形成原因：由于變壓器漏磁對采樣形成干擾而引起自激，導(dǎo)致出現(xiàn)正弦振蕩。抑制措施：變壓器要適當(dāng)加以屏蔽，且屏蔽層要接地。改進(jìn)變壓器繞制工藝。

（4）噪聲波形如圖7（d）所示。幅值變化隨機、無規(guī)則。

形成原因：在于采樣電阻所加電壓過高或印制板絕緣不良。抑制措施：改進(jìn)采樣。

（5）噪聲波形如圖7（e）所示。

形成原因：整流二極管反向恢復(fù)期間引起的尖峰。抑制措施：在二極管上并電容C或RC。

5結(jié)語

本文所述幾種方法已成功地運用于我公司的產(chǎn)品PM48－25上。但由于產(chǎn)生尖峰干擾原因很多，因而其抑制措施也要視具體情況而定。只要對具體電路作出具體分析，找出干擾源，采取相應(yīng)的抑制措施，就能取得較好的抑制效果。