開關(guān)電源中電磁干擾的產(chǎn)生及其抑制 2
3 抑制干擾的措施
下面就幾種干擾講我們制作開關(guān)電源時(shí)采用的抑制方法葡料。
3.1電源輸入EMI濾波器
在電源進(jìn)線端通常采用如圖3所示電路。該電路對(duì)共模和差模紋波干擾均有較好抑制作用梧货。
圖中各元器件的作用：
〉枵辍（1）L，C1镐催，C2用于濾除共模干擾信號(hào)隶俄。
L是共模電感，通常電感量為2mH～33mH左右椅豆。
C1剿蹦，C2為旁路電容，又稱Y電容尾贮。電容量要求2200pF左右洁乏。電容量過大會(huì)影響設(shè)備的絕緣性能。
≌铩（2）C3倍试，C4用于濾除差模干擾信號(hào)。
C3蛋哭，C4為電源跨接電容县习，又稱X電容。常用陶瓷電容或聚脂薄膜電容谆趾。電容量取0.22μF～0.47μF躁愿。
3.2開關(guān)管和輸出二極管的緩沖電路
由于開關(guān)管和輸出二極管的高速開關(guān)引起的干擾，可以通過增加緩沖電路來(lái)減小沪蓬。如圖4所示：
⊥印（1） 圖4中C1，R1跷叉，D1組成snubber電路逸雹，吸收殘存在變壓器漏感中的能量，能夠減小開關(guān)管關(guān)斷時(shí)的浪涌電壓云挟。
“鹪摇（2） 圖4中C2转质，R2，D2組成開關(guān)管緩沖電路版药，減小開關(guān)管的dV/dt埠限，即減小由此產(chǎn)生的干擾。
∶┢獭（3） 圖4中C3旦珊，R3組成輸出二極管的緩沖電路，減小di/dt毕模，另外輸出二極管應(yīng)采用肖特基或者超快速恢復(fù)二極管丧忍。
3.3高頻變壓器的設(shè)計(jì)和制作
變壓器是開關(guān)電源的最關(guān)鍵器件之一。變壓器不僅要設(shè)計(jì)合理陶握，在制作上也很有講究参挨。一個(gè)好的變壓器既要滿足帶負(fù)載能力，還要能起到減小和抑制干擾的作用禁歧。
首先應(yīng)根據(jù)輸出負(fù)載的大小選擇變壓器的類型和磁芯的型號(hào)亮蜓。
確定變壓器的線徑及線數(shù)。依據(jù)Bobbin的槽寬并以電流密度6A/mm2為參考架独，綜合考慮電流的趨膚效應(yīng)挠囚，決定變壓器的線徑及線數(shù)。
根據(jù)電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)要求脖旱，計(jì)算初次級(jí)繞組的電感量和匝數(shù)堪遂，如果是反激式電源還應(yīng)計(jì)算變壓器氣隙的大小，氣隙的大小決定了變壓器的帶負(fù)載能力萌庆，同時(shí)也會(huì)影響變壓器漏感的大小溶褪。而漏感是產(chǎn)生干擾的一個(gè)重要原因，在滿足帶負(fù)載能力的情況下践险，漏感以小些為好猿妈。
變壓器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和繞組分配。如圖5巍虫，變壓器有兩種常見的繞法：順序繞法和夾層繞法彭则。順序繞法一般漏感為原邊電感量的5%左右，但由于初占遥，次級(jí)只有一個(gè)接觸面俯抖，原副邊間雜散電容較小。夾層繞法一般漏感為原邊電感量的1-3%左右瓦胎，但由于初芬萍，次級(jí)有兩個(gè)接觸面，原副邊間雜散電容較大涯馆。漏感是產(chǎn)生干擾的重要因素秕刊，原副邊間雜散電容是干擾的傳播通道，為抑制干擾俺埋，既要減小漏感又要減小原副邊間雜散電容腮德。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮這兩個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)俄脂，具體采用何種繞法應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況而定枫技。
變壓器的屏蔽層。在EMI干擾較強(qiáng)的情況下相吭，常在變壓器的初次級(jí)之間加入一層屏蔽層秧朝，如圖6，通過加入屏蔽層切斷了初次級(jí)間雜散電容的路徑郊拄，讓其都對(duì)地形成電容噩振，其屏蔽效果非常好，可以大為減小EMI楚陶，同時(shí)對(duì)于電網(wǎng)串入的瞬態(tài)干擾也有一定的抑制作用钻寿。但變壓器的制作工藝和成本都上升。屏蔽層有銅層和繞線層兩種左刽，銅層的效果最佳捺信。
輸出整流濾波
為了增加對(duì)干擾的濾波效果，可以在電源的二次輸出側(cè)加入二級(jí)濾波和一個(gè)共模電感欠痴。如圖7所示迄靠，L1，C1組成二級(jí)濾波電路喇辽，濾除差模干擾;L2是輸出共模電感掌挚，濾除輸出電壓中所含有的共模干擾。
3.5 PCB LAYOUT應(yīng)注意的問題
布線開關(guān)電源中包含有高頻信號(hào)菩咨，PCB上任何印制線都可以起到天線的作用疫诽，印制線的長(zhǎng)度和寬度會(huì)影響其阻抗和感抗，從而影響頻率響應(yīng)旦委。因此應(yīng)將所有通過高頻交流電流的印制線設(shè)計(jì)得盡可能短而寬奇徒，這意味著必須將所有連接到印制線和連接到其他電源線的元器件放置得很近。印制線的長(zhǎng)度與其表現(xiàn)出的電感量和阻抗成正比缨硝，而寬度則與印制線的電感量和阻抗成反比摩钙。根據(jù)印制線路板電流的大小，應(yīng)盡量加粗電源線寬度谎拴，減少環(huán)路電阻荚谢。
4 結(jié)束語(yǔ)
我們?cè)谠O(shè)計(jì)和制作反激式開關(guān)電源時(shí)，采用了上述措施呐品，變壓器采用順序繞法帶銅層屏蔽層凯挟，輸出側(cè)加共模濾波電感后逸铆，+5V輸出電壓波形上的毛刺和紋波的峰峰值都小于60mV，而在采用這些措施前毛刺和紋波的峰峰值大于500mV辱滤。通過比較苦钱，我們發(fā)現(xiàn)這些措施確實(shí)能夠?qū)Ω蓴_起到很好的抑制作用。抑制開關(guān)電源電磁干擾的措施還有很多沽贸，比如屏蔽技術(shù)避晾、接地等等。在設(shè)計(jì)開關(guān)電源時(shí)應(yīng)綜合考慮各種因數(shù)抑昨，盡可能抑制開關(guān)電源的各種噪聲啥匀，提高開關(guān)電源的電磁兼容性，使開關(guān)電源得到更廣泛應(yīng)用赚铅。
參考文獻(xiàn)：
[1] 周志敏催首，周紀(jì)海，紀(jì)愛華.單片開關(guān)電源.北京：電子工業(yè)出版社泄鹏，2004.
[2] 張占松翅帜，蔡宣三.開關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì).北京：電子工業(yè)出版社，2004
[3] Abraham I Pressman. Switching Power Supply Design. R.R.Donnelley & Sons Company命满，1991
[4] POWER INTEGRATIONS, INC. Application Note. PI , 1994
下面就幾種干擾講我們制作開關(guān)電源時(shí)采用的抑制方法葡料。
3.1電源輸入EMI濾波器
在電源進(jìn)線端通常采用如圖3所示電路。該電路對(duì)共模和差模紋波干擾均有較好抑制作用梧货。
圖中各元器件的作用：
〉枵辍（1）L，C1镐催，C2用于濾除共模干擾信號(hào)隶俄。
L是共模電感，通常電感量為2mH～33mH左右椅豆。
C1剿蹦，C2為旁路電容，又稱Y電容尾贮。電容量要求2200pF左右洁乏。電容量過大會(huì)影響設(shè)備的絕緣性能。
≌铩（2）C3倍试，C4用于濾除差模干擾信號(hào)。
C3蛋哭，C4為電源跨接電容县习，又稱X電容。常用陶瓷電容或聚脂薄膜電容谆趾。電容量取0.22μF～0.47μF躁愿。
3.2開關(guān)管和輸出二極管的緩沖電路
由于開關(guān)管和輸出二極管的高速開關(guān)引起的干擾，可以通過增加緩沖電路來(lái)減小沪蓬。如圖4所示：
⊥印（1） 圖4中C1，R1跷叉，D1組成snubber電路逸雹，吸收殘存在變壓器漏感中的能量，能夠減小開關(guān)管關(guān)斷時(shí)的浪涌電壓云挟。
“鹪摇（2） 圖4中C2转质，R2，D2組成開關(guān)管緩沖電路版药，減小開關(guān)管的dV/dt埠限，即減小由此產(chǎn)生的干擾。
∶┢獭（3） 圖4中C3旦珊，R3組成輸出二極管的緩沖電路，減小di/dt毕模，另外輸出二極管應(yīng)采用肖特基或者超快速恢復(fù)二極管丧忍。
3.3高頻變壓器的設(shè)計(jì)和制作
變壓器是開關(guān)電源的最關(guān)鍵器件之一。變壓器不僅要設(shè)計(jì)合理陶握，在制作上也很有講究参挨。一個(gè)好的變壓器既要滿足帶負(fù)載能力，還要能起到減小和抑制干擾的作用禁歧。
首先應(yīng)根據(jù)輸出負(fù)載的大小選擇變壓器的類型和磁芯的型號(hào)亮蜓。
確定變壓器的線徑及線數(shù)。依據(jù)Bobbin的槽寬并以電流密度6A/mm2為參考架独，綜合考慮電流的趨膚效應(yīng)挠囚，決定變壓器的線徑及線數(shù)。
根據(jù)電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)要求脖旱，計(jì)算初次級(jí)繞組的電感量和匝數(shù)堪遂，如果是反激式電源還應(yīng)計(jì)算變壓器氣隙的大小，氣隙的大小決定了變壓器的帶負(fù)載能力萌庆，同時(shí)也會(huì)影響變壓器漏感的大小溶褪。而漏感是產(chǎn)生干擾的一個(gè)重要原因，在滿足帶負(fù)載能力的情況下践险，漏感以小些為好猿妈。
變壓器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和繞組分配。如圖5巍虫，變壓器有兩種常見的繞法：順序繞法和夾層繞法彭则。順序繞法一般漏感為原邊電感量的5%左右，但由于初占遥，次級(jí)只有一個(gè)接觸面俯抖，原副邊間雜散電容較小。夾層繞法一般漏感為原邊電感量的1-3%左右瓦胎，但由于初芬萍，次級(jí)有兩個(gè)接觸面，原副邊間雜散電容較大涯馆。漏感是產(chǎn)生干擾的重要因素秕刊，原副邊間雜散電容是干擾的傳播通道，為抑制干擾俺埋，既要減小漏感又要減小原副邊間雜散電容腮德。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮這兩個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)俄脂，具體采用何種繞法應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況而定枫技。
變壓器的屏蔽層。在EMI干擾較強(qiáng)的情況下相吭，常在變壓器的初次級(jí)之間加入一層屏蔽層秧朝，如圖6，通過加入屏蔽層切斷了初次級(jí)間雜散電容的路徑郊拄，讓其都對(duì)地形成電容噩振，其屏蔽效果非常好，可以大為減小EMI楚陶，同時(shí)對(duì)于電網(wǎng)串入的瞬態(tài)干擾也有一定的抑制作用钻寿。但變壓器的制作工藝和成本都上升。屏蔽層有銅層和繞線層兩種左刽，銅層的效果最佳捺信。
輸出整流濾波
為了增加對(duì)干擾的濾波效果，可以在電源的二次輸出側(cè)加入二級(jí)濾波和一個(gè)共模電感欠痴。如圖7所示迄靠，L1，C1組成二級(jí)濾波電路喇辽，濾除差模干擾;L2是輸出共模電感掌挚，濾除輸出電壓中所含有的共模干擾。
3.5 PCB LAYOUT應(yīng)注意的問題
布線開關(guān)電源中包含有高頻信號(hào)菩咨，PCB上任何印制線都可以起到天線的作用疫诽，印制線的長(zhǎng)度和寬度會(huì)影響其阻抗和感抗，從而影響頻率響應(yīng)旦委。因此應(yīng)將所有通過高頻交流電流的印制線設(shè)計(jì)得盡可能短而寬奇徒，這意味著必須將所有連接到印制線和連接到其他電源線的元器件放置得很近。印制線的長(zhǎng)度與其表現(xiàn)出的電感量和阻抗成正比缨硝，而寬度則與印制線的電感量和阻抗成反比摩钙。根據(jù)印制線路板電流的大小，應(yīng)盡量加粗電源線寬度谎拴，減少環(huán)路電阻荚谢。
4 結(jié)束語(yǔ)
我們?cè)谠O(shè)計(jì)和制作反激式開關(guān)電源時(shí)，采用了上述措施呐品，變壓器采用順序繞法帶銅層屏蔽層凯挟，輸出側(cè)加共模濾波電感后逸铆，+5V輸出電壓波形上的毛刺和紋波的峰峰值都小于60mV，而在采用這些措施前毛刺和紋波的峰峰值大于500mV辱滤。通過比較苦钱，我們發(fā)現(xiàn)這些措施確實(shí)能夠?qū)Ω蓴_起到很好的抑制作用。抑制開關(guān)電源電磁干擾的措施還有很多沽贸，比如屏蔽技術(shù)避晾、接地等等。在設(shè)計(jì)開關(guān)電源時(shí)應(yīng)綜合考慮各種因數(shù)抑昨，盡可能抑制開關(guān)電源的各種噪聲啥匀，提高開關(guān)電源的電磁兼容性，使開關(guān)電源得到更廣泛應(yīng)用赚铅。
參考文獻(xiàn)：
[1] 周志敏催首，周紀(jì)海，紀(jì)愛華.單片開關(guān)電源.北京：電子工業(yè)出版社泄鹏，2004.
[2] 張占松翅帜，蔡宣三.開關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì).北京：電子工業(yè)出版社，2004
[3] Abraham I Pressman. Switching Power Supply Design. R.R.Donnelley & Sons Company命满，1991
[4] POWER INTEGRATIONS, INC. Application Note. PI , 1994
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