1 開關(guān)電源電路結(jié)構(gòu)與降噪原理
  　  該開關(guān)電源的設(shè)計(jì)目標(biāo)是穩(wěn)定20 V輸出，輸出電流0～2 A可變焦匈，用于音響系統(tǒng)称侣。為了突出降低電磁噪聲的處理技術(shù)，簡(jiǎn)化電路淳胆，用單片開關(guān)電源芯片TOP224Y進(jìn)行設(shè)計(jì)赁挚。TOP224Y內(nèi)部已包含了PWM調(diào)制所需的所有電路以及激勵(lì)管輸出，由它激勵(lì)變壓器螃方，開關(guān)頻率為100 kHz照腐，內(nèi)部MOS激勵(lì)管的耐壓為700 V鞋会，輸出功率小于45 W。電路如圖1所示言刨，該電路可以獲得更大的輸出功率泌景，只需更改部分器件。圖1中左邊的電路R1焦伸，L1坑匆，D1，C1至C7是常規(guī)的共模濾波和整流電路服筋，獲取約300 V的直流電壓供DC-DC變換電路使用跌褂；最右邊電路L5，C11等是普通的LC濾波電路午磁；IC2尝抖，D8，R9迅皇，R10組成電壓反饋電路昧辽，形成閉環(huán)結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定電源輸出電壓登颓；中間部分是DC-DC變換器搅荞，降噪聲的關(guān)鍵是對(duì)這一部分的電路進(jìn)行適當(dāng)處理。

    　對(duì)于中間部分電路而言框咙，TOP224Y作為PWM控制咕痛、激勵(lì)，都是常規(guī)處理喇嘱≤怨保控制端C的工作電壓取自變壓器的反激勵(lì)電壓，其中D3是整流管者铜，D4是發(fā)光二極管腔丧，用作指導(dǎo)燈。C端的反饋信號(hào)來自IC2的輸出绵颅。芯片的漏極輸出端D連接變壓器和R1饶机，D2，其中R1是半導(dǎo)體壓敏電阻栽乘，與D2一起組成芯片限壓保護(hù)電路，防止芯片因過壓而擊穿藤瞪。該項(xiàng)電路的激勵(lì)方式采用以正激勵(lì)為主的正挚粱、反混合激勵(lì)式，變壓器有4個(gè)繞組媳把，其中2個(gè)是基本相似的輸出繞組n3,n4惊柱，它的同名端關(guān)系如圖2所示错猬。

  　  DC-DC變換后的整流管使用了三只：D5，D6和D7樱凄，沒有獨(dú)立設(shè)置續(xù)流二極管标炭，不同于其他電源電路。D5為續(xù)流而設(shè)置的復(fù)用二極管戈弧，D6和是正激勵(lì)脈沖整流二極管斑卤，D7是反激勵(lì)電壓整流二極管。L4是DC-DC變換后的第一級(jí)濾波電感潭千。在正激勵(lì)期間谱姓，變壓器輸出繞組n3經(jīng)D6，L4輸出電流刨晴，第一級(jí)濾波電感L4中電流i4增大屉来，同時(shí)，變壓器自身利益的激勵(lì)磁電流i1也在增大狈癞。
  　  當(dāng)正激勵(lì)結(jié)束馬上就進(jìn)入反激勵(lì)階段茄靠，濾波電感L4中電流i4將從原值逐步減小。而變壓器中也會(huì)保持勵(lì)磁電流蝶桶，但它是多繞組結(jié)構(gòu)慨绳，勵(lì)磁電流可以出現(xiàn)在任意一個(gè)繞組中，各電流方向以維持原磁場(chǎng)方向?yàn)闇?zhǔn)莫瞬。如果控制當(dāng)時(shí)的濾波電感電流i4>n1i1／n4儡蔓，可以將變壓器磁芯中的勵(lì)磁電流全部轉(zhuǎn)移至n4繞組。也就是電流i4流經(jīng)變壓器輸出繞組n4疼邀，除了維持變壓器磁芯磁場(chǎng)喂江，尚有多余，其余量在n4與n3中按匝數(shù)比分配沛野。此時(shí)莱腾，二極管D5馬上導(dǎo)通，二極管D6繼續(xù)導(dǎo)通含话，而二極管D7仍然截止途陵。變壓器繞組無感生電壓，不放釋放磁場(chǎng)能茂钠。隨著濾波電感儲(chǔ)能的釋放脚们，電流i4逐步減小，直至i4=n1i1／n4時(shí)径塔，D6進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)鳖路。可見D6沒有被除數(shù)強(qiáng)迫截止凰番，處理得當(dāng)盏萝，可以消除其關(guān)斷噪聲寂贱。接著，變壓器開始產(chǎn)生反激勵(lì)電動(dòng)勢(shì)而釋放儲(chǔ)能澡呼，二極管D7開始導(dǎo)通滋饲，變壓器的反激勵(lì)電壓被限制。直到變壓器儲(chǔ)能釋放盡喊巍，等待下一個(gè)周期的激勵(lì)屠缭。
    　按照這一方法處理，可以消除整流二極管D6的硬關(guān)斷噪聲玄糟，但變壓器漏感造成的芯片激勵(lì)管的硬關(guān)斷噪聲仍然存在勿她，這里的輔助繞組可以起到一定的吸收作用。對(duì)于整流二極管的硬開通噪聲阵翎，仍采用RC電路吸收能量逢并，降低噪聲，如圖1中的R7郭卫，C10電路砍聊。

2 主要器件參數(shù)的設(shè)定
2．1 確定變壓器參數(shù)
    　電路的正激勵(lì)電壓U為300 V，根據(jù)芯片的反向耐壓參數(shù)和可靠性要求贰军，反激電壓設(shè)為200 V玻蝌。開關(guān)周期為10μs，因此词疼，其中正激勵(lì)時(shí)間為t1=4．0 μs摇致，反激勵(lì)時(shí)間為t2=6．0 μs。按照15 W反激勵(lì)輸出功率計(jì)算秫丐，每一個(gè)周期里變壓器儲(chǔ)能應(yīng)該達(dá)到150μJ肯仍，即Li1m2=300μJ而Lilm=U1t1，所以有：
   
式中：i1m為變壓器初級(jí)線圈的最大電流值(單位：A)竹俱【巴保可以算得變壓器初級(jí)繞組的電感量L0應(yīng)該達(dá)到4．8 mH。若該電感量取得再大一些也可以摊房，只是反激勵(lì)能量會(huì)減小赚懊，要更多地依靠正激勵(lì)輸出。
  　  對(duì)于變壓器初級(jí)繞組的匝數(shù)．按照40 W輸出功率的要求昨哑，變壓器可以采用E128錳鋅鐵氧體磁芯你朝，其平均磁路長(zhǎng)度為56 mm，中心磁芯截面積Ae1為77 mm2域毡。這一規(guī)格的變壓器為了避免磁芯出現(xiàn)磁飽和爪只，初級(jí)繞組的最少匝數(shù)為：
   
    Bmax是變壓器磁芯允許的最大磁感應(yīng)強(qiáng)度。為了達(dá)到4．8 mH電量的初級(jí)繞組匝數(shù)：

   
    　顯然熄阻，繞制75匝磁路閉合時(shí)已接近磁飽和狀態(tài)斋竞。為了可靠起見，增加初級(jí)繞組匝數(shù)秃殉，控制在80～100匝間坝初，這里取為100匝。同時(shí)钾军，在磁路中設(shè)置氣隙以增加磁路磁阻Rm鳄袍。氣隙厚度通常根據(jù)實(shí)際測(cè)試情況確定。這類單極性激勵(lì)電路將變壓器輸出繞組設(shè)計(jì)成不對(duì)稱結(jié)構(gòu)吏恭。根據(jù)輸出20 V輸出電壓的限制拗小，輸出繞組n4反激電壓定為21 V，變比n=200：21=9．5樱哼。反激勵(lì)輸出繞組n4的匝數(shù)根據(jù)變壓比可確定為各11匝哀九；輸出繞組n3正激電壓定為20／0．4=50 V。正激勵(lì)輸出繞組n3的匝數(shù)為100x 50／300=16匝搅幅；反饋電壓采用反激勵(lì)輸出阅束，以穩(wěn)定輸出電壓值。按照200：15計(jì)算茄唐，繞組的匝數(shù)為8匝伴严。按照以上這些參數(shù)，合理繞制變壓器辐芍。

2．2 確定第一級(jí)濾波電感參數(shù)
    　第一濾波電感的電感量確定原則是：在變壓器的正激勵(lì)期間贡垃，濾波電感中形成的勵(lì)磁電流i4足以維持變壓器雄姿磁芯中勵(lì)磁的需要。如果是大電流輸出掷戚，按連續(xù)濾波考慮令久，L4的電感量取值為：
   
式中：n是變壓器的反激匝比，在此為9．5膊向；U1是原邊正激勵(lì)電壓体笨；U2是副邊正激勵(lì)電壓；U0是電源輸出的直流電壓糙娃。如果是小電流輸出烧啊，按斷續(xù)濾波考慮，L4的電感量為：
   
    　考慮不同輸出電流均能符合續(xù)流要求憎抡，第一濾波電感L4的電感量可以取為45μH端杂，這一電感量不能取得過小。
    　濾波器磁芯的材料一般采用粉芯磁環(huán)性湿，它比鐵氧體磁芯的儲(chǔ)能值大纬傲。若選用φ22鐵粉芯磁環(huán)，其平均磁路長(zhǎng)度為50 mm肤频，磁芯橫截面積Ac2為6×11 mm2叹括，相對(duì)磁導(dǎo)率為70算墨。達(dá)到50μH的線圈匝數(shù)為：
   
    　濾波器不飽和最大工作電流與磁芯材料的關(guān)系為Imax=(BmaxAe2Rm／N)=(Bmaxl／μ0μτN)。由此算得允許的最大工作電流為16 A汁雷，遠(yuǎn)大于電源的實(shí)際輸出電流净嘀，不會(huì)出現(xiàn)磁飽和，可以放心使用侠讯。該濾波實(shí)際在φ22鐵粉芯磁環(huán)上繞26匝挖藏，實(shí)測(cè)為0．048 mH。
2．3 確定其他主要元件參數(shù)
    　第二級(jí)濾波電感器也采用同規(guī)格的鐵粉芯磁環(huán)厢漩，在不出現(xiàn)磁飽和的條件下膜眠，電感量以大為好，一般要達(dá)到100μH以上溜嗜。
    　濾波電容的容量在體積與成本許可的條件下宵膨，以大為好，一般取1 000μF左右盔雷。而且要將電解電容器與高速的CBB電容順聯(lián)合使用牺闪，以提高高頻脈沖的濾波能力。
    　高頻整流二極管應(yīng)采用快恢復(fù)管或者肖特基管篱汤，否則扼漓，開關(guān)噪聲還是難以消除。各二極管的最大整流電流值在2 A以上铃越，反向耐壓參數(shù)在80 V以上醒屠。為了降低共模傳導(dǎo)和輻射騷擾，開關(guān)電源在裝配時(shí)應(yīng)該保證高頻交流信號(hào)共地結(jié)構(gòu)切锈，采取有效的電磁屏蔽等措施橘谐。

3 電源測(cè)試與效果
   　 這一例開關(guān)電源電磁騷擾抑制技術(shù)主要依靠變壓器與濾波器互相協(xié)調(diào)工作實(shí)現(xiàn)的，可以稱之為系統(tǒng)互補(bǔ)抑制噪聲技術(shù)尿旅。該電源經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室測(cè)試陋疑，其輸出噪聲相比采用同樣器件的常規(guī)電源低得多。圖3是兩者輸出端口噪聲電壓波形的比較捕阅，其中泉钮，圖3(a)是普通電路的效果，圖3(b)是系統(tǒng)互補(bǔ)抑制噪聲技術(shù)的效果秃臣。在圖3(b)中的噪聲波形已經(jīng)包含部分共模輻射噪聲波形(淡灰色部分)涧衙，實(shí)際差模噪聲電壓比圖中的幅度還要小，在20 mV以下奥此。這一點(diǎn)可以將示波器探頭芯線與地線短接后弧哎，單點(diǎn)連接電源輸出端顯示波形加以證明。如果是差模電壓，不會(huì)在單點(diǎn)連接時(shí)顯示在示波器上撤嫩，共模噪聲電壓則會(huì)顯示偎捎。而且，不管連接在正極還是負(fù)極上序攘，顯示波形幅度與特征均相同鸭限。共模噪聲幅度需要在接地方式和加裝外屏蔽殼進(jìn)行抑制。

4 結(jié) 語
  　  系統(tǒng)互補(bǔ)抑制噪聲技術(shù)可以大幅度地降低差模噪聲電壓輸出两踏。從開關(guān)器件上電流、電壓變化的特點(diǎn)上看兜喻，這一種設(shè)計(jì)實(shí)際是降低了開關(guān)器件的硬特性要求梦染，對(duì)于提高電路的工作效率也十分有效。所制作的整個(gè)電源裝置發(fā)熱情況比較理想硫缓，說明工作效率較高抄刁。開關(guān)電源產(chǎn)生電磁騷擾的最主要原因是開關(guān)器件上的電流發(fā)生突變，合理使用電感器可以很好地抑制這種電磁騷擾恭隧。

   　 以上重點(diǎn)對(duì)于一種新的抑制電磁騷擾技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)祈哆，開關(guān)電源的電磁噪聲產(chǎn)生的因素有很多，應(yīng)該有針對(duì)性地逐個(gè)加以排除啃极，才能獲得性能比較完善的電源裝置帆速。

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