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电源变压器:开关电源中抑制超高频纹波和共模干扰纹波等的方法

2018-03-10 08:16:54 德州信平电子有限公司 阅读

1寄生参数引起的共模纹波噪声

由于功率器件与散热器底板和变压器原、副边之间存在寄生电容,导线存在寄生电感,减小与控制功率器件、变压器与机壳地之间的寄生电容,并将散热器有效接地(根据不同情况,可选择通过电容接地,或电容串电阻接地),同时在输出侧加共模电感及电容,可减小输出的共模纹波噪声。

因此当矩形波电压作用于功率器件时,开关电源的输出端因此会产生共模纹波噪声。减小与控制功率器件、(电源)变压器与机壳地之间的寄生电容,并在输出侧加共模抑制电感及电容,可减小输出的共模纹波噪声。

2减小输出共模纹波噪声的常用方法:

2.1 输入、输出采用专门设计的EMI滤波器。

开关电源中抑制超高频纹波和共模干扰纹波等的方法

开关电源中抑制超高频纹波和共模干扰纹波等的方法

2.2降低开关毛刺幅度。

主开关管是开关电源的核心器件,同时也是干扰源。其工作频率直接与电磁干扰的强度相关。随着开关管的工作频率升高,开关管电压、电流的切换速度加快,其传导干扰和辐射干扰也随之增加。此外,主开关管上反并联的钳位二极管的反向恢复特性不好,或者电压尖峰吸收电路的参数选择不当也会造成电磁干扰

3 超高频谐振噪声主要来源于

高频整流二极管反向恢复时二极管结电容、功率器件开关时功率器件结电容与线路寄生电感的谐振;频率一般为1-10MHz;通过选用软恢复特性二极管、结电容小的开关管和减少布线长度 等措施可以减少超高频谐振噪声。输出整流二极管的反向恢复问题也可以通过在输出整流管上串联一个饱和电感来抑制。

如图3所示,饱和电感Ls与二极管串联工作。饱和电感的磁芯是用具有矩形BH曲线的磁性材料制成的。同磁放大器使用的材料一样,这种磁芯做的电感有很高的磁导率,该种磁芯在BH曲线上拥有一段接近垂直的线性区并很容易进入饱和。实际使用中,在输出整流二极管导通时,使饱和电感工作在饱和状态下,相当于一段导线;当二极管关断反向恢复时,使饱和电感工作在电感特性状态下,阻碍了反向恢复电流的大幅度变化,从而抑制了它对外部的干扰。

开关电源中抑制超高频纹波和共模干扰纹波等的方法

图3 饱和电感的应用

4 饱和电感在减小二极管反向恢复电流中的应用

为了抑制二极管尖峰,需在二极管两端并联电容C或RC缓冲网络。 RC网络的取值原则:C从0.01μF~0.1μF,串联电阻用于限制电容C的放电电流,也为了阻止由于回路阻抗而引起的共振,起阻尼作用。 一般按下式选取:U0/I0≤R(R不小于4Ω)

5 闭环调节控制引起的纹波噪声

此纹波可通过以下方法进行抑制:

5.1在调节器输出增加对地的补偿网络,调节器的补偿可抑制调节器自激引起的纹波增大。例如: CCM模式的反激变换器控制至输出传递函数之间有一个右半平面的零点,当占空比开始变化时(占空比增加时),输出将会先向相反的方向变化(电源输出电流减小),易引起电路的振荡。建议使用PID补偿器或DPID(在PID上加一超前补偿)补偿器。

5.2合理选择闭环调节器的开环放大倍数和闭环调节器的参数,开环放大倍数过大有时会引起调节器的振荡振荡或自激,使输出纹彼含量增加,过小的开环放大倍数使输出电压稳定性变差及纹波含量增加.所以调节器的开环放大倍数及闭环调节器的参数要合理选取,调试中要根据负载状况进行调节,以获得足够的环路稳定裕量。

5.3在反馈通道中不增加纯滞后滤波环节.使延时滞后降到最小.以增加闭环调节的快速性和及时性,对抑制输出电压纹波是有益的。


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