開關電源的尖峰處理及其抑制方法

2022-05-05 17:36:04 字數 2432 閱讀 6825

電源紋波會干擾電子裝置的正常工作,引起諸如計算機宕機、資料處理出錯及控制系統失靈等故障,給生產和科研釀成難以估量的損失,因此必須採取措施加以抑制。

產生尖峰的原因很多,以下著重說明濾波電路對二極體反向恢復時間所產生的紋波尖峰加以分析,並總結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線端和電源輸出線端分別加入濾波電路。

2.1電源進線端濾波器

在電源進線端通常採用如圖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用於濾除差模干擾訊號。

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用於濾除共模干擾訊號。

l3,l4要求圈數相同,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,影響裝置的絕緣性能。

在同一磁芯上繞兩個匝數相等的線圈。電源往返電流在磁芯中產生大小相等、方向相反的磁通。故對差模訊號電感l3、l4不起作用(見圖2),但對於相線與地線間共模訊號,呈現為乙個大電感。

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電源進線端濾波電路

(1)一般ωl rl,則:。式(1)表明,對共模訊號ug而言,共模電感呈現很大的阻抗。

2.2輸出端濾波器

輸出端濾波器大都採用lc濾波電路。其元件選擇一般資料中均有。為進一步降低紋波,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。電容宜採用多隻併聯的方法,以降低等效串聯電阻。同時取樣迴路中要加入rc前饋取樣網路。

圖2共模電感對差模訊號不起作用

如果加入濾波器後,效果仍不理想,則要詳細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。

導線長度l,線徑d與其電感量的關係為:

l(μh)=0.002l[ln(4l/d)-1](2)

3二極體反向恢復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導通,而vd2截止。但當v導通時,us極性反轉。

vd2導通,由於二極體之反向恢復特性,vd1不能立即截止,而是vd1,vd2同時導通。從而激起乙個很大的電流尖峰。

(1)vd1反向恢復前期等效電路如圖5所示。圖中:r0為次級繞線電阻,引線電阻及二極體導通電阻之和;

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內達到im,則可求出im=41a。如此大的電流尖峰,若不加以抑制勢必損壞器件。

圖5vd1反向恢復前期等效電路

(2)vd1在反向恢復後期,接近關斷狀態,等效為乙個結電容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基礎上疊加乙個uoe-atsin(ωt+θ)的正弦衰減振盪。在vd1兩端激起乙個電壓尖峰。

圖6vd1反向恢復後期等效電路

(3)由以上分析可看出,在反向恢復期間,由於二極體的反向恢復特性,二極體的電流不能突變。此效應與乙個電感等效。為了抑制二極體尖峰,需在二極體兩端併聯電容c或rc緩衝網路。

rc網路的取值原則:c從0.01μf~0.

1μf,由實驗決定。串聯電阻用於限制電容c的放電電流,也為了阻止由於迴路阻抗而引起的共振,起阻尼作用。一般按下式選取:

u0/i0≤r≤(r不宜小於4ω)(7)

4幾種雜訊波的形成及抑制措施

圖7 幾種雜訊波形

圖7給出幾種常見雜訊波形。現對這些雜訊波的形成原因及相應的抑制措施簡述如下:

(1)雜訊波形如圖7(a)所示。

形成原因:輔助電源或基準電壓穩定性不夠所致。抑制措施:在相關部位並大電容。

(2)雜訊波如圖7(b)所示。

形成原因:佈線不合理,引起交叉干擾。抑制措施:調整佈線。

(3)雜訊波形如圖7(c)所示。

形成原因:由於變壓器漏磁對取樣形成干擾而引起自激,導致出現正弦振盪。抑制措施:變壓器要適當加以遮蔽,且遮蔽層要接地。改進變壓器繞制工藝。

(4)雜訊波形如圖7(d)所示。幅值變化隨機、無規則。

形成原因:在於取樣電阻所加電壓過高或印製板絕緣不良。抑制措施:改進取樣。

(5)雜訊波形如圖7(e)所示。

形成原因:整流二極體反向恢復期間引起的尖峰。抑制措施:在二極體上並電容c或rc。

抑制開關電源電磁干擾的方法

深圳市森樹強電子科技 開關電源電磁干擾的產生機理 開關電源產生的干擾,按雜訊干擾源種類來分,可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種 若按耦合通路來分,可分為傳導干擾和輻射干擾兩種。現在按雜訊干擾源來分別說明 1 二極體的反向恢復時間引起的干擾 高頻整流迴路中的整流二極體正嚮導通時有較大的正向電流流過,在其受反...

開關電源紋波測量和抑制方法

開關穩壓電源非常關鍵的乙個指標就是紋波,它主要是由開關變換的方式導致的,也因紋波的存在會影響到後續電路的工作,尤其是在對紋波比較敏感的場合下。如何正確測量開關電源紋波?如何有效抑制開關電源的紋波以達到供電電路的要求?這些都是pcb設計工程師需要掌握的重要技能。開關電源紋波的測量 要有效降低開關電源輸...

開關電源測試方法

一 耐電壓 hi.pot,electric strength dielectric voltage withstand kv 1.1 定義 於指定的端子間,例如 i p o p,i p fg,o p fg間,可耐交流之有效值,漏電流一般可容許10毫安,時間1分鐘。1.2 測試條件 ta 25攝氏度 ...