時(shí)間：2023-05-30 10:46:01
開(kāi)篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇開(kāi)關(guān)電源，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過(guò)程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)電源；仿真；電磁干擾
在開(kāi)關(guān)電源中，開(kāi)關(guān)管的電壓接近方波，含有豐富的高次諧波，同時(shí)，由于開(kāi)關(guān)變壓器的漏電感及分布電容以及開(kāi)關(guān)器件的工作狀態(tài)非理想，在高頻開(kāi)或關(guān)時(shí)，常常會(huì)產(chǎn)生高頻、高壓的尖峰高次諧波振蕩，該諧波通過(guò)開(kāi)關(guān)管的散熱器對(duì)地之間的分布電容傳送到輸入端；也可以通過(guò)變壓器初次級(jí)間的耦合電容及變壓器的對(duì)地電容通過(guò)輸出回路傳送到輸入端。因此，開(kāi)關(guān)電源中存在著較嚴(yán)重的電磁干擾。
本文以12V、0.85A的反激式開(kāi)關(guān)電源為例，見(jiàn)圖1，應(yīng)用仿真軟件Pspice進(jìn)行研究，仿真分析了開(kāi)關(guān)電源中的電流和電壓的特點(diǎn)，探究了電源的EMC問(wèn)題的解決策略。
圖1 12V，0.85A的反激式開(kāi)關(guān)電源
圖2 反激式開(kāi)關(guān)電源的Pspice仿真電路
1 開(kāi)關(guān)電路的電流、電壓
下圖3依次是開(kāi)關(guān)管漏源電壓、漏極電流、高頻變壓器原邊電流、RCD吸收電路的電流、漏極對(duì)地電容的電流：
圖3
由圖3可以總結(jié)出此反激式開(kāi)關(guān)電源波形的幾個(gè)特點(diǎn)：（1）波形均為脈沖波形，頻率為40KHz；（2）開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間極短，此電路參數(shù)下為6uS左右。（3）除開(kāi)關(guān)管的電流，都疊加著振蕩波形，即文獻(xiàn)資料中所說(shuō)的“振鈴”。
2 由漏電感引起的開(kāi)關(guān)管的電壓尖峰及高頻振蕩
圖4是無(wú)RCD鉗位電路時(shí)開(kāi)關(guān)管漏源電壓的波形。圖中，開(kāi)關(guān)管截止瞬間的電壓尖峰和高頻振蕩由高頻變壓器的漏感引起，產(chǎn)生了659.055V的瞬間電壓，這同有RCD鉗位電路（圖3）相比（最高電壓為500V左右），高出了159V。
此開(kāi)關(guān)管的額定電壓為600V，且工作在高頻狀態(tài)，如果不采取措施，開(kāi)關(guān)管很容易損壞，造成整個(gè)電源不能正常工作，作為設(shè)備的驅(qū)動(dòng)裝置，這是不允許的。
3 開(kāi)關(guān)管漏極電壓突變引起的干擾電流
由于開(kāi)關(guān)管的漏源電壓極高，且導(dǎo)通和截止的時(shí)間極短，使開(kāi)關(guān)管漏極對(duì)地等效電容Cp產(chǎn)生了較大的干擾電流。由圖5可知，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通瞬間產(chǎn)生的最大電流為1.8985A，截止瞬間產(chǎn)生的最大電流為377.665mA。
圖5 開(kāi)關(guān)管漏極對(duì)地電容的電流波形
Cp在本電路中由開(kāi)關(guān)管的散熱片對(duì)地電容、變壓器原邊對(duì)地電容、變壓器初次級(jí)間的耦合電容、變壓器副邊的對(duì)地電容、輸出整流二極管的電容等構(gòu)成。由于開(kāi)關(guān)電源的共模干擾主要就是漏源高壓的瞬間突變產(chǎn)生的，其電流的大小與漏源電壓的變化率、電容的容量成正比，因此應(yīng)采取一定的措施減小Cp。
4 輸出電路的仿真分析
輸出電路由整流二極管、濾波電路等構(gòu)成。 圖6依次為開(kāi)關(guān)管漏源電壓、輸出整流二極管陽(yáng)極電壓、二極管電流、輸出直流電壓的波形。由圖可知，整流二極管的陽(yáng)極電壓同開(kāi)關(guān)管的漏極電壓一樣，也存在著瞬間突變，因此產(chǎn)生了干擾電流。
圖6
為了減小輸出端口對(duì)傳導(dǎo)騷擾的影響可以采取如下措施：（1） 采用帶屏蔽層的高頻變壓器，減小原副邊的耦合電容。（2） 在輸出“地”與輸入“地”之間跨接一個(gè)高頻電容，可以旁路一部分騷擾電流，使流向電源輸入端的干擾電流減小。（3）在輸出電路中加入共模、差模濾波電路，對(duì)輸出端的高頻干擾進(jìn)行抑制。
參考文獻(xiàn)
[1]沙占友等編著.新型單片開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)與應(yīng)用技術(shù)，電子工業(yè)出版社，2005.
關(guān)鍵詞：電力電子；開(kāi)關(guān)電源；高頻開(kāi)關(guān)。
1引言
我國(guó)電力電子技術(shù)中廣泛引進(jìn)信息電子技術(shù)以及半導(dǎo)體技術(shù)，這使得電力電子技術(shù)朝著高頻方向發(fā)展。電力電子技術(shù)主要包括變流電路、電子器件、控制電路。開(kāi)關(guān)電源主要借助電力電子技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)半導(dǎo)體器件開(kāi)通和關(guān)斷的控制，保證電壓輸出穩(wěn)定。開(kāi)關(guān)電源相較傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源占地較小且應(yīng)用效率高，因此廣泛應(yīng)用于各類電子產(chǎn)品中。但與此同時(shí)，開(kāi)關(guān)電源在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中受到電磁干擾的影響，而且電路分布復(fù)雜，受到射頻干擾程度較大。開(kāi)關(guān)電源中的整機(jī)電路由控制電路以及主電路進(jìn)行控制，其中，整機(jī)電路主電路復(fù)雜電網(wǎng)能量的轉(zhuǎn)換和傳遞，包括輸出整流濾波、輸入整流濾波以及功率轉(zhuǎn)換。本文中以當(dāng)前較為常用的高頻開(kāi)關(guān)電源為例，闡述高頻開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用特點(diǎn)，并分析電力電子技術(shù)在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用。
2高頻開(kāi)關(guān)電源的特點(diǎn)
2.1分類
根據(jù)開(kāi)關(guān)電源的實(shí)際用途以及標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行分類，有著多種分類方式。首先，根據(jù)開(kāi)關(guān)電源的驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行分類，可將開(kāi)關(guān)電源分成他勵(lì)式、自勵(lì)式兩種[1]。如果按照開(kāi)關(guān)電源的輸出/入類型進(jìn)行劃分，則能夠分為AC/DC以及DC/DC兩種不同變換器。想要實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行精準(zhǔn)控制，按照控制方式以及用途不同，可將開(kāi)關(guān)電源分為PFM混合式、PWM脈沖寬度調(diào)制式等等。對(duì)開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行電路劃分，可將開(kāi)關(guān)電源分為諧振型開(kāi)關(guān)電源、非諧振型開(kāi)關(guān)電源。
2.2應(yīng)用
高頻開(kāi)關(guān)電源在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中能夠?qū)崿F(xiàn)交流電源的轉(zhuǎn)換工作，從而滿足電氣設(shè)備的供電需求。高頻開(kāi)關(guān)電源在運(yùn)行時(shí)，電流經(jīng)過(guò)大功率開(kāi)關(guān)元件的逆變電路，進(jìn)行低壓轉(zhuǎn)換，最終形成穩(wěn)定的輸出電壓。一般來(lái)說(shuō)，現(xiàn)代高頻開(kāi)關(guān)電源具有重量輕、體積小的顯著特點(diǎn)。高頻開(kāi)關(guān)電源在使用過(guò)程中不需要借助工頻變壓器，這使得高頻開(kāi)關(guān)電源的質(zhì)量和體積相較于其他開(kāi)關(guān)電源更輕、更小，便于安裝和使用。盡管高頻開(kāi)關(guān)電源體積以及重量不足其他開(kāi)關(guān)電源的一半，但是高頻開(kāi)關(guān)電源卻有著極大的功率系數(shù)，并且能夠利用硅導(dǎo)通角對(duì)相變整流器實(shí)際功率進(jìn)行控制。高頻開(kāi)關(guān)電源負(fù)載的變化也會(huì)影響到功率系數(shù)的變化，當(dāng)負(fù)載產(chǎn)生變化變小時(shí)，對(duì)應(yīng)的系數(shù)也會(huì)變小。此外，高頻開(kāi)關(guān)電源噪聲較小也是一大特點(diǎn)[2]。高頻開(kāi)關(guān)電源在運(yùn)行過(guò)程中的噪聲還不到50db。相比之下，高頻開(kāi)關(guān)電源運(yùn)行時(shí)的噪聲比相控整流設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的噪聲降低了35%之多。而且，高頻開(kāi)關(guān)電源在開(kāi)關(guān)的瞬間能源消耗較低，這有利于節(jié)能減排，并能夠有效提升整機(jī)的運(yùn)行效率。
3電力電子技術(shù)
3.1電力電子技術(shù)在高頻開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用
電力電子技術(shù)在高頻開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用十分廣泛。高頻開(kāi)關(guān)電源支持大功率晶體管運(yùn)行，并能夠有效提升整流器功率容量。隨著人們對(duì)于集成電路所展開(kāi)的深入研發(fā)，促進(jìn)了高頻開(kāi)關(guān)電源在電氣工程領(lǐng)域的應(yīng)用，也使得開(kāi)關(guān)電源朝著模塊化、微小化和高效化的方向發(fā)展。計(jì)算機(jī)技術(shù)以及通信技術(shù)的應(yīng)用，使得高頻開(kāi)關(guān)電源設(shè)備更具穩(wěn)定性。借助UPS經(jīng)過(guò)整流器能夠?qū)崿F(xiàn)電流的直流輸出，將交流電轉(zhuǎn)換為兩部分。開(kāi)關(guān)電源中的一部分電流傳送至轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、逆變器等元器，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的正常工作，另一部分則流入電池，為電池進(jìn)行充電。不間斷電源借助大功率IGBT，能夠有效降低噪聲強(qiáng)度，并在一定程度上保提高了高頻開(kāi)關(guān)電源的系統(tǒng)穩(wěn)定性。高頻變頻器主要應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電源的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電機(jī)變頻速度的調(diào)控。高頻變頻器電源經(jīng)過(guò)高頻變換器、大功率晶體管，實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換，改變電壓的頻率、功率，具有節(jié)能減排的作用。借助現(xiàn)代高新技術(shù)，能夠?qū)㈤_(kāi)關(guān)電源中強(qiáng)電和弱電進(jìn)行結(jié)合，能夠有效降低開(kāi)關(guān)電源研發(fā)的成本，具有節(jié)能減排、經(jīng)濟(jì)高效的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)[3]。
3.2技術(shù)優(yōu)勢(shì)
采用電力電子技術(shù)中的軟開(kāi)關(guān)技術(shù)能夠有效降低開(kāi)關(guān)電源的故障發(fā)生率。借助IGBT功率器件對(duì)開(kāi)關(guān)電源中PWM進(jìn)行控制，從而解決大功率電源逆變主電路結(jié)構(gòu)的能源消耗問(wèn)題，降低開(kāi)關(guān)電源的能耗。應(yīng)用諧振原理解決傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源的浪涌電流問(wèn)題，并有助于減緩電壓尖峰，降低系統(tǒng)故障發(fā)生概率。諧振電路在進(jìn)行開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)能夠?qū)Ω哳l變壓器中的電容、電感進(jìn)行吸收，降低開(kāi)關(guān)電源的能耗，同時(shí)能夠?yàn)榫w管等元件進(jìn)行減壓。相比于傳統(tǒng)電路開(kāi)關(guān)啟動(dòng)造成的巨大能耗損失，采用電力電子技術(shù)能夠有效保證開(kāi)關(guān)電源運(yùn)行的穩(wěn)定性，提高開(kāi)關(guān)電源的利用率。此外，電力電子技術(shù)中的同步整流技術(shù)能夠有效提高開(kāi)關(guān)電源的運(yùn)行效率。同步整流技術(shù)將整流開(kāi)關(guān)二極管部位的金屬絕緣體的二分之一進(jìn)行反接，使同步電流通過(guò)零電壓/電流開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)同步整流的初始脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)，以這種方式實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)。通常情況下，同步整流技術(shù)適用于一些電壓較低、電流較大的開(kāi)關(guān)電源中。電力電子技術(shù)中的控制技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多路電流/電壓的控制。在控制技術(shù)實(shí)施過(guò)程中，主電路的設(shè)計(jì)需符合開(kāi)關(guān)變換器結(jié)構(gòu)要求，并具備離散非線性的特點(diǎn)。控制技術(shù)具有其動(dòng)態(tài)性，能夠利用時(shí)間周期的變化對(duì)開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行控制。在開(kāi)關(guān)電源控制技術(shù)中應(yīng)用到的算法包括：基因算法、模糊算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法等等。這些算法的應(yīng)用可以保證計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度有所提升，并且使開(kāi)關(guān)電源運(yùn)行更加智能，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)電源的高效化、數(shù)字化、模塊化。
3.3發(fā)展趨勢(shì)
開(kāi)關(guān)電源在運(yùn)行過(guò)程中具備安全、高效、可靠、節(jié)能、低噪等顯著優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)階段，常見(jiàn)的開(kāi)關(guān)電源中采用雙極性晶體管，這種型號(hào)的開(kāi)關(guān)電源在頻率控制上仍有待提高。因此，開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用趨勢(shì)應(yīng)以提升開(kāi)關(guān)元器件的開(kāi)關(guān)頻率為主，這樣才能夠有效的保證開(kāi)關(guān)電源的頻率，達(dá)到節(jié)能減排的目的。考慮到提升開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)速度會(huì)對(duì)電路中分布電感和電容產(chǎn)生干擾，致使二極管存儲(chǔ)電荷存在浪涌情況。為例對(duì)存儲(chǔ)電荷的浪涌情況進(jìn)行控制，可根據(jù)實(shí)際情況選擇不同的應(yīng)對(duì)方法。一般來(lái)說(shuō)，可采用L-C緩沖器、磁緩沖器等輔助元器件控制浪涌。針對(duì)高頻開(kāi)關(guān)電源而言，可采用部分諧振轉(zhuǎn)換電路技術(shù)對(duì)存儲(chǔ)電荷涌浪情況進(jìn)行控制。諧振式開(kāi)關(guān)電源能夠降低開(kāi)關(guān)啟動(dòng)過(guò)程中的能源損耗，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，部分諧振轉(zhuǎn)換電路技術(shù)在高頻開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用中仍存在諸多難以攻克的技術(shù)難題。現(xiàn)階段，國(guó)際上針對(duì)開(kāi)關(guān)電源的運(yùn)行電流耗電情況，已經(jīng)展開(kāi)了相關(guān)研究，有學(xué)者通過(guò)降低開(kāi)關(guān)電源運(yùn)行電流的方式，輔助降低結(jié)溫措施，控制開(kāi)關(guān)電源中器件應(yīng)力，從而保證開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品的可靠性，能夠解決開(kāi)關(guān)電源存儲(chǔ)電荷的涌浪以及噪聲等問(wèn)題，具有一定的實(shí)用性。當(dāng)前，開(kāi)關(guān)電源模塊化發(fā)展推進(jìn)了電力電子技術(shù)在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用成效。通過(guò)設(shè)置開(kāi)關(guān)電源中的模塊化電源組，能夠?qū)㈤_(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)進(jìn)行分布控制。為了能夠降低模塊化開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)功率，可在模塊化開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)過(guò)程中加入濾波器，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)電源存儲(chǔ)電荷的涌浪的有效控制，從而提高模塊化開(kāi)關(guān)電源的實(shí)用性。電力電子技術(shù)在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用使得開(kāi)關(guān)電源性能更加穩(wěn)定。
關(guān)鍵詞開(kāi)關(guān)電源電磁干擾抑制措施耦合
目前，許多大學(xué)及科研單位都進(jìn)行了開(kāi)關(guān)電源EMI（ElectromagneticInterference）的研究，他們中有些從EMI產(chǎn)生的機(jī)理出發(fā)，有些從EMI產(chǎn)生的影響出發(fā)，都提出了許多實(shí)用有價(jià)值的方案。這里分析與比較了幾種有效的方案，并為開(kāi)關(guān)電源EMI的抑制措施提出新的參考建議。
一、開(kāi)關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生機(jī)理
開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的干擾,按噪聲干擾源種類來(lái)分,可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種;若按耦合通路來(lái)分,可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。現(xiàn)在按噪聲干擾源來(lái)分別說(shuō)明：
1、二極管的反向恢復(fù)時(shí)間引起的干擾
高頻整流回路中的整流二極管正向?qū)〞r(shí)有較大的正向電流流過(guò),在其受反偏電壓而轉(zhuǎn)向截止時(shí),由于PN結(jié)中有較多的載流子積累,因而在載流子消失之前的一段時(shí)間里,電流會(huì)反向流動(dòng),致使載流子消失的反向恢復(fù)電流急劇減少而發(fā)生很大的電流變化(di/dt)。
2、開(kāi)關(guān)管工作時(shí)產(chǎn)生的諧波干擾
功率開(kāi)關(guān)管在導(dǎo)通時(shí)流過(guò)較大的脈沖電流。例如正激型、推挽型和橋式變換器的輸入電流波形在阻性負(fù)載時(shí)近似為矩形波,其中含有豐富的高次諧波分量。當(dāng)采用零電流、零電壓開(kāi)關(guān)時(shí),這種諧波干擾將會(huì)很小。另外,功率開(kāi)關(guān)管在截止期間,高頻變壓器繞組漏感引起的電流突變,也會(huì)產(chǎn)生尖峰干擾。
3、交流輸入回路產(chǎn)生的干擾
無(wú)工頻變壓器的開(kāi)關(guān)電源輸入端整流管在反向恢復(fù)期間會(huì)引起高頻衰減振蕩產(chǎn)生干擾。
開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的尖峰干擾和諧波干擾能量,通過(guò)開(kāi)關(guān)電源的輸入輸出線傳播出去而形成的干擾稱之為傳導(dǎo)干擾;而諧波和寄生振蕩的能量,通過(guò)輸入輸出線傳播時(shí),都會(huì)在空間產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)。這種通過(guò)電磁輻射產(chǎn)生的干擾稱為輻射干擾。
4、其他原因
元器件的寄生參數(shù)，開(kāi)關(guān)電源的原理圖設(shè)計(jì)不夠完美，印刷線路板（PCB）走線通常采用手工布置，具有很大的隨意性，PCB的近場(chǎng)干擾大，并且印刷板上器件的安裝、放置，以及方位的不合理都會(huì)造成EMI干擾。
二、開(kāi)關(guān)電源EMI的特點(diǎn)
作為工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)的能量轉(zhuǎn)換裝置，開(kāi)關(guān)電源的電壓、電流變化率很高，產(chǎn)生的干擾強(qiáng)度較大；干擾源主要集中在功率開(kāi)關(guān)期間以及與之相連的散熱器和高平變壓器，相對(duì)于數(shù)字電路干擾源的位置較為清楚；開(kāi)關(guān)頻率不高（從幾十千赫和數(shù)兆赫茲），主要的干擾形式是傳導(dǎo)干擾和近場(chǎng)干擾;而印刷線路板(PCB)走線通常采用手工布線,具有更大的隨意性,這增加了PCB分布參數(shù)的提取和近場(chǎng)干擾估計(jì)的難度.
三、EMI測(cè)試技術(shù)
目前診斷差模共模干擾的三種方法：射頻電流探頭、差模抑制網(wǎng)絡(luò)、噪聲分離網(wǎng)絡(luò)。用射頻電流探頭是測(cè)量差模共模干擾最簡(jiǎn)單的方法，但測(cè)量結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)限值比較要經(jīng)過(guò)較復(fù)雜的換算。差模抑制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單（見(jiàn)圖1），測(cè)量結(jié)果可直接與標(biāo)準(zhǔn)限值比較，但只能測(cè)量共模干擾。噪聲分離網(wǎng)絡(luò)是最理想的方法，但其關(guān)鍵部件變壓器的制造要求很高。
四、目前抑制干擾的幾種措施
形成電磁干擾的三要素是干擾源、傳播途徑和受擾設(shè)備。因而,抑制電磁干擾也應(yīng)該從這三方面著手。首先應(yīng)該抑制干擾源,直接消除干擾原因;其次是消除干擾源和受擾設(shè)備之間的耦合和輻射,切斷電磁干擾的傳播途徑（見(jiàn)圖2）;第三是提高受擾設(shè)備的抗擾能力,減低其對(duì)噪聲的敏感度。目前抑制干擾的幾種措施基本上都是用切斷電磁干擾源和受擾設(shè)備之間的耦合通道，它們確是行之有效的辦法。常用的方法是屏蔽、接地和濾波。
采用屏蔽技術(shù)可以有效地抑制開(kāi)關(guān)電源的電磁輻射干擾。例如,功率開(kāi)關(guān)管和輸出二極管通常有較大的功率損耗,為了散熱往往需要安裝散熱器或直接安裝在電源底板上。器件安裝時(shí)需要導(dǎo)熱性能好的絕緣片進(jìn)行絕緣,這就使器件與底板和散熱器之間產(chǎn)生了分布電容,開(kāi)關(guān)電源的底板是交流電源的地線,因而通過(guò)器件與底板之間的分布電容將電磁干擾耦合到交流輸入端產(chǎn)生共模干擾,解決這個(gè)問(wèn)題的辦法是采用兩層絕緣片之間夾一層屏蔽片,并把屏蔽片接到直流地上,割斷了射頻干擾向輸入電網(wǎng)傳播的途徑。為了抑制開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的輻射,電磁干擾對(duì)其他電子設(shè)備的影響,可完全按照對(duì)磁場(chǎng)屏蔽的方法來(lái)加工屏蔽罩,然后將整個(gè)屏蔽罩與系統(tǒng)的機(jī)殼和地連接為一體,就能對(duì)電磁場(chǎng)進(jìn)行有效的屏蔽。電源某些部分與大地相連可以起到抑制干擾的作用。例如,靜電屏蔽層接地可以抑制變化電場(chǎng)的干擾;電磁屏蔽用的導(dǎo)體原則上可以不接地,但不接地的屏蔽導(dǎo)體時(shí)常增強(qiáng)靜電耦合而產(chǎn)生所謂“負(fù)靜電屏蔽”效應(yīng),所以仍以接地為好,這樣使電磁屏蔽能同時(shí)發(fā)揮靜電屏蔽的作用。電路的公共參考點(diǎn)與大地相連,可為信號(hào)回路提供穩(wěn)定的參考電位。因此,系統(tǒng)中的安全保護(hù)地線、屏蔽接地線和公共參考地線各自形成接地母線后,最終都與大地相連.
在電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循“一點(diǎn)接地”的原則,如果形成多點(diǎn)接地,會(huì)出現(xiàn)閉合的接地環(huán)路,當(dāng)磁力線穿過(guò)該回路時(shí)將產(chǎn)生磁感應(yīng)噪聲,實(shí)際上很難實(shí)現(xiàn)“一點(diǎn)接地”。因此,為降低接地阻抗,消除分布電容的影響而采取平面式或多點(diǎn)接地,利用一個(gè)導(dǎo)電平面(底板或多層印制板電路的導(dǎo)電平面層等)作為參考地,需要接地的各部分就近接到該參考地上。為進(jìn)一步減小接地回路的壓降,可用旁路電容減少返回電流的幅值。在低頻和高頻共存的電路系統(tǒng)中,應(yīng)分別將低頻電路、高頻電路、功率電路的地線單獨(dú)連接后,再連接到公共參考點(diǎn)上。
濾波是抑制傳導(dǎo)干擾的一種很好的辦法。例如,在電源輸入端接上濾波器,可以抑制開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生并向電網(wǎng)反饋的干擾,也可以抑制來(lái)自電網(wǎng)的噪聲對(duì)電源本身的侵害。在濾波電路中,還采用很多專用的濾波元件,如穿心電容器、三端電容器、鐵氧體磁環(huán),它們能夠改善電路的濾波特性。恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)或選擇濾波器,并正確地安裝和使用濾波器,是抗干擾技術(shù)的重要組成部分。
EMI濾波技術(shù)是一種抑制尖脈沖干擾的有效措施,可以濾除多種原因產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾。圖3是一種由電容、電感組成的EMI濾波器,接在開(kāi)關(guān)電源的輸入端。電路中,C1、C5是高頻旁路電容,用于濾除兩輸入電源線間的差模干擾;L1與C2、C4;L2與C3、C4組成共模干擾濾波環(huán)節(jié),用于濾除電源線與地之間非對(duì)稱的共模干擾;L3、L4的初次級(jí)匝數(shù)相等、極性相反,交流電流在磁芯中產(chǎn)生的磁通相反,因而可有效地抑制共模干擾。測(cè)試表明,只要適當(dāng)選擇元器件的參數(shù),便可較好地抑制開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾。
五、目前開(kāi)關(guān)電源EMI抑制措施的不足之處
現(xiàn)有的抑制措施大多從消除干擾源和受擾設(shè)備之間的耦合和輻射,切斷電磁干擾的傳播途徑出發(fā)，這確是抑制干擾的一種行之有效的辦法，但很少有人涉及直接控制干擾源,消除干擾，或提高受擾設(shè)備的抗擾能力，殊不知后者還有許多發(fā)展的空間。
六、改進(jìn)措施的建議
我認(rèn)為目前從電磁干擾的傳播途徑出發(fā)來(lái)抑制干擾，已漸進(jìn)成熟。我們的視點(diǎn)要回到開(kāi)關(guān)電源器件本身來(lái)。從多年的工作實(shí)踐來(lái)看，在電路方面要注意以下幾點(diǎn)：
(1)印制板布局時(shí),要將模擬電路區(qū)和數(shù)字電路區(qū)合理地分開(kāi),電源和地線單獨(dú)引出,電源供給處匯集到一點(diǎn);PCB布線時(shí),高頻數(shù)字信號(hào)線要用短線,主要信號(hào)線最好集中在PCB板中心,同時(shí)電源線盡可能遠(yuǎn)離高頻數(shù)字信號(hào)線或用地線隔開(kāi)。其次，可以根據(jù)耦合系數(shù)來(lái)布線，盡量減少干擾耦合。（見(jiàn)表1）
(2)印制板的電源線和地線印制條盡可能寬,以減小線阻抗,從而減小公共阻抗引起的干擾噪聲。
(3)器件多選用貼片元件和盡可能縮短元件的引腳長(zhǎng)度,以減小元件分布電感的影響。
Abstract: The paper introduces the principle of switch power which is composed by current control type PMW UC3842 and analyzes the shortage of protective circuit and proposes an improving idea.
關(guān)鍵詞：UC3842；開(kāi)關(guān)電源；保護(hù)電路
Key words: UC3842; switch power; protective circuit
中圖分類號(hào)：TM56 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-4311（2010）36-0183-01
1UC3842的典型應(yīng)用
UC3842的典型應(yīng)用電路，該電路主要由橋式整流電路，高頻變壓器，MOS功率管以及電流型脈寬調(diào)制芯片UC3842構(gòu)成。其工作原理為：220V的交流電經(jīng)過(guò)橋式整流濾波電路后，得到大約+300V的直流高壓，這一直流電壓被MOS功率管斬波并通過(guò)高頻變壓器降壓，變成頻率為幾十kHz的矩形波電壓，再經(jīng)過(guò)輸出整流濾波，就得到了穩(wěn)定的直流輸出電壓。其中高頻變壓器的自饋線圈N2中感應(yīng)的電壓，經(jīng)D2整流后所得到的直流電壓被反饋到UC3842內(nèi)部的誤差放大器并和基準(zhǔn)電壓比較得到誤差電壓Vr，同時(shí)在取樣電阻R11上建立的直流電壓也被反饋到UC3842電流測(cè)定比較器的同柑輸入端，這個(gè)檢測(cè)電壓和誤差電壓Vt相比較，產(chǎn)生脈沖寬度可調(diào)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，用來(lái)控制開(kāi)關(guān)功率管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，以決定高頻變壓器的通斷狀態(tài)，從而達(dá)到輸出穩(wěn)壓的目的。R5用來(lái)限制C8產(chǎn)生的充電峰值電流。考慮到Vi及Vref上的噪聲電壓也會(huì)影響輸出的脈沖寬度，因此，在UC3842的腳7和腳8上分別接有消噪電容C4和C2。R7是MOS功率管的柵極限流電阻。另外，在UC3842的輸入端與地之間，還有34V的穩(wěn)壓管，一旦輸入端出現(xiàn)高壓，該穩(wěn)壓管就被反向擊穿，將Vi鉗位于34V，保護(hù)芯片不致?lián)p壞。
2UC3842保護(hù)電路的缺陷
2.1 過(guò)載保護(hù)的缺陷當(dāng)電源過(guò)載或輸出短路時(shí)，UC3842的保護(hù)電路動(dòng)作，使輸出脈沖的占空比減小，輸出電壓降低，UC3842的供電電壓也跟著降低，當(dāng)?shù)偷経C3842不能工作時(shí)，整個(gè)電路關(guān)閉，然后通過(guò)R6扦始下一次啟動(dòng)過(guò)程。這種保護(hù)被稱為“打嗝”式（hiccup）保護(hù)。在這種保護(hù)狀態(tài)下，電源只工作幾個(gè)開(kāi)關(guān)周期，然后進(jìn)入很長(zhǎng)時(shí)間(幾百ms到幾s)的啟動(dòng)過(guò)程，因此，它的平均功率很低。但是，由于變壓器存在漏感等原因，有的開(kāi)關(guān)電源在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期都有很高的開(kāi)關(guān)尖峰電壓，即使在占空比很小的情況下，輔助供電電壓也不能降到足夠低，所以不能實(shí)現(xiàn)理想的保護(hù)功能。
2.2 過(guò)流保護(hù)的缺陷UC3842的過(guò)流保護(hù)功能是通過(guò)腳3實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)腳3上檢測(cè)的電壓高于lV時(shí)，就會(huì)使UC3842內(nèi)部的比較器翻轉(zhuǎn)，將PWM鎖存器置零，使脈沖調(diào)制器處于關(guān)閉狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)了電路的過(guò)流保護(hù)。由于檢測(cè)電阻能感應(yīng)出峰值電感電流，所以自然形成逐個(gè)脈沖限流電路，只要檢測(cè)電阻上的電平達(dá)到lV，脈寬調(diào)制器立即關(guān)閉，因此這種峰值電感電流檢測(cè)技術(shù)可以精確限制輸出的最大電流，使得開(kāi)關(guān)電源中的磁性元件和功率器件不必設(shè)計(jì)較大的余量，就能保證穩(wěn)壓電源的工作可靠。但是，通常我們采用的采樣電阻都是金屬膜或氧化膜電阻，這種電阻是有感的，當(dāng)電流流過(guò)取樣電阻時(shí)，就會(huì)感生一定的感性電壓。這個(gè)電感分量在高頻時(shí)呈現(xiàn)的阻抗會(huì)很大，因此它將消耗很大的功率。隨著頻率的增加，流過(guò)取樣電阻的電流有可能在下一個(gè)振蕩周期到來(lái)之前還沒(méi)放完，取樣電阻承受的電流將越來(lái)越大，這樣將會(huì)引起UC3842的誤操作，甚至?xí)鹫C(jī)。因此，UC3842的這種過(guò)流保護(hù)功能有時(shí)難以起到很好的保護(hù)作用，存在著一定的缺陷。
2.3 電路穩(wěn)定性的缺陷電路中，當(dāng)電源的占空比大于50％，或變壓器工作在連續(xù)電流條件下時(shí)，整個(gè)電路就會(huì)產(chǎn)生分諧波振蕩，引起電源輸出的不穩(wěn)定。變壓器中電感電流的變化過(guò)程：沒(méi)在t0時(shí)刻，開(kāi)關(guān)開(kāi)始導(dǎo)通，使電感電流以斜率m1上升，該斜率是輸入電壓除以電感的函數(shù)。t1時(shí)刻，電流取樣輸入達(dá)到由控制電壓建立的門限，這導(dǎo)致開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，電流以斜率m2衰減，直至下一個(gè)振蕩周期。如果此時(shí)有一個(gè)擾動(dòng)加到控制電壓上，那么它將產(chǎn)生一個(gè)I，這樣我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)電路存在著不穩(wěn)定的情況，即在一個(gè)固定的振蕩器周期內(nèi)，電流衰減時(shí)閘減少，最小電流開(kāi)關(guān)接通時(shí)刻t2上升了I+Im2/m1，最小電流在下一個(gè)周期t3減小到（I+Im2/m4）（m2/m1），在每一個(gè)后續(xù)周期，該擾動(dòng)m2/m1被相乘，在開(kāi)關(guān)接通時(shí)交替增加和減小電感電流，也許需要幾個(gè)振蕩器周期才能使電感電流為零，使過(guò)程重新開(kāi)始，如果m2/m1大于1，變換器將會(huì)不穩(wěn)定。
3保護(hù)電路的改進(jìn)
針對(duì)上述分析，改進(jìn)電路該電路具有：①通過(guò)在UC3842的采樣電壓處接入一個(gè)射極跟隨器，從而在控制電壓上增加了一個(gè)與脈寬調(diào)制時(shí)鐘同步的人為斜坡，它可以在后續(xù)的周期內(nèi)將I擾動(dòng)減小到零。因此，即使系統(tǒng)工作在占空比大于50％或連續(xù)的電感電流條件下，系統(tǒng)也不會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。不過(guò)該補(bǔ)償斜坡的斜率必須等于或略大于m2/2，系統(tǒng)才能具有真正的穩(wěn)定性。②取樣電阻改用無(wú)感電阻。無(wú)感電阻是一種雙線并繞的繞線電阻，其精度高且容易做到大功率。采用無(wú)感電阻后，其阻抗不會(huì)隨著頻率的增加而增加。這樣，即使在高頻情況下取樣電阻所消耗的功率也不會(huì)超過(guò)它的標(biāo)稱功率，因此也就不會(huì)出現(xiàn)炸機(jī)現(xiàn)象。③反饋電路改用TL43l加光耦來(lái)控制。我們都知道放大器用作信號(hào)傳輸時(shí)都需要傳輸時(shí)間，并不是輸出與輸入同時(shí)建立。如果把反饋信號(hào)接到UC3842的電壓反饋端，則反饋信號(hào)需連續(xù)通過(guò)兩個(gè)高增益誤差放大器，傳輸時(shí)間增長(zhǎng)。由于TL431本身就是一個(gè)高增益的誤差放大器，因此，直接采用腳1做反饋，從UC3842的腳8（基準(zhǔn)電壓腳）拉了一個(gè)電阻到腳l，腳2通過(guò)R18接地。這樣做的好處是，跳過(guò)了UC3842的內(nèi)部放大器，從而把反饋信號(hào)的傳輸時(shí)間縮短了一半，使電源的動(dòng)態(tài)響應(yīng)變快。另外，直接控制UC3842的腳l還可簡(jiǎn)化系統(tǒng)的頻率補(bǔ)償以及輸出功率小等問(wèn)題。
4實(shí)驗(yàn)結(jié)果
UC3842檢測(cè)電阻的電壓波形和采樣信號(hào)波形：經(jīng)過(guò)改進(jìn)后的電路，其采樣信號(hào)的波形緊緊跟隨檢測(cè)電阻的電壓波形，沒(méi)有出現(xiàn)非常大的尖峰電壓。因此，該電路能有效避免因變壓器漏感等異常干擾引起的電源誤操作的問(wèn)題，也能有效避免因電源占空比過(guò)大而引起的系統(tǒng)不穩(wěn)定的問(wèn)題。
【關(guān)鍵詞】開(kāi)關(guān)電源 現(xiàn)狀 發(fā)展趨勢(shì)
前言
電源是對(duì)公用電網(wǎng)或某種電能進(jìn)行交換和控制，并向各種用電負(fù)載提供優(yōu)質(zhì)電能的供電設(shè)備和動(dòng)力裝置。因此，電源的應(yīng)用十分廣泛，已深入到每個(gè)人的生產(chǎn)和生活領(lǐng)域。
直流電源應(yīng)用很廣泛，尤其在軍事、醫(yī)療和煤礦等領(lǐng)域應(yīng)用更為頻繁。傳統(tǒng)的直流電源往往采用線性電源技術(shù)，但是這種結(jié)構(gòu)形式造成電源整體效率偏低，性能一般，體積較大，重量沉。因此，直流電源傾向于采用開(kāi)關(guān)電源技術(shù)，使得直流電源變得效率高、性能更好、體積小、重量輕。據(jù)業(yè)內(nèi)咨詢機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，在2009年全球開(kāi)關(guān)電源的市場(chǎng)規(guī)模都已達(dá)到160億美元，并隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，更促進(jìn)了開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的快速發(fā)展和提高，應(yīng)用領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛，在整個(gè)電源領(lǐng)域中開(kāi)關(guān)電源所占據(jù)的比重愈來(lái)愈大。
1. 開(kāi)關(guān)電源的現(xiàn)狀
開(kāi)關(guān)電源技術(shù)屬于電力電子技術(shù)，它運(yùn)用功率變換器進(jìn)行電能變換。經(jīng)過(guò)變換的電能，可以滿足各種用電需求。當(dāng)負(fù)載需要高要求的直流供電時(shí)，其供電電源采用開(kāi)關(guān)電源。
開(kāi)關(guān)電源具有功率轉(zhuǎn)換效率高、穩(wěn)壓范圍寬、重量輕等特點(diǎn)。開(kāi)關(guān)電源由于采用大功率開(kāi)關(guān)管的高頻整流技術(shù)，不但可以方便地得到不同等級(jí)的電壓，更重要的是甩掉了體積大、笨重的工頻變壓器及濾波電感電容。在傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源中，由于功率器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，器件常在高電壓下開(kāi)通，在大電流下關(guān)斷時(shí)，也存在著一些問(wèn)題，如射頻干擾和電磁干擾大、開(kāi)關(guān)損耗大、輸出紋波大、器件的安全工作區(qū)窄、電路對(duì)分布系數(shù)比較敏感等缺點(diǎn)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，特別是功率器件的更新?lián)Q代、功率變換技術(shù)的不斷改進(jìn)、新型電磁材料的不斷使用、控制方法的不斷進(jìn)步以及相關(guān)科學(xué)的不斷融合，開(kāi)關(guān)電源的缺點(diǎn)正逐步得到克服，射頻干擾和電磁干擾已經(jīng)被抑制在一個(gè)很低的水平上，輸出紋波可以達(dá)到幾毫伏以下。因此，開(kāi)關(guān)電源是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。
2. 開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)
開(kāi)關(guān)電源的許多方面的運(yùn)用已經(jīng)趨于成熟，將來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是高頻，高可靠性，高性能，低耗，低噪聲，模塊化。文獻(xiàn)介紹了功率的增加必然導(dǎo)致電源內(nèi)部電磁環(huán)境的復(fù)雜，由此所產(chǎn)生的各種電磁干擾對(duì)電源本身和附近的其他電子設(shè)備的正常工作帶來(lái)了嚴(yán)重的影響，即既是干擾源，又是擾者。電磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，簡(jiǎn)寫EMC）設(shè)計(jì)的目的是使開(kāi)關(guān)電源在預(yù)期的電磁環(huán)境中實(shí)現(xiàn)電磁兼容。電磁兼容問(wèn)題已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，一些發(fā)達(dá)國(guó)家已有EMC技術(shù)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)雖然在EMC方面工作起步較晚，有關(guān)部門也正頒布相關(guān)指令，跟上國(guó)際步伐。
開(kāi)關(guān)電源也對(duì)功率器件提出了更高的要求：耐壓高、電流大、導(dǎo)通電阻小，恢復(fù)速度快。由于金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）具有很快的開(kāi)關(guān)速度，因此開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)頻率可以做得更高，重量更輕，功率密度更大，電源體積更小。提高器件耐壓，同時(shí)減小導(dǎo)通電阻仍是今后MOSFET的主要研究方向。開(kāi)關(guān)電源的性能指標(biāo)，如紋波、精度、久沖、過(guò)沖等受到功率鐵氧體材料技術(shù)及功率器件性能的限制，與電源發(fā)達(dá)國(guó)家還有很大的差距，
開(kāi)關(guān)電源高頻化是其發(fā)展方向，高頻化使開(kāi)關(guān)電源小型化，并使開(kāi)關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。另外開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有重要的意義。但是高頻化存在一些新的問(wèn)題有待解決，如開(kāi)關(guān)損耗、無(wú)源元件損耗增大、高頻寄生參數(shù)及高頻電磁干擾增大等。
綜上，開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展從來(lái)都是與半導(dǎo)體器件及磁性元件等的發(fā)展休戚相關(guān)。高頻化的實(shí)現(xiàn)，需要相應(yīng)的高速半導(dǎo)體器件和性能優(yōu)良的高頻電磁元件。發(fā)展功率MOSFET等新型高速器件，開(kāi)發(fā)高頻用的低損磁性材料，改進(jìn)磁元件的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)方法等，對(duì)于開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展有著巨大的推動(dòng)作用。
3. 結(jié)束語(yǔ)
總的來(lái)說(shuō)，在電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展與創(chuàng)新的背景下，開(kāi)關(guān)電源技術(shù)在理論方面將取得更大的突破，其產(chǎn)業(yè)方面也有著廣闊的發(fā)展前景，開(kāi)關(guān)電源技術(shù)也更將趨于可靠、成熟、經(jīng)濟(jì)、適用。
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Abstract： With the development of power electronic technology， higher requirements have been put forward for the design of LED switching power supply： safety performance， complete function， automation， small size. In LED switching power supply， the switch tube is working in on-off state， which will produce strong peaks and harmonic interference through its components. Electromagnetic interference will seriously affect the performance of the circuit， and at the same time can cause noise pollution. Aiming at this problem， EMI filter is proposed， which has greatly improved the performance of the circuit. And the effectiveness of the scheme is verified by experiment.
關(guān)鍵詞：EMI濾波器；電磁干擾；LED的開(kāi)關(guān)電源
Key words： EMI filter；electromagnetic interference；LED switching power supply
中圖分類號(hào)：TN713 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）18-0133-02
0 引言
LED的開(kāi)關(guān)電源已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于家用電器、自動(dòng)控制電路、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域，由于其具有效率高、體積小、重量輕、智能化、穩(wěn)壓范圍較寬等優(yōu)勢(shì)。LED的開(kāi)關(guān)電源具有與生俱來(lái)的比較強(qiáng)的電磁干擾現(xiàn)象，這些干擾會(huì)隨著頻率的升高而顯著的增強(qiáng)，電磁干擾會(huì)嚴(yán)重影響電源的正常工作，會(huì)造成電源內(nèi)部工作的不穩(wěn)定，使電源性能下降，同時(shí)產(chǎn)生的噪聲會(huì)造成噪聲污染。為了抑制LED電源的噪聲干擾，此處提出了電磁兼容性設(shè)計(jì)，很好的解決了噪聲污染的問(wèn)題。
1 電磁干擾分析
電磁兼容性是用來(lái)衡量電磁干擾的能力，指的是在電磁環(huán)境中，能正常工作，不受外界環(huán)境的干擾，也不會(huì)影響中衛(wèi)環(huán)境的能力。其包括兩個(gè)方面的含義，即系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁干擾，不影響本身和其他系統(tǒng)的性能；本系統(tǒng)的抗干擾能力要使其不受其他系統(tǒng)干擾和影響。電磁兼容性不足就會(huì)引起電磁干擾，為了使LED電源發(fā)揮更大的優(yōu)勢(shì)，就必須改善電源的電磁兼容的性能。差模、共模干擾是電磁干擾的兩種不同類型。兩條電源線之間的電磁干擾，通常被稱之為差模干擾，差模干擾受干擾的信號(hào)兩根進(jìn)線上的參考點(diǎn)方向相反，大小相同。電源線對(duì)大地之間的電磁干擾，通常被稱之為共模干擾，共模干擾受干擾的信號(hào)電源線對(duì)大地的參考點(diǎn)方向相同，大小也相同。高頻開(kāi)關(guān)電源中電磁干擾主要是由于外部的高次諧波和內(nèi)部的噪聲干擾所引起的。只有解決好這兩方面的電磁干擾，才能使得開(kāi)關(guān)電源正常的工作。文章當(dāng)中采用EMI濾波器來(lái)解決此問(wèn)題。
6 結(jié)語(yǔ)
對(duì)LED開(kāi)關(guān)電源中電磁干擾進(jìn)行了分析，介紹了EMI濾波器的原理，在此基礎(chǔ)上，給出了電磁兼容的設(shè)計(jì)和相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。證明了EMI濾波器對(duì)于設(shè)計(jì)LED開(kāi)關(guān)電源的重要性，很好的解決了噪聲污染的問(wèn)題。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：EMI；抑制；測(cè)試；電源0 引言
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和電子產(chǎn)品種類的日新月異，各種電子設(shè)備和產(chǎn)品充斥著市場(chǎng)，機(jī)電、機(jī)械、微波、調(diào)頻等等不同門類不同型號(hào)，使得人類的生活環(huán)境布滿了各種頻率和頻段的電磁波譜和射線，這些射線相互影響、干擾已經(jīng)嚴(yán)重威脅和影響了儀器設(shè)備的架設(shè)和正常使用，因此，EMC（電磁兼容）問(wèn)題已經(jīng)被廣泛研究和高度重視。其中，開(kāi)關(guān)電源傳導(dǎo)干擾性問(wèn)題也是不可以回避的問(wèn)題。考慮到其與很多線性穩(wěn)壓電源不同，特別是效率高、功耗小、重量輕、體積小等問(wèn)題，就更不能不進(jìn)行相關(guān)抗干擾的研究。同時(shí)，考慮到其主要缺點(diǎn)是產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁干擾（EMI），其信號(hào)具有寬頻率范圍和幅度的特點(diǎn)以及在傳導(dǎo)和輻射時(shí)會(huì)污染電磁環(huán)境的特點(diǎn)，必須采取有效措施開(kāi)展抑制傳導(dǎo)干擾的工作和研究，為此首先要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行電磁輻射波診斷，找出干擾源所在的具置以及相互干擾的方法和途徑，然后比對(duì)測(cè)試與分析的結(jié)果，最后根據(jù)結(jié)果對(duì)設(shè)備進(jìn)行屏蔽整改。
1 干擾產(chǎn)生機(jī)理
由于開(kāi)關(guān)電源中的開(kāi)關(guān)管頻率較高，在開(kāi)關(guān)開(kāi)、閉過(guò)程中二極管和晶體管就會(huì)產(chǎn)生較高的電壓和電流，這種躍變所產(chǎn)生的峰值脈沖會(huì)對(duì)包括儲(chǔ)能電感線圈、高頻變壓器、導(dǎo)線、供電電源、機(jī)架、接地平面、互感或電容等產(chǎn)生不可忽略的影響，其中壓器型功率轉(zhuǎn)換電路以及電流高次諧波干擾產(chǎn)生的脈沖躍變電壓的影響最為大。究其原因主要有：正弦波被整流器整流以后成為多頻率的電流， 即單向脈動(dòng)電流。該電流波形可以被分解成一個(gè)直流分量和一系列的交流分量。
分析產(chǎn)生這種脈沖干擾的原因發(fā)現(xiàn) 主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題：一是，開(kāi)關(guān)功率晶體管的負(fù)載一般是儲(chǔ)能電感。在開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)候，變壓器會(huì)出現(xiàn)較大電流造成尖峰噪聲峰值。這個(gè)峰值噪聲就是尖脈沖，輕者造成電流干擾，重者有可能會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)管被擊穿；二是，輸入電流的畸變會(huì)產(chǎn)生干擾。開(kāi)關(guān)電源輸入端一般會(huì)采用橋式整流電容濾濾電路（見(jiàn)圖1） ，這種電路濾波電容的充電時(shí)間短， 從而形成幅度高而寬度窄的脈沖電流（見(jiàn)圖2）。
通過(guò)傅氏變換可以得到：豐富的諧波成分包含在畸變的電流中。而且，數(shù)據(jù)表明輻射干擾和傳導(dǎo)干擾都是由于高次諧波的輸入而產(chǎn)生的，是豐富的諧波畸變；3） 整流二極管輸出會(huì)產(chǎn)生干擾。因?yàn)椋聪螂娏髟诨謴?fù)到零點(diǎn)時(shí)該段時(shí)間與結(jié)電容相關(guān)，其決定于輸出整流二極管截止時(shí)。如果將反向電流迅速恢復(fù)到零點(diǎn)的二極管，這種情況下，分布參數(shù)包括二極管都會(huì)在變壓器漏感影響下產(chǎn)生強(qiáng)高頻干擾。
2 干擾抑制方法
EMI 是一種有效抑制尖脈沖干擾的濾波技術(shù)， 被廣泛用于濾除多種原因產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾。
圖3所示為一種由電感和電容組成的EM I 濾波裝置。該裝置接入開(kāi)關(guān)電源。從該圖中可以看到： 高頻電路電容（C1、C5）用以濾除掉兩輸入電源線間的差模干擾C2與L1、C4等組成的共模干擾濾波環(huán)節(jié)，同時(shí)由于L 3、L 4 的初次級(jí)匝數(shù)相等、交流電流、極性相反在磁芯中產(chǎn)生的磁通相反，我們可以將其用于濾除電源線與地之間非對(duì)稱的共模干擾，從而實(shí)現(xiàn)有效抑制共模干擾。
3 整改實(shí)例分析
下面通過(guò)對(duì)某車載供電單元的整改實(shí)例加以分析（圖4）為整改前測(cè)試結(jié)果，超標(biāo)頻段30kHz至60kHz和250kHz至400kHz。從測(cè)試結(jié)果可以看出，由于開(kāi)關(guān)電源的總電流諧波含量比較高，導(dǎo)致諧波電流分別以傳導(dǎo)干擾和輻射干擾的方式污染了電網(wǎng)， 造成相關(guān)儀器無(wú)法正常運(yùn)行，（圖5）為在DC28V濾波器入線端并連2.2μF電容一只。
橋式整流電容濾波電路有其自身特點(diǎn)的輸入屬性，其中，降低諧波含量是關(guān)鍵 ，同時(shí)也能提高線路功率。因?yàn)椋娏髦C波含量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致功率因數(shù)發(fā)生重大變化，同時(shí)開(kāi)關(guān)電源采用的該濾波電路也會(huì)導(dǎo)致電流諧波含量過(guò)高。在原濾波器基礎(chǔ)上電源新輸入端新增150μH共模電感一只、并連2.2μF電容一只，將其諧波含量降低。（圖6）為整改后測(cè)試結(jié)果。將有效的濾波手段和方法用于對(duì)開(kāi)關(guān)電源的控制， 以期達(dá)到電磁兼容性要求。
4 結(jié)論
由于開(kāi)關(guān)電源導(dǎo)致諧波電流含量過(guò)高從而以以傳導(dǎo)干擾、輻射干擾等方式造成電網(wǎng)被污染、導(dǎo)致一些相關(guān)電器設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)行。因此，在平時(shí)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中只有正確選擇濾波器元器件的參數(shù)， 才能有效地抑制開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾，保障電網(wǎng)內(nèi)設(shè)備的正常工作。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞 電力工程；開(kāi)關(guān)電源；反饋控制
中圖分類號(hào)TM 591 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708（2012）69-0106-02
開(kāi)關(guān)電源我們可認(rèn)為是由功率級(jí)和控制電路所組成，功率級(jí)是功率變換的主體，主要通過(guò)開(kāi)關(guān)器件、電感、電容等器件來(lái)實(shí)現(xiàn)功率變換的。開(kāi)關(guān)電源的主體是開(kāi)關(guān)型DC-DC變換器，它是開(kāi)關(guān)電源整個(gè)變換核心。非隔離式和隔離式為DC-DC變換器的兩種基本拓?fù)洹Ｔ诜歉綦x式變換器中，輸入到輸出之間是沒(méi)有電氣隔離的，非隔離式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式主要有:Buck, Boost ,Buck-Boost, Cuk''等。
首先介紹開(kāi)關(guān)電源的控制方法：
根據(jù)DC-DC變換器工作方式，DC-DC變換器可分為下面幾種:PWM變換器、諧振變換器、軟開(kāi)關(guān)PWM變換器等。
1脈寬調(diào)制技術(shù)
脈寬調(diào)制PWM技術(shù)由于其電路簡(jiǎn)單、控制也相對(duì)方便而得到廣泛的應(yīng)用。目前，應(yīng)用PWM技術(shù)的變換器的運(yùn)行最佳頻率范圍為30kHz~50kHz（使用MOSFET做開(kāi)關(guān)管），在該范圍內(nèi)，整個(gè)系統(tǒng)不論體積、重量、可靠性或是價(jià)格都基本上實(shí)現(xiàn)了最佳。但是，常規(guī)的PWM技術(shù)的固有缺陷也在一定程度上限制了其高頻化，這樣人們另想辦法，圍繞著減小開(kāi)關(guān)的損耗，消除或緩解其電路中寄生參數(shù)所造成的影響提出了諧振變換技術(shù)。
2諧振變換技術(shù)
諧振變換技術(shù)可以描述為開(kāi)關(guān)器件在零壓或零電流條件下可進(jìn)行開(kāi)關(guān)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。這樣可以在一定程度上降低了開(kāi)關(guān)損耗。諧振變換電路主要由串聯(lián)諧振、并聯(lián)諧振、準(zhǔn)諧振、E類諧振和多諧振等。這類變換器主要利用諧振原理使開(kāi)關(guān)管的兩端電壓或流過(guò)開(kāi)關(guān)管的電流能夠在一個(gè)周期內(nèi)在某一時(shí)間段呈正弦規(guī)律變換，電壓和電流的波形會(huì)錯(cuò)開(kāi)，這樣可實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)（ZVS）或零電流開(kāi)關(guān)（ZCS）條件，使得開(kāi)關(guān)管自然得到導(dǎo)通或關(guān)斷。零電流開(kāi)關(guān)的特點(diǎn)：能保證運(yùn)行中的開(kāi)關(guān)器件在關(guān)斷信號(hào)來(lái)到之前，流經(jīng)開(kāi)關(guān)管的電流就已經(jīng)下降為零，這樣就保證了器件在零電流的條件下能斷開(kāi);零電壓開(kāi)關(guān)的特點(diǎn)是能夠保證運(yùn)行中的器件在開(kāi)通信號(hào)來(lái)到之前，開(kāi)關(guān)管的端電壓就已經(jīng)下降為零了，從而能使開(kāi)關(guān)管在零電壓下導(dǎo)通。諧振式變換器有這樣的缺點(diǎn)：1）功率電路拓?fù)漭^復(fù)雜，在不同負(fù)載條件下，存在不同工作模式；2）QRC, MRC都是變頻控制，所以控制電路較復(fù)雜；3）諧振波形使開(kāi)關(guān)管電壓或其電流應(yīng)力比PWM變換器還要大得多。針對(duì)以上局限性，人們提出了其他的軟開(kāi)關(guān)技術(shù)。
3軟開(kāi)關(guān)技術(shù)
軟開(kāi)關(guān)變換器為QRC和PWM開(kāi)關(guān)變換器組合在一起的綜合:在QRC變換器中若增加一個(gè)輔助開(kāi)關(guān)，以控制諧振為網(wǎng)絡(luò)工作，使變換器在整個(gè)周期內(nèi)，一部分時(shí)間是按ZVS或ZCS準(zhǔn)諧振變換器來(lái)工作，另一部分時(shí)間則按PVYM變換器來(lái)工作。因此它兼具有諧振變換技術(shù)或PWM變換技術(shù)共有的特點(diǎn).
下面再來(lái)介紹控制電路：
控制電路我們采用ON Semiconductor（安森美）公司所生產(chǎn)的NCP1200芯片。NCP1200是種新型的高頻開(kāi)關(guān)電源芯片，它將開(kāi)關(guān)電源中最為重要的兩個(gè)部分即PWM控制集成電路和功率開(kāi)關(guān)管MOSFET電路集成在一個(gè)芯片上，構(gòu)成PWM/MOSFET二合為一的集成芯片，能使外部電路得到簡(jiǎn)化，讓工作頻率可達(dá)100kHz，交流輸入電壓為100V~250V，AC/DC轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到90％。對(duì)70W 以下開(kāi)關(guān)電源，主功率器件采用NCP1200，與其他電路相比，重量輕、體積小、自我保護(hù)的又功能齊全，從而降低了開(kāi)關(guān)電源在設(shè)計(jì)過(guò)程中的復(fù)雜性。特別適合于中小功率AC-DC電源、各類充電適配器、DVD電壓等的設(shè)計(jì)。
4 EMI濾波器
EMI信號(hào)濾波器是可以濾除導(dǎo)線上各種工作時(shí)不需要的高頻干擾成份，其可用在各種信號(hào)線（包括直流電源線）上當(dāng)?shù)屯V波器。最有效的接收和輻射天線是線路板上的導(dǎo)線，由于導(dǎo)線存在，這樣會(huì)使線路板產(chǎn)生強(qiáng)電磁輻射。與此，這些導(dǎo)線還能接收外部來(lái)的電磁干擾，使電路相對(duì)干擾很是敏感。解決高頻電磁的干擾輻射和接收最有效的辦法是在導(dǎo)線上使用信號(hào)濾波器， 如不用信號(hào)濾波器時(shí)，脈沖信號(hào)的高頻成份就很豐富，這些高頻成份還可借助導(dǎo)線輻射，這樣線路板的輻射就會(huì)超標(biāo)。所以使用了濾波器以后，脈沖信號(hào)的高頻成份就會(huì)消弱很多，正因?yàn)楦哳l信號(hào)的輻射效率非常高，隨著高頻成份的減少，線路板的輻射會(huì)改善很多。按安裝方式和外形信號(hào)濾波器可分為: 貫通濾波器、有線路板安裝濾波器、連接器濾波器等。通常使用線路板安裝濾波器較多，其具有經(jīng)濟(jì)性高、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。
5 TL431反饋電路
反饋的概念，是指將放大電路的輸出量（電壓或電流信號(hào)）一部分或全部，通過(guò)一定的方式（元件或網(wǎng)絡(luò)）輸送到輸入回路，完成輸出量與輸入端回送的電路就稱為反饋元件或反饋支路，具有反饋回路的放大電路即稱反饋放大電路。
隨著電子技術(shù)的不斷高速發(fā)展,電源技術(shù)也跟著不斷完善和提高。像自激型的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源,在過(guò)去其輸出的功率只能達(dá)到大概50W,而現(xiàn)在可以達(dá)到100W以上。這些變化是源于電路技術(shù)的進(jìn)一步成熟和采用新型元器件的結(jié)果。
最后設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源整體系統(tǒng)圖：
電路如圖所示：電源適配器由NCP1200構(gòu)成6.5V、0.6A，它可為隨身聽(tīng)、電動(dòng)玩具或一般家電提供電源。該適配器對(duì)全部85~265V的交流電源均適用。交流電壓經(jīng)過(guò)橋式整流器（BR）、電磁干擾濾波器（L1、L2、R4、R5）和濾波電容（C1、C2），得到直流高壓U1，分別連到NCP1200的HV端、高頻變壓器初級(jí)的一端。在剛獲得電源時(shí)能降低輸入濾波電容上的沖擊電流。吸收電路由R6、C5、VD1組成的鉗位電路和R7和C6構(gòu)成，可吸收尖峰電壓，這樣就可降低電磁干擾。外部功率開(kāi)關(guān)管是采用MTDIN60E型M0SFET管，最大漏極電流為IDM=1A，漏源擊穿電壓為U（BR）DS=600V，管子最大功耗為PDM=1.75W。輸出整流濾波器是由VD2、C3、C4組成。光耦反饋電路是由限流電阻R1、光耦合器IC2（PC817A）和5.1V穩(wěn)壓管（1N5993B）組成的。輸出電壓是這3個(gè)元器件上的電壓降之和。因IC2中LED的正向壓降ULED≈1V，工作電流ILED設(shè)定為0.85mA， Rl=220Ω，故Uo=URl+UrrD+UDZ=(0.85×10-3×220)+1+5.1≈6.5V。高頻變壓器采用E16型磁芯，初級(jí)繞組的電感量Lp=2.9mH，漏感Lpo=80us，匝數(shù)比n=Np/Ns=12.5。
開(kāi)關(guān)電源整體電路原理圖
電源技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)是開(kāi)關(guān)電源高頻化，高頻化帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)是使開(kāi)關(guān)電源裝置空前微型化，并使開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛，特別是應(yīng)用在高新技術(shù)領(lǐng)域，推動(dòng)了高新技術(shù)產(chǎn)品的微型化、輕便化。另外開(kāi)關(guān)電源在節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面的發(fā)展與應(yīng)用更具有深遠(yuǎn)意義。
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關(guān)鍵詞：變換器；AC/DC變換；新技術(shù)
中圖分類號(hào)：G710 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-2851（2012）-09-0220-01
開(kāi)關(guān)電源已有幾十年的發(fā)展史。早期產(chǎn)品的開(kāi)關(guān)頻率很低，成本昂貴。70年代后期以來(lái)，隨著集成電路與制造技術(shù)的進(jìn)步，各種開(kāi)關(guān)電源專用芯片大量問(wèn)世，這種新型節(jié)能電源才重獲發(fā)展。目前，開(kāi)關(guān)頻率已從20kHz左右提高到幾百千赫茲至幾兆赫。
近20多年來(lái)，集成開(kāi)關(guān)電源沿著下述兩個(gè)方向不斷反展。第一個(gè)方向式對(duì)開(kāi)關(guān)電源的核心單元――控制電路實(shí)現(xiàn)集成化。1977年國(guó)外首先研制成功脈寬調(diào)制（PWM）控制器集成電路，美國(guó)摩托羅拉公司、硅通用公司、尤尼特德公司等相繼推出一批PWM芯片，典型產(chǎn)品如MC3520、SG3524、UC3842。90年代以來(lái)，國(guó)外又研制出了開(kāi)關(guān)頻率達(dá)1MHz的高速PWM、PFM（脈沖頻率調(diào)制）芯片，典型產(chǎn)品如UC1825、UC1864。第二個(gè)方向則是對(duì)中、小功率開(kāi)關(guān)電壓實(shí)現(xiàn)單片集成化。這大致分兩個(gè)階段：80年代初，意-法半導(dǎo)體公司率先推出L4960系列單片開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器。該公司于90年代又推出了L4970A系列。其特點(diǎn)是將脈寬調(diào)制器、功率輸出級(jí)、保護(hù)電路等集成在一個(gè)芯片中，使用時(shí)需配公頻變壓器與電網(wǎng)隔離，適于制作低壓連續(xù)可調(diào)式輸出（5.1～40V）、大中功率（400W以下）、大電流（1.0～10A）、高效率（可超過(guò)90%）的開(kāi)關(guān)電源。但從本質(zhì)上講，它仍屬于DC/DC電源變換器。
開(kāi)關(guān)電源技術(shù)就是隨著電力電子器件、開(kāi)關(guān)頻率技術(shù)發(fā)展的，兩者相互促進(jìn)推動(dòng)著開(kāi)關(guān)電源每年以超過(guò)兩位數(shù)字的增長(zhǎng)率向著體積小、重量輕、噪聲小、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)的方向發(fā)展。開(kāi)關(guān)電源按輸出輸入電壓可分為AC/DC和DC/DC兩大類。
一、DC/DC變換器
隨著電力電子的發(fā)展，開(kāi)關(guān)電源的DC/DC變換器形式和種類越來(lái)越多。
（1）反激式：電路托普簡(jiǎn)單，元件數(shù)少，因此成本較低。但該電路變換器的磁芯單向磁化，利用率低，而且開(kāi)關(guān)器件承受的電流峰值很大，廣泛用于數(shù)瓦～數(shù)十瓦的小功率開(kāi)關(guān)電源中。由于不需要輸出濾波電感，易實(shí)現(xiàn)多路輸出。；（2）正激式：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式和反激式變換器相似，雖然磁芯也是單向磁化，卻存在嚴(yán)格意義上的區(qū)別，變壓器僅起電氣隔離作用，而且電路變換器的工作點(diǎn)僅處于磁化曲線的第一象限，沒(méi)有得到充分利用，因此同樣的功率，其變換器體積、重量和損耗大于半橋式、全橋式、推挽式變換器。廣泛用于功率數(shù)百瓦～數(shù)千瓦的開(kāi)關(guān)電源中；（3）半橋式：電路結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，但磁心利用率高，沒(méi)有偏磁問(wèn)題，且功率開(kāi)關(guān)管的耐壓要求低，不超過(guò)線路的最高峰值電壓。克服了推挽式的缺點(diǎn)。適合數(shù)百瓦～數(shù)千瓦的開(kāi)關(guān)電源中，高輸入電壓的場(chǎng)合；（4）全橋式：電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但在所有隔離型開(kāi)關(guān)電源中，采用相同電壓和電流容量的開(kāi)關(guān)器件時(shí)，全橋電路可以達(dá)到最大的功率，目前，全橋型電路多被用于數(shù)百瓦～數(shù)千瓦的各種工業(yè)用開(kāi)關(guān)電源中；（5）推挽式：電路形式實(shí)際上是兩個(gè)對(duì)稱正激變換器的組合，只是工作時(shí)相位相反。變壓器磁心雙向磁化，因此相同鐵芯尺寸的輸出功率是正激式的近一倍，但如果加在兩個(gè)原邊繞組上的V-S稍有偏差就會(huì)導(dǎo)致鐵芯偏磁現(xiàn)象的產(chǎn)生，應(yīng)用時(shí)需要特別注意。適合中功率輸出。
今天，隨著軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的發(fā)展，DC/DC變換電路有了質(zhì)的飛躍。解決了電路中的開(kāi)關(guān)損耗和開(kāi)關(guān)噪聲問(wèn)題，使開(kāi)關(guān)頻率可以大幅度提高，使DCIDC變換器進(jìn)一步模塊化、綠色化，且使變換器的重量減輕了。
二、AC/DC變換
AC/DC變換電路是指能夠直接將交流電能變換為直流電能的電路，泛稱整流電路。在所有的電能基本變換形式中，AC/DC最早出現(xiàn)，自20世紀(jì)20年代迄今己經(jīng)歷了以下幾個(gè)發(fā)展階段：
.旋轉(zhuǎn)式變流機(jī)組（電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組）
.靜止式離子整流器（由充氣閘流管和汞弧整流管組成）
.靜止式半導(dǎo)體整流器（低頻型、高頻型）
整流電路可從各種角度進(jìn)行分類，主要分類方法有：
1.按組成的器件被控程度可分為不可控、半控、全控三種；2.按電路結(jié)構(gòu)可分為橋式電路和零式電路；3.按交流輸入相數(shù)分為單相電路和多相電路；4.按變壓器二次側(cè)電流的方向是單向或雙向，又分為單拍電路和雙拍電路。
AC/DC變換器輸入為50/60HZ的交流電，其頻率為工頻，以致整流濾波時(shí)需要體積較大的濾波電容器，另外，整流器和電容濾波電路是一種非線性元件和儲(chǔ)能元件的組合，因此，雖然輸入交流電壓為正弦波，但輸入交流電流波形卻嚴(yán)重畸變，呈脈沖狀，交流輸入則必須加EMC濾波及使用符合安全標(biāo)準(zhǔn)的元件，這樣就限制AC/DC電源體積的小型化：同時(shí)，由于內(nèi)部的高頻、高壓、大電流開(kāi)關(guān)動(dòng)作，使得解決電磁兼容（EMC）問(wèn)題難度加大，也就對(duì)內(nèi)部高密度電路設(shè)計(jì)提出了很高的要求，從而限制了AC/DC變換的模塊化。
開(kāi)關(guān)電源按控制方式可分為：1）電壓控制型、2）電流控制型、3）VZ控制型三種。以下只對(duì)電壓控制型和電流控制型方法作簡(jiǎn)要介紹。
關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹_(kāi)關(guān)電源快速設(shè)計(jì)
TOPSwithⅡ
TheWayofQuickDesignforSinglechipSwitchingPowerSupplyAbctract:Threeendssinglechipswitchingpowersupplyisnewtypeswitchingpowersupplycorewhichhasbeenpopularsince1990.Thispaperintroducesquickdesignforsinglechipswitchingpowersupply.
Keywords:Singlechipswitchingpowersupply,Quickdesign,TopswithⅡ
在設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源時(shí)，首先面臨的問(wèn)題是如何選擇合適的單片開(kāi)關(guān)電源芯片，既能滿足要求，又不因選型不當(dāng)而造成資源的浪費(fèi)。然而，這并非易事。原因之一是單片開(kāi)關(guān)電源現(xiàn)已形成四大系列、近70種型號(hào)，即使采用同一種封裝的不同型號(hào)，其輸出功率也各不相同；原因之二是選擇芯片時(shí)，不僅要知道設(shè)計(jì)的輸出功率PO，還必須預(yù)先確定開(kāi)關(guān)電源的效率η和芯片的功率損耗PD，而后兩個(gè)特征參數(shù)只有在設(shè)計(jì)安裝好開(kāi)關(guān)電源時(shí)才能測(cè)出來(lái)，在設(shè)計(jì)之前它們是未知的。
下面重點(diǎn)介紹利用TOPSwitch－II系列單片開(kāi)關(guān)電源的功率損耗（PD）與電源效率（η）、輸出功率（PO）關(guān)系曲線，快速選擇芯片的方法，可圓滿解決上述難題。在設(shè)計(jì)前，只要根據(jù)預(yù)期的輸出功率和電源效率值，即可從曲線上查出最合適的單片開(kāi)關(guān)電源型號(hào)及功率損耗值，這不僅簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，還為選擇散熱器提
η/％(Uimin=85V)
中圖法分類號(hào)：TN86文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編碼：02192713(2000)0948805
PO/W
圖1寬范圍輸入且輸出為5V時(shí)PD與η，PO的關(guān)系曲線
圖2寬范圍輸入且輸出為12V時(shí)PD與η，PO的關(guān)系曲線
圖3固定輸入且輸出為5V時(shí)PD與η，PO的關(guān)系曲線
供了依據(jù)。
1TOPSwitch－II的PD與η、PO關(guān)系曲線
TOPSwitch－II系列的交流輸入電壓分寬范圍輸入（亦稱通用輸入），固定輸入（也叫單一電壓輸入）兩種情況。二者的交流輸入電壓分別為Ui=85V～265V，230V±15％。
1．1寬范圍輸入時(shí)PD與η，PO的關(guān)系曲線
TOP221～TOP227系列單片開(kāi)關(guān)電源在寬范圍輸入（85V～265V）的條件下，當(dāng)UO=＋5V或者＋12V時(shí)，PD與η、PO的關(guān)系曲線分別如圖1、圖2所示。這里假定交流輸入電壓最小值Uimin=85V，最高
η/％(Uimin=85V)
η/％(Uimin=195V)
交流輸入電壓Uimax=265V。圖中的橫坐標(biāo)代表輸出功率PO，縱坐標(biāo)表示電源效率η。所畫出的7條實(shí)線分別對(duì)應(yīng)于TOP221～TOP227的電源效率，而15條虛線均為芯片功耗的等值線（下同）。
1．2固定輸入時(shí)PD與η、PO的關(guān)系曲線
TOP221～TOP227系列在固定交流輸入（230V±15％）條件下，當(dāng)UO=＋5V或＋12V時(shí)，PD與η、PO的關(guān)系曲線分別如圖3、圖4所示。這兩個(gè)曲線族對(duì)于208V、220V、240V也同樣適用。現(xiàn)假定Uimin=195V,Uimax=265V。
2正確選擇TOPSwitch－II芯片的方法
利用上述關(guān)系曲線迅速確定TOPSwitch－II芯片型號(hào)的設(shè)計(jì)程序如下：
（1）首先確定哪一幅曲線圖適用。例如，當(dāng)Ui=85V～265V，UO=＋5V時(shí)，應(yīng)選擇圖1。而當(dāng)Ui=220V(即230V－230V×4.3％)，UO=＋12V時(shí)，就只能選圖4；
（2）然后在橫坐標(biāo)上找出欲設(shè)計(jì)的輸出功率點(diǎn)位置（PO）；
（3）從輸出功率點(diǎn)垂直向上移動(dòng)，直到選中合適芯片所指的那條實(shí)曲線。如不適用，可繼續(xù)向上查找另一條實(shí)線；
（4）再?gòu)牡戎稻€（虛線）上讀出芯片的功耗PD。進(jìn)而還可求出芯片的結(jié)溫（Tj）以確定散熱片的大小；
（5）最后轉(zhuǎn)入電路設(shè)計(jì)階段，包括高頻變壓器設(shè)計(jì)，元器件參數(shù)的選擇等。
下面將通過(guò)3個(gè)典型設(shè)計(jì)實(shí)例加以說(shuō)明。
例1：設(shè)計(jì)輸出為5V、300W的通用開(kāi)關(guān)電源
通用開(kāi)關(guān)電源就意味著交流輸入電壓范圍是85V～265V。又因UO=＋5V，故必須查圖1所示的曲線。首先從橫坐標(biāo)上找到PO=30W的輸出功率點(diǎn)，然后垂直上移與TOP224的實(shí)線相交于一點(diǎn)，由縱坐標(biāo)上查出該點(diǎn)的η=71.2％，最后從經(jīng)過(guò)這點(diǎn)的那條等值線上查得PD=2.5W。這表明，選擇TOP224就能輸出30W功率，并且預(yù)期的電源效率為71.2％,芯片功耗為2.5W。
若覺(jué)得η=71.2％的效率指標(biāo)偏低，還可繼續(xù)往上查找TOP225的實(shí)線。同理，選擇TOP225也能輸出30W功率，而預(yù)期的電源效率將提高到75％，芯片功耗降至1.7W。
根據(jù)所得到的PD值，進(jìn)而可完成散熱片設(shè)計(jì)。這是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)前對(duì)所用芯片功耗做出的估計(jì)是完全可信的。
例2：設(shè)計(jì)交流固定輸入230V±15％，輸出為直流12V、30W開(kāi)關(guān)電源。
圖4固定輸入且輸出為12V時(shí)PD與η，PO的關(guān)系曲線
η/％(Uimin=195V)
圖5寬范圍輸入時(shí)K與Uimin′的關(guān)系
圖6固定輸入時(shí)K與Uimin′的關(guān)系
根據(jù)已知條件，從圖4中可以查出，TOP223是最佳選擇，此時(shí)PO=30W，η=85.2％，PD=0.8W。
例3：計(jì)算TOPswitch－II的結(jié)溫
這里講的結(jié)溫是指管芯溫度Tj。假定已知從結(jié)到器件表面的熱阻為RθA(它包括TOPSwitch－II管芯到外殼的熱阻Rθ1和外殼到散熱片的熱阻Rθ2)、環(huán)境溫度為TA。再?gòu)南嚓P(guān)曲線圖中查出PD值，即可用下式求出芯片的結(jié)溫：
Tj=PD·RθA＋TA(1)
舉例說(shuō)明，TOP225的設(shè)計(jì)功耗為1.7W，RθA=20℃/W，TA=40℃，代入式（1）中得到Tj=74℃。設(shè)計(jì)時(shí)必須保證，在最高環(huán)境溫度TAM下，芯片結(jié)溫Tj低于100℃，才能使開(kāi)關(guān)電源長(zhǎng)期正常工作。
3根據(jù)輸出功率比來(lái)修正等效輸出功率等參數(shù)
3．1修正方法
如上所述，PD與η，PO的關(guān)系曲線均對(duì)交流輸入電壓最小值作了限制。圖1和圖2規(guī)定的Uimin=85V，而圖3與圖4規(guī)定Uimin=195V（即230V－230V×15％）。若交流輸入電壓最小值不符合上述規(guī)定，就會(huì)直接影響芯片的正確選擇。此時(shí)須將實(shí)際的交流輸入電壓最小值Uimin′所對(duì)應(yīng)的輸入功率PO′，折算成Uimin為規(guī)定值時(shí)的等效功率PO，才能使用上述4圖。折算系數(shù)亦稱輸出功率比（PO′/PO）用K表示。TOPSwitch－II在寬范圍輸入、固定輸入兩種情況下，K與U′min的特性曲線分別如圖5、圖6中的實(shí)線所示。需要說(shuō)明幾點(diǎn)：
（1）圖5和圖6的額定交流輸入電壓最小值Uimin依次為85V，195V，圖中的橫坐標(biāo)僅標(biāo)出Ui在低端的電壓范圍。
（2）當(dāng)Uimin′>Uimin時(shí)K>1，即PO′>PO，這表明原來(lái)選中的芯片此時(shí)已具有更大的可用功率，必要時(shí)可選輸出功率略低的芯片。當(dāng)Uimin′（3）設(shè)初級(jí)電壓為UOR，其典型值為135V。但在Uimin′<85V時(shí)，受TOPSwitch－II調(diào)節(jié)占空比能力的限制，UOR會(huì)按線性規(guī)律降低UOR′。此時(shí)折算系數(shù)K="UOR′"/UOR<1。圖5和圖6中的虛線表示UOR′/UOR與Uimin′的特性曲線，利用它可以修正初級(jí)感應(yīng)電壓值。
現(xiàn)將對(duì)輸出功率進(jìn)行修正的工作程序歸納如下：
（1）首先從圖5、圖6中選擇適用的特性曲線，然后根據(jù)已知的Uimin′值查出折算系數(shù)K。
（2）將PO′折算成Uimin為規(guī)定值時(shí)的等效功率PO，有公式
PO=PO′/K（2）
（3）最后從圖1～圖4中選取適用的關(guān)系曲線，并根據(jù)PO值查出合適的芯片型號(hào)以及η、PD參數(shù)值。
下面通過(guò)一個(gè)典型的實(shí)例來(lái)說(shuō)明修正方法。
例4：設(shè)計(jì)12V，35W的通用開(kāi)關(guān)電源
已知Uimin=85V，假定Uimin′=90％×115V=103.5V。從圖5中查出K=1.15。將PO′=35W、K=1.15一并代入式（2）中，計(jì)算出PO=30.4W。再根據(jù)PO值，從圖2上查出最佳選擇應(yīng)是TOP224型芯片，此時(shí)η=81.6％，PD=2W。
若選TOP223，則η降至73.5％,PD增加到5W，顯然不合適。倘若選TOP225型，就會(huì)造成資源浪費(fèi)，因?yàn)樗萒OP224的價(jià)格要高一些，且適合輸出40W～60W的更大功率。
3．2相關(guān)參數(shù)的修正及選擇
（1）修正初級(jí)電感量
在使用TOPSwitch－II系列設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源時(shí)，高頻變壓器以及相關(guān)元件參數(shù)的典型情況見(jiàn)表1，這些數(shù)值可做為初選值。當(dāng)Uimin′LP′=KLP（3）
查表1可知，使用TOP224時(shí)，LP=1475μH。當(dāng)K=1.15時(shí)，LP′=1.15×1475=1696μH。
表2光耦合器參數(shù)隨Uimin′的變化
最低交流輸入電壓Uimin(V)85195
LED的工作電流IF（mA）3.55.0
光敏三極管的發(fā)射極電流IE（mA）3.55.0
（2）對(duì)其他參數(shù)的影響
關(guān)鍵詞： 準(zhǔn)諧振； 反激； CRM； DCM； FFM； UCC28600
中圖分類號(hào)： TN710?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2013）21?0148?04
準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換是十分成熟的技術(shù)，廣泛用于消費(fèi)產(chǎn)品的電源設(shè)計(jì)中。新型的綠色電源系列控制器實(shí)現(xiàn)低至150 mW的典型超低待機(jī)功耗。本文將闡述準(zhǔn)諧振反激式轉(zhuǎn)換器是如何提高電源效率以及如何用UCC28600設(shè)計(jì)準(zhǔn)諧振電源。
1 常規(guī)的硬開(kāi)關(guān)反激電路
圖1所示為常規(guī)的硬開(kāi)關(guān)反激式轉(zhuǎn)換器電路。這種不連續(xù)模式反激式轉(zhuǎn)換器 （DCM）一個(gè)工作周期分為三個(gè)工作區(qū)間：（[t0～][t1]）為變壓器向負(fù)載提供能量階段，此時(shí)輸出二極管導(dǎo)通，變壓器初級(jí)的電流通過(guò)Np：Ns的耦合流向輸出負(fù)載，逐漸減小；MOSFET電壓由三部分疊加而成：輸入直流電壓[VDC、]輸出反射電壓[VFB、]漏感電壓[VLK。]到[t1]時(shí)刻，輸出二極管電流減小到0，此時(shí)變壓器的初級(jí)電感和和寄生電容構(gòu)成一個(gè)弱阻尼的諧振電路，周期為2π[LC]。在停滯區(qū)間（[t1～][t2]），寄生電容上的電壓會(huì)隨振蕩而變化，但始終具有相當(dāng)大的數(shù)值。當(dāng)下一個(gè)周期[t2]節(jié)點(diǎn)，MOSFET 導(dǎo)通時(shí)間開(kāi)始時(shí)，寄生電容 （[COSS]和[CW]）上電荷會(huì)通過(guò)MOSFET放電，產(chǎn)生很大的電流尖峰。由于這個(gè)電流出現(xiàn)時(shí)MOSFET存在一個(gè)很大的電壓，該電流尖峰因此會(huì)做成開(kāi)關(guān)損耗。此外，電流尖峰含有大量的諧波含量，從而產(chǎn)生EMI。
2 準(zhǔn)諧振反激式設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)
利用檢測(cè)電路來(lái)有效地“感測(cè)”MOSFET漏源電壓（[VDS]）的第一個(gè)最小值或谷值，并僅在這時(shí)啟動(dòng)MOSFET導(dǎo)通時(shí)間，由于寄生電容被充電到最低電壓，導(dǎo)通的電流尖峰將會(huì)最小化。這情況常被稱為谷值開(kāi)關(guān) （Valley Switching） 或準(zhǔn)諧振開(kāi)關(guān)。這種電源是由輸入電壓/負(fù)載條件決定的可變頻率系統(tǒng)。換言之，調(diào)節(jié)是通過(guò)改變電源的工作頻率來(lái)進(jìn)行，不管當(dāng)時(shí)負(fù)載或輸入電壓是多少，MOSFET始終保持在谷底的時(shí)候?qū)ā＿@類型的工作介于連續(xù) （CCM） 和不連續(xù)條件模式 （DCM） 之間。因此，以這種模式工作的轉(zhuǎn)換器被稱作在臨界電流模式 （CRM） 下工作。臨界模式下MOSFET漏源電壓如圖2所示。
在反激式電源設(shè)計(jì)中采用準(zhǔn)諧振開(kāi)關(guān)方案有著許多優(yōu)點(diǎn)：
（1）降低導(dǎo)通損耗
由于MOSFET導(dǎo)通具有最小的漏源電壓，故可以減小導(dǎo)通電流尖峰。減輕了MOSFET的壓力，降低器件的溫度。
（2）降低輸出二極管反向恢復(fù)損耗
由于二次側(cè)的整流管零電流關(guān)斷，反向恢復(fù)損耗降低，從而提高電源整體效率。
（3）減少EMI
導(dǎo)通電流尖峰的減小以及在準(zhǔn)諧振過(guò)程中存在頻率抖動(dòng)， 將會(huì)減小EMI 噪聲，這就減少EMI濾波器的使用數(shù)量，從而降低電源成本。
3 基于UCC28600控制器的鎢燈電源的設(shè)計(jì)
3.1 UCC28600控制器的主要特性
UCC28600控制器的主要特性有先進(jìn)的綠色模式控制方式；低EMI及低損耗（谷底開(kāi)關(guān)）的準(zhǔn)諧振控制方式；空載損耗小于150 mW（低待機(jī)電流）；低啟動(dòng)電流（最大 25 μA）；可編程過(guò)壓保護(hù)（輸入電壓和輸出電壓）；內(nèi)置過(guò)溫保護(hù)，溫度回復(fù)后可自動(dòng)重啟；限流保護(hù)：逐周期限功率，過(guò)電流打嗝式重啟；可編程軟啟動(dòng)；集成綠色狀態(tài)腳（PFC使能端）。
3.2 UCC28600工作原理
UCC28600內(nèi)部集成了UVLO比較器，高頻振蕩器，準(zhǔn)諧振控制器和軟起動(dòng)控制器，待機(jī)模式跳脈沖比較器，輸入和輸出過(guò)電壓保護(hù)。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。
（1）UVLO比較器
UCC28600的[VDD]電壓在13 V起動(dòng)，在低于8 V時(shí)關(guān)閉， 有5 V的滯差電壓， 可以提高UCC28600工作的穩(wěn)定性。
（2）內(nèi)部振蕩器
UCC28600內(nèi)部集成了一個(gè)40～130 kHz的振蕩器。
（3）準(zhǔn)諧振控制器和軟起動(dòng)控制器
UCC28600采用準(zhǔn)諧振的開(kāi)關(guān)變換器以提高轉(zhuǎn)換效率，利用變壓器的勵(lì)磁磁通，在開(kāi)關(guān)關(guān)斷期間，檢測(cè)變壓器繞組的輸出電壓，如果電壓偏低及處于振蕩的波谷時(shí)，可以確認(rèn)該時(shí)刻變壓器勵(lì)磁磁通耗盡，可以開(kāi)啟下一周期。該準(zhǔn)諧振模式可分為臨界導(dǎo)通模式（CRM）和不連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM）以及頻率調(diào)制模式（FFM）。
（4）待機(jī)模式和跳脈沖比較器
當(dāng)功率繼續(xù)減小，UCC28600進(jìn)入待機(jī)模式；頻率調(diào)制模式（FFM）頻率下降到40 kHz，不再減小；當(dāng)FB小于0.6 V時(shí)，開(kāi)關(guān)脈沖輸出關(guān)斷，當(dāng)FB大于0.7 V時(shí)，開(kāi)關(guān)脈沖正常輸出，從而得到跳脈沖模式的待機(jī)工作狀態(tài)。
（5）輸入和輸出過(guò)電壓保護(hù)
OVP引腳為過(guò)電壓（線電壓和負(fù)載電壓）輸入腳以及諧振開(kāi)通的響應(yīng)腳，此腳通過(guò)變壓器初級(jí)偏置線圈來(lái)偵測(cè)輸入過(guò)壓，負(fù)載過(guò)壓及諧振條件，其過(guò)壓點(diǎn)可通過(guò)與此腳相連的電阻來(lái)靈活調(diào)節(jié)。
3.3 鎢燈電源的技術(shù)指標(biāo)
輸入電壓：95～260 V AC 50/60 Hz；輸出電壓：5 V；輸出電流：4.3 A；可遙控關(guān)閉電源輸出。
3.4 電源設(shè)計(jì)過(guò)程
鎢燈電源電路圖如圖4所示，交流電源從左上角輸入，經(jīng)輸入電源濾波器、整流橋、高壓電容，轉(zhuǎn)為約130～360 V的直流高壓。[N14、][V30]組成高壓側(cè)主電路，將直流高壓斬波為脈沖電壓，通過(guò)變壓器耦合，經(jīng)[V12]整流輸出，輸出電容濾波為直流電壓。
3.4.1 啟動(dòng)電路
由于UCC28600的啟動(dòng)電流非常小，典型值為12 μA，可以大大降低啟動(dòng)電阻的功耗，因而啟動(dòng)電阻由三個(gè)300 kΩ的貼片電阻串聯(lián)而成。但由于[VDD]引腳需要一個(gè)足夠的儲(chǔ)能電容防止在工作時(shí)出現(xiàn)打嗝現(xiàn)象，帶來(lái)的一個(gè)問(wèn)題是[VDD]啟動(dòng)時(shí)電壓上升過(guò)慢，電源啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。解決方法是[VDD]引腳采用小電容，反供繞組采用大電容，兩者之間用[V34]（1N4148）隔離。
3.4.2 遙控電路
遙控電路用光耦TLP181安全隔離，當(dāng)遙控信號(hào)輸入CTL端加電流信號(hào)時(shí)，光耦輸出端導(dǎo)通，通過(guò)[V33]將UCC28600的SS引腳拉低，關(guān)閉MOSFET的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；通過(guò)[R32]將[VDD]電壓拉低，低于UCC28600的啟動(dòng)電壓，避免芯片一直處于重啟過(guò)程。
3.4.3 反饋電路
采用TL431采樣輸出端電壓，通過(guò)光耦TLP181隔離后反饋到芯片的輸入端。TL431的基準(zhǔn)電壓為2.495 V，通過(guò)[R84、][R85]的分壓，將輸出電壓設(shè)定在11.5 V。由于負(fù)載為固定鎢燈電源，所以不用考慮電源的瞬態(tài)相應(yīng)，故TL431的補(bǔ)償電容采用簡(jiǎn)單的Ⅰ類補(bǔ)償，電路簡(jiǎn)單，穩(wěn)定可靠。
3.4.4 變壓器設(shè)計(jì)
設(shè)在最大負(fù)載時(shí)，UCC28600工作在準(zhǔn)諧振模式，其最大占空比發(fā)生在最低輸入電壓時(shí)，在固定輸入電壓和輸入功率的情況下：
初級(jí)繞組采用2×0.35漆包線，次級(jí)采用125 μm銅箔，采用三明治繞法，磁芯中心柱開(kāi)氣隙，使ALG為275 nH/T2。
3.5 測(cè)試數(shù)據(jù)
3.5.1 電源轉(zhuǎn)換效率
電源在不同輸入輸出條件下效率如圖5所示。
3.5.2 不同狀態(tài)下的開(kāi)關(guān)管波形
電源在不同狀態(tài)下的開(kāi)關(guān)管波形如圖6所示。
由圖6可以看出，當(dāng)輸出負(fù)載很小時(shí)，電源是工作于跳脈沖模式，這樣可以降低開(kāi)關(guān)損耗，提高輕載電源效率；隨著負(fù)載加大，電源開(kāi)始進(jìn)入頻率調(diào)制工作模式。在滿載且輸入電壓較高時(shí)，電源工作于頻率較高的準(zhǔn)諧振模式；如果輸入電壓較低時(shí)，工作模式不變，但開(kāi)關(guān)頻率降低，維持開(kāi)關(guān)管在波形谷底導(dǎo)通。
4 結(jié) 語(yǔ)
實(shí)踐證明，基于UCC28600的準(zhǔn)諧振反激式開(kāi)關(guān)電源具有輸入電壓范圍寬、輸出電壓精度高、高轉(zhuǎn)換效率、低待機(jī)功耗等特點(diǎn)。本電源應(yīng)用于鎢燈電源中，最高效率達(dá)到86%，收到了良好效果。
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1 引言
當(dāng)今，社會(huì)、家庭和辦公室中的各種裝置的待機(jī)損耗已成為污染的重要來(lái)源。通常，電視接收機(jī)、監(jiān)視器、打印機(jī)、傳真機(jī)等家電產(chǎn)品的能量消耗都有兩種截然不同的模式：即運(yùn)行模式和待機(jī)模式。運(yùn)行模式時(shí)，在保證同樣系統(tǒng)性能的前提下，可以通過(guò)降低各部分能耗來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能（如電源交率直接影響系統(tǒng)總線耗等）。而待機(jī)模式則有所不同，這些電路中的喚醒單元是永久供電的，以便隨時(shí)準(zhǔn)備使整個(gè)系統(tǒng)重新運(yùn)行。
對(duì)于任何由墻式電位插座供電的裝置，待機(jī)模式的功耗目標(biāo)為1W。傳統(tǒng)的辦法是斷開(kāi)負(fù)載而保持電源運(yùn)行，即禁止模式，但此時(shí)系統(tǒng)的泄漏功率難以消除。為解決以上問(wèn)題，可采取在待機(jī)模式期間完全斷開(kāi)電源，設(shè)置一個(gè)微功率副電源支持喚醒單元的辦法來(lái)解決。MC44608控制器即可適應(yīng)這種需求，利用它可設(shè)計(jì)出高效率的待機(jī)功耗綠色開(kāi)關(guān)電源。
圖1 MC44608的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理框圖
2 MC44608的特點(diǎn)和構(gòu)成
2.1 MC44608的特點(diǎn)
MC44608由于采用了有效的SMPS狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)，因而可用次極重新配置來(lái)實(shí)現(xiàn)泄漏功率抑制。該器件的特點(diǎn)如下：
*采用了高效PWM和低功耗特機(jī)的脈沖模式技術(shù)；
*芯片振蕩器開(kāi)關(guān)頻率有40kHz、75kHz和100kHz三種可供選用；
*具有占空比控制、欠壓鎖定、過(guò)壓保護(hù)、去磁保護(hù)、內(nèi)部熱保護(hù)等多種功能；
*可用程序控制待機(jī)開(kāi)關(guān)。
*具有較低的dV/dT，可保證較低的EMI輻射。
2.2 MC44608的構(gòu)成
MC44608的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，它是一個(gè)功率MOSFET驅(qū)動(dòng)器，采用DIP-8塑封，它具有反激SMPS控制器的所有基本功能，其中包括一具有500V電壓能力的集成啟動(dòng)電源、一個(gè)內(nèi)部固定頻率振蕩器（頻率有三個(gè)：MC44608P40為40kHz，MC44608P75為75kHz，MC44608P100為100kHz）、一個(gè)保證斷續(xù)電流模式工作的變壓器去磁檢測(cè)系統(tǒng)（亦可工作于自激振蕩器SOPS或準(zhǔn)諧振模式）、一個(gè)允許光閉環(huán)調(diào)整的并聯(lián)調(diào)整器、一個(gè)用于兩種模式（正常和脈沖模式）且完全可編程的過(guò)流檢測(cè)和防止調(diào)整失控的過(guò)壓保護(hù)等。
圖2 MC44608的構(gòu)成的待機(jī)功能為1W的80W TV電源電路
3 MC44608的應(yīng)用電路
3.1 低待機(jī)動(dòng)耗80W TV電源電路
圖2是以MC44608為核心構(gòu)成的一款低待機(jī)功耗80W TV電源電路。電路中采用箝位和緩沖網(wǎng)絡(luò)降低了EMI輻射，從而提高了較高線電壓功率開(kāi)關(guān)的擊穿安全容限。所用變壓器為Thomson-OREGA公司生產(chǎn)的10642520-P1，其性能指標(biāo)見(jiàn)表1所列。
表1 變壓器的性能指標(biāo)
項(xiàng) 目匝 數(shù)參數(shù)值引 腳初級(jí)40180mH1-3112V40-14-1216V6-11-108V3-9-8輔助繞組4-6-7初級(jí)峰值電流 3A 當(dāng)工作于激勵(lì)模式時(shí)，MC44608用于提供常規(guī)反激控制器性能。其中兩個(gè)獨(dú)立過(guò)壓保護(hù)（一個(gè)感測(cè)Vcc，另一個(gè)感測(cè)備用繞組電壓）可提供很高的安全電平。由于第二個(gè)OVP與Vcc平滑電容無(wú)關(guān)，故反應(yīng)迅速。去磁檢測(cè)可在安全間斷電源模式時(shí)改善電路的短路特性。該電路在脈沖工作模式時(shí)的輸出功率接近1W。此外，在待機(jī)模式下，還可以靠降低功率元件上的電壓來(lái)提高安全電平。同時(shí)適當(dāng)選擇Ton和Toff周期和振蕩器的開(kāi)關(guān)頻率可使電流運(yùn)行在SOPS模式。
3.2 MC4408構(gòu)成的SMPS電源電路
圖3是由MC44608構(gòu)成SMPS電源的實(shí)際應(yīng)用電路原理圖。該電路是一種以待機(jī)功耗為1W的150W SMPS電源為背景進(jìn)行設(shè)計(jì)的。電路中的變壓器初級(jí)采用光耦合器IPT1進(jìn)行隔離，以避免初次級(jí)之間的相互影響。
112V輸出被連接到TL431的分壓器進(jìn)行調(diào)整，其注入到光電隔離器件的電流正比于112V的dVout偏差電壓。此電流通過(guò)光電隔離器件饋入MC44608的腳3后，再由MC44608內(nèi)部的并聯(lián)調(diào)整器變換為電壓，以使電壓模式PWM控制器控制功率開(kāi)關(guān)。
在變壓器次級(jí)，用與TO-92晶閘管MCR22-6串聯(lián)的快速二極管和阻容網(wǎng)絡(luò)（4.7kΩ、120pF）可使晶閘管占火與TMOS關(guān)斷（在反饋電壓的上升沿）同步。在SMPS正常模式，阻容網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的尖峰脈沖可通過(guò)待機(jī)開(kāi)關(guān)直接到地。待機(jī)開(kāi)關(guān)可由任何喚喚醒單元（如圖2中μP等）控制。
圖3 MC44608構(gòu)成的SMPS電源電路
4 設(shè)計(jì)應(yīng)用中的幾個(gè)問(wèn)題
4.1 SMPS次級(jí)的重新配置
SMPS變壓器是通過(guò)初級(jí)/次級(jí)進(jìn)行能量傳輸，并根據(jù)初級(jí)繞組與各次繞組間的匝比確定輸出電壓。在正常模式期間，其輸出必須被調(diào)整列具有最好的穩(wěn)定性。
次級(jí)重新配置的原理是對(duì)所希望調(diào)整輸出的繞組匝數(shù)比進(jìn)行調(diào)節(jié)，可采用SMPS次級(jí)開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)建立了變壓繞組與喚醒單元電源干線之間的連接。在待機(jī)模式，當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，在ON周期存儲(chǔ)在變壓器初級(jí)組中的電流將不再傳輸給相應(yīng)的輸出高壓繞組，而是注入到低壓繞組。其結(jié)果是停止向高壓輸出供電，并迅速向低壓輸出供電。而在正常模式，通過(guò)TL431可以調(diào)整對(duì)能量需求的急劇增加，與TL431并聯(lián)的齊納二極管可確保低干線電壓的調(diào)整。
4.2 脈并中模式工作時(shí)的SMPS負(fù)載禁止
SMPS次級(jí)重新配置對(duì)SMPS工作狀態(tài)的另一個(gè)影響相當(dāng)于電流源的高壓繞組被偏置在低電壓下，此時(shí)在112V輸出端得到的電壓將變?yōu)?1.2V，16V輸出變?yōu)?.6V，Vcc降到1.2V，顯然在此條件下，MC44608將停止工作。因此，當(dāng)達(dá)到欠壓鎖定電平時(shí)，芯片將進(jìn)入等待狀態(tài)。在等待狀態(tài)結(jié)束時(shí)，芯片可借助啟動(dòng)Vcc平滑電容C7的重新充電過(guò)程和啟動(dòng)狀態(tài)來(lái)重新啟動(dòng)電源，但若次級(jí)重新配置仍然工作，則將重復(fù)相同的關(guān)閉時(shí)序。
4.3 工作模式的啟動(dòng)選擇
通過(guò)MC44608工作模式的自動(dòng)選擇特性可使待機(jī)電源自動(dòng)檢測(cè)SMPS次級(jí)是配置在正常模式還是脈沖模式。執(zhí)行此功能不需通過(guò)芯片上的任何特殊引腳，也不需另外的元件。此原理是以每個(gè)能量包結(jié)束時(shí)的調(diào)整器狀態(tài)存儲(chǔ)為基礎(chǔ)的。兩種類型的脈沖模式各自對(duì)應(yīng)于不同功能，其中打隔模式對(duì)應(yīng)于次級(jí)過(guò)載，脈沖模式對(duì)應(yīng)于次級(jí)重新配置啟動(dòng)。
圖4 不同芯片的狀態(tài)相
在打嗝模式期間，最重要的特性是確保器件不損壞。在此條件下，功率元件（變壓器、MOSFET和二極管等）必須保持在一個(gè)可接受的溫度范圍內(nèi)。為保證這種狀態(tài)，脈沖占空因數(shù)只占脈沖周期的10％。不同芯片的狀態(tài)相如圖4所示。
