如何解決開關電源的噪音?

文章出處:本站    人氣:458    發表時間:2020-05-25 15:14:21

噪音來源于PCB設計、電路振蕩和磁元件三方面:

1、電路震蕩

電源輸出有很大的低頻穩波。多是電路穩定余度不夠引起。理論上可以用系統控制理論中的頻域法/時域法或勞斯判據做理論分析?,F在,可以用計算機仿真方法方便的驗證電路穩定性,以避免自激振蕩發生,有多款軟件可以用。對于已經做好的電路,可以增加輸出濾波電容或電感、改變信號反饋位置、增加PI調節的積分電容、減少開環放大倍數等方法改善。

2、PCB設計

主要是EMI噪音引起,射頻噪音調整PI調節器,使輸出誤差信號中包含擾動。主要查看高頻電容是否離開關元件太遠,是否有大的C形環繞布線等。

控制電路的PCB線至少有兩點以上和功率電路共用。PCB覆銅線并非理想導體,它總是可以等效成電感或電阻體,當功率電流流過了和控制回路共用的PCB線,在PCB上產生電壓降落,控制電路各節點分散在不同位置時,功率電流引起的電壓降對控制網絡家入了擾動,使電路發出噪音。這顯現多發生在功率地線上,注意單點接地可以改善。

3、磁元件

磁材有磁至應變的特點,漆包線也會在泄露磁場中受到電動力的左右,這些因素的共同作用下,局部會發生泛音或1/N頻率的共振。改變開關頻率和磁元件浸漆可以改善。

噪音干擾源

由以上分析可以知道開關電源中的噪聲干擾源很多,干擾途徑是多種多樣的,影響較大的噪聲干擾源可以歸納為以下三種:

1.二管的反向恢復時間引起的干擾。

2.開關管工作時產生的諧波干擾。

功率開關管在導通時流過較大的脈沖電流,在截止期間,高頻變壓器繞組漏感引起的電流突變,也會產生尖峰干擾。

3.交流輸入回路產生的干擾。

開關電源輸入端整流管在反向恢復期間也會引起高頻衰減振蕩產生干擾。般整流電路后面總要接比較大的濾波電容,因而整流管的導通角較小,會引起很大的充電電流,使交流輸入側的交流電流發生畸變,影響了電網的供電質量。另外,濾波電容的等效串聯電感對產生干擾也有較大的影響。

所有這些干擾按傳播途徑可以分為傳導干擾和輻射干擾兩類。開關電源產生的尖峰干擾和諧波干擾能量通過開關電源輸入輸出線傳播出去形成的干擾稱為傳導干擾。諧波和寄生振蕩的能量,通過輸入輸出線傳播時,在空間產生電場和磁場,這些通過電磁輻射產生的干擾稱為輻射干擾。

正因為開關電源本身就是個強干擾源、所以除了電路上采取措施抑制其電磁干擾產生外,還應對開關電源進行有效的電磁屏蔽,濾波以及接地。

抑制噪音的方法

形成電磁干擾的三要素是干擾源、傳播途徑和受擾設備,因而,抑制電磁干擾也應該從這三個方面著手。先應該抑制干擾源,直接消除干擾原因;其次是消除干擾源和受擾設備之間的耦合和輻射,切斷電磁干擾的傳播途徑;第三是提高受擾設備的抗擾能力,降低其對噪聲的敏感度。第三點不是本文討論的范圍。

采用功率因數校正(PFC)技術和軟開關功率變換技術能大大降低噪聲幅度。

電路上的措施

開關電源產生電磁干擾的主要原因是電壓和電流的急劇變化,因此需要盡可能地降低電路中的電壓和電流的變化率(du/dt、di/dt)。采用吸收電路也是抑制電磁干擾的好辦法。吸收電路的基本原理就是開關斷開時為開關提供旁路,吸收蓄積在寄生分布參數中的能量,從而抑制干擾發生。常用的吸收電路有RC、RCD、LC無源吸收網絡和有源吸收網絡。

濾波是抑制傳導干擾的種很好的方法。例如,在電源輸入端接上濾波器可以抑制開關電源產生并向電網反饋的干擾,也可以抑制來自電網的噪聲對電源本身的侵害。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,他們能夠改善電路的濾波特性。恰當的設計或選擇濾波器,并正確地安裝濾波器,是抗干擾技術的重要組成部分。

2.結構上的措施:屏蔽

屏蔽是解決電磁兼容問題的重要手段之,目的是切斷電磁波的傳播途徑。大部分電磁兼容問題都可以通過電磁屏蔽來解決。用電磁屏蔽的方法解決電磁干擾問題的大好處是不會影響電路的正常工作。

屏蔽分為電屏蔽、磁屏蔽和電磁屏蔽。

對開關電源來說,主要是要做好機殼的屏蔽、高頻變壓器的屏蔽、開關管和整流二管的屏蔽以及控制、驅動電路的屏蔽等,并要通過各種方法提高屏蔽效能。


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