开关电源如何降低电源噪音
来源：学生作业帮助网 编辑：六六作业网 时间：2024/12/23 03:39:20
开关电源如何降低电源噪音
开关电源如何降低电源噪音
开关电源如何降低电源噪音
导读:开关电源以其效率高、体积小、重量轻、电压适应性好等优点,受到相关行业的青睐.但目前存在的缺陷是电磁骚扰大,对环境或对其他设备造成不利影响.设计低电磁骚扰的开关电源,也就成了许多设计人员的希望,为此提出了种种方法.
电源装置是电子电气设备中所不可缺少的部件,开关电源以其效率高、体积小、重量轻、电压适应性好等优点,受到相关行业的青睐.但目前存在的缺陷是电磁骚扰大,对环境或对其他设备造成不利影响.目前对于可变负载的开关电源,笔者所了解到的产品最低输出噪声电压也在70 mV以上.设计低电磁骚扰的开关电源,也就成了许多设计人员的希望,为此提出了种种方法.
开关电源电路结构与降噪原理
该开关电源的设计目标是稳定20 V输出,输出电流0～2 A可变,用于音响系统.为了突出降低电磁噪声的处理技术,简化电路,用单片开关电源芯片TOP224Y进行设计.TOP224Y内部已包含了PWM调制所需的所有电路以及激励管输出,由它激励变压器,开关频率为100 kHz,内部MOS激励管的耐压为700 V,输出功率小于45 W.电路如图1所示,该电路可以获得更大的输出功率,只需更改部分器件.图1中左边的电路R1,L1,D1,C1至C7是常规的共模滤波和整流电路,获取约300 V的直流电压供DC-DC变换电路使用;最右边电路L5,C11等是普通的LC滤波电路;IC2,D8,R9,R10组成电压反馈电路,形成闭环结构,稳定电源输出电压;中间部分是DC-DC变换器,降噪声的关键是对这一部分的电路进行适当处理.
图1：低噪声开关电源原理图
对于中间部分电路而言,TOP224Y作为PWM控制、激励,都是常规处理.控制端C的工作电压取自变压器的反激励电压,其中D3是整流管,D4是发光二极管,用作指导灯.C端的反馈信号来自IC2的输出.芯片的漏极输出端D连接变压器和R1,D2,其中R1是半导体压敏电阻,与D2一起组成芯片限压保护电路,防止芯片因过压而击穿.该项电路的激励方式采用以正激励为主的正、反混合激励式,变压器有4个绕组,其中2个是基本相似的输出绕组n3,n4,它的同名端关系如图2所示.
图2：电路续流的路径
DC-DC变换后的整流管使用了三只：D5,D6和D7,没有独立设置续流二极管,不同于其他电源电路.D5为续流而设置的复用二极管,D6和是正激励脉冲整流二极管,D7是反激励电压整流二极管.L4是DC-DC变换后的第一级滤波电感.在正激励期间,变压器输出绕组n3经D6,L4输出电流,第一级滤波电感L4中电流i4增大,同时,变压器自身利益的激励磁电流i1也在增大.
当正激励结束马上就进入反激励阶段,滤波电感L4中电流i4将从原值逐步减小.而变压器中也会保持励磁电流,但它是多绕组结构,励磁电流可以出现在任意一个绕组中,各电流方向以维持原磁场方向为准.如果控制当时的滤波电感电流i4>n1i1/n4,可以将变压器磁芯中的励磁电流全部转移至n4绕组.也就是电流i4流经变压器输出绕组n4,除了维持变压器磁芯磁场,尚有多余,其余量在n4与n3中按匝数比分配.此时,二极管D5马上导通,二极管D6继续导通,而二极管D7仍然截止.变压器绕组无感生电压,不放释放磁场能.随着滤波电感储能的释放,电流i4逐步减小,直至i4=n1i1/n4时,D6进入截止状态.可见D6没有被除数强迫截止,处理得当,可以消除其关断噪声.接着,变压器开始产生反激励电动势而释放储能,二极管D7开始导通,变压器的反激励电压被限制.直到变压器储能释放尽,等待下一个周期的激励.
按照这一方法处理,可以消除整流二极管D6的硬关断噪声,但变压器漏感造成的芯片激励管的硬关断噪声仍然存在,这里的辅助绕组可以起到一定的吸收作用.对于整流二极管的硬开通噪声,仍采用RC电路吸收能量,降低噪声,如图1中的R7,C10电路.