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开关电源的电磁兼容性设计
[发布时间]:2011年11月29日 [来源]:我爱电子网 [点击率]:5837
【导读】: 引言 电源是各种电子设备不可或缺的组成部分,其性能的优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作。早年的线性稳压电源因其优良的稳压性能、非常小的输出纹波电压等优点而获得了广泛的应用。但是其...

   

2.2 利用吸收及箝位电路

开关管或二极管在开通和关断过程中,管中产生的反向尖峰电流和尖峰电压,可以通过缓冲和钳位的方法予以克服。缓冲吸收电路可以减少尖锋电压的幅度和减少电压波形的变化率,这对于半导体器件使用的安全性非常有好处。与此同时,缓冲吸收电路还降低了射频辐射的频谱成分,有益于降低射频辐射的能量。箝位电路主要用来防止半导体器件和电容器被击穿的危险。兼顾箝位电路保护作用和开关电源的效率要求,TVS管的击穿电压选择为初级绕组感应电压的1.5倍。根据TopSwitch的使用指导,选择RCD和TVS结合的方式来抑制电磁干扰,如图4所示。     

当TVS上的电压超过一定幅度时,器件迅速导通,从而将浪涌能量泄放掉,并将浪涌电压的幅值限制在一定的幅度。在开关管漏极和输出二极管的正极引线上可串联带可饱和磁芯线圈或微晶磁珠,材质一般为钴(Co),当通过正常电流时磁芯饱和,电感量很小。一旦电流要反向流过时,它将产生很大的反电势,这样就能有效地抑制二极管D2的反向浪涌电流。

2.3 屏蔽措施及变压器的绕制

在设计高频变压器时必须把漏感减至最小。因为漏感越大,产生的尖峰电压幅值愈高,漏极箝位电路的损耗就越大,这必然导致电源效率降低。减小漏感可以采取以下措施:

(1)减少原边绕组的匝数;

(2)增大绕组的宽度;

(3)增加绕组的高、宽比;

(4)减小各绕组之问的绝缘层;

(5)增加绕组之间的耦合程度。屏蔽是抑制开关电源辐射骚扰的有效方法,而隔离变压器是共模噪声的另一个主要来源。如图5所示,变压器主要的寄生参数为:漏感LK,绕组间电容CR,交叉耦合电容CTc变压器绕组间的交叉耦合电容为共模噪声流过整个系统提供了通路。

       

在变压器的绕制过程中采用法拉第屏蔽(Faraday shield)来减小交叉耦合电容。法拉第屏蔽简单来说就是用铜箔或铝箔包绕在原边绕组和副边绕组之间,形成一个静电屏蔽层隔离区,并接地,其中原边绕组和副边绕组如图6所示交错绕制,以减小交叉耦合电容。

图6中N1A、N1B是原边绕组,分两次绕;N2A、N2B是副边绕组;N3、N4分别是辅助绕组;SCREEN为铜箔屏蔽。安规上一般要求散热器接地,那么开关管漏极与散热器之间的寄生电容就为共模噪声提供了通路,可以在漏极和散热器之间加一铜箔或铝箔并接地以减小此寄生电容。

     

2.4 接地技术

开关电源同样也需要重视地线的连接,地线承担着参考电平的重任,特别是控制电路的参考地,如电流检测电阻的地电平和无隔离输出的分压电阻的地电平。控制信号的地电平误差应尽可能的小,因此,采用控制部分一点接地,然后将公共连接点再单点接至功率地。这种接地方式可以使噪声源和敏感电路分离。另外,地线尽量铺宽,对空白区域可敷铜填满,力求尽量降低地电平误差和EMI。

另外,在装置中尽量采用表面贴装元器件,使组装密度更高,体积更小,重量更轻,可靠性更高,高频特性好,减小电磁和射频干扰。

2.5 PCB元件布局及走线

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