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开关电源的抗干扰分析
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开关电源的抗干扰分析
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管理员
发表在
电源技术
2014-4-2 15:05:10
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引言
开关
电源
产生的干扰,按噪声干扰源种类来分,可以分为尖锋干扰和谐波干扰;若按耦合通路来分,可分为传导干扰和辐射干扰,开关电路框图如图1。
2
开关电源
的主要干扰
2.1 一次整流回路的干扰
开关电源中的主要噪声干扰之一是由
二极管
断开时的反向恢复现象引起的,一次整流回路中的
整流二极管
正向导通时有较大的正向
电流
流过,它受反偏电压而转向截止时,由于PN结中有较多的载流子积累,因而在载流子消失前的一段时间,电流会反向流动,从而导致很大的电流变化。即一次整流回路的干扰。
2.2 开关回路的干扰
电源工作时,开关处于高频通断状态,在高频电流环路中,可能会产生较大的空间辐射噪声。
2.3 二次整流回路的干扰
电源工作时,整流二极管处于高频通断状态,由脉冲
变压器
、整流二极管以及
滤波
电容
构成的高频开关电流环路,可能向空间辐射噪声。
2.4 控制回路的干扰
控制回路中的脉冲控制信号是主要的干扰源。
2.5 分布电容引起的噪声干扰
3 抗干扰措施
降低干扰是开关电源稳定工作的前提,其主要方法如下。
3.1 在电路设计上要优化布局
对于开关电路来说,合理的布局可以对电路中产生的辐射噪声加以抑制。
3.1.1 元器件布局时的抗干扰措施
(1)根据印制板的安装方式,将散热元器件如
功率
开关器件、
稳压
器、变压器等安装在印制板的上方,以利于散热;热敏元件应尽量远离散热元件。
(2)在高频电路中,尽可能缩短高频元器件之间的连线,设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰;尽量减小由高频脉冲电流所包围的面积。
(3)输入和输出元件应尽量远离。
(4)在双面印制板设计中,适当加入滤波电容,以便减小
电源线
阻抗,缩小电流环路,使电路工作更加稳定可靠。
(5)尽量减少环路面积。这是减少辐射噪声的重要途径,为此,要求开关电源的元件彼此间紧密排列。
如图2为环路面积较大的开关电路,图3为环路面积较小的开关电路。
印制板(
PCB
)布线抗干扰的措施
#e#
3.1.2 印制板(PCB)布线抗干扰的措施
印制电路板的抗干扰设计不仅与布局有关,而且与布线也有相当大的关系。布线的原则如下:
(1)相邻电路之间走线尽量避免平行;若平行走线无法避免,则应在平行信号线之间加一条起屏蔽作用的地线,且尽量加大平行信号线间距,以降低两线之间电磁干扰。
(2)控制回路与输出回路分开,采用单点接地方式。
(3)根据PCB板电流的大小,尽量加粗电源线、接地线,减少环路阻抗;同时使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致,这有助于增强抗噪声能力;对于密度很高的PCB板,采用多层板;在双面板设计中,还应该在电源线和地线之间留出一定的空间,以便安装高频特性好的去耦电容。
(4)印制线不要突然拐角,以免发生反馈耦合。
(5)电容引线不能太长,尤其是高频旁路电容不能有引线。
3.2 合理接地
电源系统的接地包括公共参考接地和安全及抗干扰接地。在电路设计中,要尽量减小接地回路中的公共
电阻
,且应遵循“一点接地”原则。如果形成多点接地,会出现闭合的接地环路,从而在磁力线穿过回路时将产生磁感应噪声。通常利用一个导电平面作为参考地,将接地的各部分就近接到该参考地上。
3.2.1 接地过程应遵循如下规则
(1)交流电源地与直流电源地分开。一般情况下交流电源的零线是接地的,且该零线上往往存在很多干扰,如果交流电源地与直流电源地不分开,将对直流电源和直流电路的正常工作产生影响。通常采用“浮地技术”将交流电源地与直流电源地分开,这样可以隔离来自交流电源地线的干扰。
(2)功率地与弱电地分开。功率地是负载电路或功率驱动电路的零电位的公共基准地。由于负载电路或功率驱动电路的电流较强、电压较高,所以功率地线上的干扰较大。因此功率地必须与其他弱电地分别设置,以保证整个系统稳定可靠的工作。
3.2.2 为减小地线干扰,在元件及PCB布线上应采取如下措施
(1)尽可能缩短元件的引脚长度或者选用贴片元件,以减小元件分布
电感
的影响。
(2)在电源端尽可能靠近器件接入滤波电容,以缩短开关电流的流通途径。
(3)PCB板布局时,高频数字信号线要用短线,同时电源线尽可能远离高频数字信号线或用地线隔开。
(4)PCB板的电源线和地线印制条尽可能宽,以减小线阻抗,从而减小公共阻抗引起的干扰噪声。
3.3 采用适当的电路隔离方式
开关电源包括两部分,变换部分与控制部分。
一般的变换部分是主要的电磁干扰源,而控制部分是被干扰对象。为了使电气设备可靠地运行,抗干扰问题的实质是解决电气设备的电磁兼容问题。隔离技术是电磁兼容性中的重要技术之一。在开关电源中,电路隔离主要有:模拟电路的隔离、数字电路的隔离、数字电路与模拟电路之间的隔离等。隔离的主要目的是通过隔离元器件把噪声干扰的路径切断,从而达到抑制噪声干扰的效果。在采用了电路隔离的措施以后,绝大多
数电
路都能够取得良好的抑制噪声效果。
3.3.1 利用耦合变压器进行隔离
耦合变压器只能传输交流信号,不能传输直流信号。因此对地线的低频干扰具有较好的抑制能力,并且电路单元间传输的信号电流只能在变压器绕组中流过,不流经地线,也可以避免对其他电路的干扰。
3.3.2 使用脉冲变压器隔离
图4
光电
耦合器电路脉冲变压器的匝数较少,而且一次绕组和二次绕组分别绕于铁氧体磁心的两侧,它的分布电容很小,仅为几个皮法,可作为脉冲信号的隔离元件。脉冲变压器传递输入、输出脉冲信号时,不传递直流分量,因而在微电子技术控制系统中得到了广泛的应用。
3.3.3 采用光电耦合器
进行隔离(图4)编译,编译后,还必须对
单片机
的熔丝位进行合理配置,才能利用
AVR
Studio调用WinAVR编译生成的Coff文件进行调试。最后,生成的hex文件即可直接下载到芯片中运行。此外,程序烧录完毕后,可通过AVRStudio4烧录锁存位进行加密。
操作器软件工作流程如图5所示。
3 结语
该操作器的工作电源由门机
变频器
的主控制板的DC稳压
模块
供给,系统掉电后的一段时间里,由于变频器储能模块的存在,使得操作器仍然可以比较从容的保存重要的参数信息。此外,工作稳定可靠,使用简单方便,成本低廉的优点,使得它具备良好的商业应用前景。
开关
,
通路
,
谐波
,
种类
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