反激式電源中電磁干擾及其抑制

摘要：在介紹Flyback反激式DC/DC電源及其性能的基礎(chǔ)上，主要討論了該電源中的網(wǎng)側(cè)諧波及其抑制，開關(guān)緩沖電路，光耦隔離等問題。

關(guān)鍵詞：噪聲；干擾；高次諧波；電磁干擾

1 電路介紹

反激式電源原理圖如圖1所示。

圖1 反激式電源原理圖

輸入為交流85～200V，經(jīng)功率二極管整流橋變?yōu)橹绷?，作為DC/DC反激變換器的輸入，輸出為三組直流：5V、15V、20V，另外還有一輔助電源5V，用來給光耦NEC2501供電?？刂齐娐窞榉答伩刂疲_關(guān)選用TOPSwitch電源芯片（TOP223）。TOPSwitch為三端離線式PWM電源集成控制器，它將PWM控制器與功率開關(guān)MOSFET合為一體，采用TO－220或8腳DIP封裝，除D、C 2腳外，其余6腳連在一起作為S端。本電路中TOP223采用UDS>700V的MOSFET，fs=100kHz。在這個(gè)Flyback反激式電源中，變壓器原邊繞組33匝，副邊有四組：6匝（對(duì)應(yīng)于輸出Uo2=5V）、11匝（對(duì)應(yīng)于輸出Uo3=15V）、12匝（對(duì)應(yīng)于輸出Uo1=20V）、6匝（對(duì)應(yīng)于輔助電源U=5V）。在副邊，WY1和WY2為穩(wěn)壓器件，WY1輸入在≥8V時(shí)，輸出可穩(wěn)在5V；WY2輸入≥18V時(shí)，輸出可穩(wěn)在15V。

2 EMI分析

開關(guān)電源工作時(shí)，其內(nèi)部的電壓和電流波形都是在非常短的時(shí)間內(nèi)上升和下降的，所以開關(guān)電源本身就是一個(gè)噪聲發(fā)生源。開關(guān)電源的干擾按噪聲干擾源種類可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種。使電源產(chǎn)生的干擾不至于對(duì)電子系統(tǒng)和電網(wǎng)造成危害的根本辦法就是采用耗能電路來削弱噪聲發(fā)生源，或者切斷電源噪聲和電子系統(tǒng)、電網(wǎng)之間的耦合途徑。

2.1 網(wǎng)側(cè)高次諧波電流

2.1.1 高次諧波電流的危害

參照?qǐng)D1，交流輸入電壓Vi經(jīng)功率二極管整流橋變?yōu)檎颐}動(dòng)電壓，被電容C1平滑后成為直流，但電容電流的波形不是正弦波而是脈沖波。如圖2所示。

圖2 濾波電容C1的ic1與uc1

由圖2中電流波形可知，電流中含有高次諧波。大量電流諧波分量倒流入電網(wǎng)，對(duì)電網(wǎng)造成諧波污染，一方面，產(chǎn)生“二次效應(yīng)”，即電流經(jīng)過線路阻抗造成諧波電壓降，反過來使電網(wǎng)電壓（原來是正弦波）也發(fā)生畸變；另一方面，會(huì)造成電路故障，如線路和配電變壓器過熱，諧波電流會(huì)引起電網(wǎng)LC諧振，或高次諧波電流流過電網(wǎng)的高壓電容，使之過流、過熱而爆炸等。另外，由于電流是脈沖波，使電源輸入功率因數(shù)降低。因此，必須想辦法解決它。

2.1.2 高次諧波電流的抑制

1)最簡單的辦法是在整流橋與電容C1之間接入電感線圈L，用其阻止對(duì)電容C1較大的充電電流。L對(duì)交流呈現(xiàn)感抗為ωL，電容充電電流的平均值常與放電直流電流值相等，則峰值電流被限制，導(dǎo)通角變大（φ′>φ）。如圖3所示。

圖3 電感的作用示意圖