基于LTMR4644的穩(wěn)壓電源解決

開(kāi)關(guān)電源電路中的噪聲活躍節(jié)點(diǎn)是電路中的共模噪聲源。要降低開(kāi)關(guān)電源的傳導(dǎo)干擾水平，實(shí)際上是減小共模電流強(qiáng)度、增大噪聲源的對(duì)地阻抗。本文以一款反激式開(kāi)關(guān)電源為例，闡述了其傳導(dǎo)共模干擾的產(chǎn)生、傳播機(jī)理。根據(jù)噪聲活躍節(jié)點(diǎn)平衡的思想，提出了一種新的變壓器EMC設(shè)計(jì)方法。 隨著功率半導(dǎo)體器件技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)關(guān)電源高功率體積比和高效率的特性使得其在現(xiàn)代軍事、工業(yè)和商業(yè)等各級(jí)別的儀器設(shè)備中 得到廣泛應(yīng)用，并且隨著時(shí)鐘頻率的不斷提高，設(shè)備的電磁兼容性(EMC)問(wèn)題引起人們的廣泛關(guān)注。EMC設(shè)計(jì)已成為開(kāi)關(guān)電源開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中必不可少的重要環(huán)節(jié)。
傳導(dǎo)電磁干擾(EMI)噪聲的抑制必須在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)初期就加以考慮。通常情況下，加裝電源線(xiàn)濾波器是抑制傳導(dǎo)EMI的必要措施[1]。但是，僅僅依靠電源輸入端的濾波器來(lái)抑制干擾往往會(huì)導(dǎo)致濾波器中元件的電感量增加和電容量增大。而電感量的增加使體積增加；電容量的增大受到漏電流安全標(biāo)準(zhǔn)的限制。電路中的其他部分如果設(shè)計(jì)恰當(dāng)也可以完成與濾波器相似的工作。本文提出了變壓器的噪聲活躍節(jié)點(diǎn)相位干燥繞法，這種設(shè)計(jì)方法不僅能減少電源線(xiàn)濾波器的體積，還能降低成本。
反激式開(kāi)關(guān)電源的共模傳導(dǎo)干擾
電子設(shè)備的傳導(dǎo)噪聲干擾指的是：設(shè)備在與供電電網(wǎng)連接工作時(shí)以噪聲電流的形式通過(guò)電源線(xiàn)傳導(dǎo)到公共電網(wǎng)環(huán)境中去的電磁干擾。傳導(dǎo)干擾分為共模干擾與差模干擾 兩種。共模干擾電流在零線(xiàn)與相線(xiàn)上的相位相等；差模干擾電流在零線(xiàn)與相線(xiàn)上的相位相反。差模干擾對(duì)總體傳導(dǎo)干擾的貢獻(xiàn)較小，且主要集中在噪聲頻譜低頻端， 較容易抑制；共模干擾對(duì)傳導(dǎo)干擾的貢獻(xiàn)較大，且主要處在噪聲頻譜的中頻和高頻頻段。對(duì)共模傳導(dǎo)干擾的抑制是電子設(shè)備傳導(dǎo)EMC設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)，也是最主要的 任務(wù)。 反激式開(kāi)關(guān)電源的電路中存在一些電壓劇變的節(jié)點(diǎn)。和電路中其他電勢(shì)相對(duì)穩(wěn)定的節(jié)點(diǎn)不同，這些節(jié)點(diǎn)的電壓包含高強(qiáng)度的高頻成分[2]。 這些電壓變化十分活躍的節(jié)點(diǎn)稱(chēng)為噪聲活躍節(jié)點(diǎn)。噪聲活躍節(jié)點(diǎn)是開(kāi)關(guān)電源電路中的共模傳導(dǎo)干擾源，它作用于電路中的對(duì)地雜散電容就產(chǎn)生共模噪聲電流ICM 。而電路中對(duì)EMI影響較大的對(duì)地雜散電容有：功率開(kāi)關(guān)管的漏極對(duì)地的寄生電容Cde，變壓器的主邊繞組對(duì)副邊繞組的寄生電容Cpa；變壓器的副邊回路對(duì)地的寄生電容Cae， 變壓器主、副邊繞組對(duì)磁芯的寄生電容Cpc、Cac 以及變壓器磁芯對(duì)地的寄生電容Cce這些寄生電容在電路中的分布如圖1所示。 隔離變壓器的EMC設(shè)計(jì)
共模噪聲的耦合除了通過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管d極對(duì)地這條途徑外，開(kāi)關(guān)管d極的噪聲電壓通過(guò)變壓器的寄生電容將噪聲電流耦合到變壓器副邊繞組所在的回路，再通過(guò)次級(jí)回路對(duì)地的寄生電容耦合到地也是共模電流產(chǎn)生的途徑。因此設(shè)法減小從變壓器主邊繞組傳遞到副邊繞組間的共模電流是一種有效的EMC設(shè)計(jì)方法。傳統(tǒng)的變壓器 EMC設(shè)計(jì)方法是在兩繞組間添加隔離層[3]，如圖2所示。 解決方案的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
變壓器改進(jìn)繞法對(duì)開(kāi)關(guān)電源的傳導(dǎo)EMC性能提高的有效性可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到驗(yàn)證。 實(shí)驗(yàn)按照文獻(xiàn)[4]中的電壓法進(jìn)行。頻段范圍為0.15～30 MHz；頻譜分析儀的檢波方式為準(zhǔn)峰值檢波；測(cè)量帶寬為9 kHz；頻譜橫軸(頻率)取對(duì)數(shù)形式；噪聲信號(hào)的單位為dBμV[5]。 結(jié)束語(yǔ) 開(kāi)關(guān)電源電路中的噪聲活躍節(jié)點(diǎn)是電路中的共模噪聲源。要降低開(kāi)關(guān)電源的傳導(dǎo)干擾水平，實(shí)際上是減小共模電流強(qiáng)度、增大噪聲源的對(duì)地阻抗。在傳統(tǒng)的隔離式EMC設(shè)計(jì)中，隔離層連接到電路中電位穩(wěn)定的節(jié)點(diǎn)上(如：變壓器前級(jí)的負(fù)極)要比直接連到地線(xiàn)對(duì)EMI干擾的抑制更有效。
開(kāi)關(guān)電源電路中的噪聲活躍節(jié)點(diǎn)通常都是成對(duì)存在的，這些成對(duì)節(jié)點(diǎn)之間的相位相反，利用這一特點(diǎn)活躍節(jié)點(diǎn)相位平衡繞法對(duì)EMI抑制的有效性高于傳統(tǒng)的隔離式設(shè)計(jì)。由于不需要添加隔離金屬層，變壓器的體積與成本都能被有效減小或降低。