【經(jīng)驗(yàn)總結(jié)】如何降低開(kāi)關(guān)電源的噪聲

　　電源裝置是電子電氣設(shè)備中所不可缺少的部件，開(kāi)關(guān)電源以其效率高、體積小、重量輕、電壓適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)，受到相關(guān)行業(yè)的青睞。但目前存在的缺陷是電磁騷擾大，對(duì)環(huán)境或?qū)ζ渌O(shè)備造成不利影響。目前對(duì)于可變負(fù)載的開(kāi)關(guān)電源，筆者所了解到的產(chǎn)品最低輸出噪聲電壓也在70 mV以上。設(shè)計(jì)低電磁騷擾的開(kāi)關(guān)電源，也就成了許多設(shè)計(jì)人員的希望，為此提出了種種方法。

　　開(kāi)關(guān)電源電路結(jié)構(gòu)與降噪原理

　　該開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)目標(biāo)是穩(wěn)定20 V輸出，輸出電流0～2 A可變，用于音響系統(tǒng)。為了突出降低電磁噪聲的處理技術(shù)，簡(jiǎn)化電路，用單片開(kāi)關(guān)電源芯片TOP224Y進(jìn)行設(shè)計(jì)。TOP224Y內(nèi)部已包含了PWM調(diào)制所需的所有電路以及激勵(lì)管輸出，由它激勵(lì)變壓器，開(kāi)關(guān)頻率為100 kHz，內(nèi)部MOS激勵(lì)管的耐壓為700 V，輸出功率小于45 W。電路如圖1所示，該電路可以獲得更大的輸出功率，只需更改部分器件。圖1中左邊的電路R1，L1，D1，C1至C7是常規(guī)的共模濾波和整流電路，獲取約300 V的直流電壓供DC-DC變換電路使用；最右邊電路L5，C11等是普通的LC濾波電路；IC2，D8，R9，R10組成電壓反饋電路，形成閉環(huán)結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定電源輸出電壓；中間部分是DC-DC變換器，降噪聲的關(guān)鍵是對(duì)這一部分的電路進(jìn)行適當(dāng)處理。

圖1：低噪聲開(kāi)關(guān)電源原理圖

　　對(duì)于中間部分電路而言，TOP224Y作為PWM控制、激勵(lì)，都是常規(guī)處理。控制端C的工作電壓取自變壓器的反激勵(lì)電壓，其中D3是整流管，D4是發(fā)光二極管，用作指導(dǎo)燈。C端的反饋信號(hào)來(lái)自IC2的輸出。芯片的漏極輸出端D連接變壓器和R1，D2，其中R1是半導(dǎo)體壓敏電阻，與D2一起組成芯片限壓保護(hù)電路，防止芯片因過(guò)壓而擊穿。該項(xiàng)電路的激勵(lì)方式采用以正激勵(lì)為主的正、反混合激勵(lì)式，變壓器有4個(gè)繞組，其中2個(gè)是基本相似的輸出繞組n3，n4，它的同名端關(guān)系如圖2所示。

圖2：電路續(xù)流的路徑

　　DC-DC變換后的整流管使用了三只：D5，D6和D7，沒(méi)有獨(dú)立設(shè)置續(xù)流二極管，不同于其他電源電路。D5為續(xù)流而設(shè)置的復(fù)用二極管，D6和是正激勵(lì)脈沖整流二極管，D7是反激勵(lì)電壓整流二極管。L4是DC-DC變換后的第一級(jí)濾波電感。在正激勵(lì)期間，變壓器輸出繞組n3經(jīng)D6，L4輸出電流，第一級(jí)濾波電感L4中電流i4增大，同時(shí)，變壓器自身利益的激勵(lì)磁電流i1也在增大。

　　當(dāng)正激勵(lì)結(jié)束馬上就進(jìn)入反激勵(lì)階段，濾波電感L4中電流i4將從原值逐步減小。而變壓器中也會(huì)保持勵(lì)磁電流，但它是多繞組結(jié)構(gòu)，勵(lì)磁電流可以出現(xiàn)在任意一個(gè)繞組中，各電流方向以維持原磁場(chǎng)方向?yàn)闇?zhǔn)。如果控制當(dāng)時(shí)的濾波電感電流i4>n1i1／n4，可以將變壓器磁芯中的勵(lì)磁電流全部轉(zhuǎn)移至n4繞組。也就是電流i4流經(jīng)變壓器輸出繞組n4，除了維持變壓器磁芯磁場(chǎng)，尚有多余，其余量在n4與n3中按匝數(shù)比分配。此時(shí)，二極管D5馬上導(dǎo)通，二極管D6繼續(xù)導(dǎo)通，而二極管D7仍然截止。變壓器繞組無(wú)感生電壓，不放釋放磁場(chǎng)能。隨著濾波電感儲(chǔ)能的釋放，電流i4逐步減小，直至i4=n1i1／n4時(shí)，D6進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)?？梢?jiàn)D6沒(méi)有被除數(shù)強(qiáng)迫截止，處理得當(dāng)，可以消除其關(guān)斷噪聲。接著，變壓器開(kāi)始產(chǎn)生反激勵(lì)電動(dòng)勢(shì)而釋放儲(chǔ)能，二極管D7開(kāi)始導(dǎo)通，變壓器的反激勵(lì)電壓被限制。直到變壓器儲(chǔ)能釋放盡，等待下一個(gè)周期的激勵(lì)。

　　按照這一方法處理，可以消除整流二極管D6的硬關(guān)斷噪聲，但變壓器漏感造成的芯片激勵(lì)管的硬關(guān)斷噪聲仍然存在，這里的輔助繞組可以起到一定的吸收作用。對(duì)于整流二極管的硬開(kāi)通噪聲，仍采用RC電路吸收能量，降低噪聲，如圖1中的R7，C10電路。