高頻開關(guān)電源的干擾問題及其解決途徑

隨著電源技術(shù)的發(fā)展，高頻開關(guān)電源控制從最初的模擬電路逐漸發(fā)展到微處理器、DSP等高集成度的控制器件，這些器件體積小、精密度高，但開關(guān)電源內(nèi)的電磁干擾、輻射相對其他通訊設(shè)備工作環(huán)境更強(qiáng)，這對輔助電源提出了更高的要求。本文對高頻開關(guān)電源內(nèi)輔助電源的工作特性和波形加以闡述，并著重根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來分析高頻開關(guān)電源設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題和參數(shù)的選擇。

一、高頻開關(guān)電源的干擾問題

在目前的智能開關(guān)電源中，都有機(jī)內(nèi)微處理器或DSP，作機(jī)內(nèi)監(jiān)控和通訊之用。微處理芯片對供電電源要求很高，要求幅值相當(dāng)穩(wěn)定，更不能帶有較大尖峰毛刺，造成電磁干擾，而且要求輔助電源的交流適應(yīng)能力比整流器正常工作的范圍更廣。當(dāng)整流器接上交流輸入電時(shí)，必須是監(jiān)控部分先正常工作，進(jìn)行自檢和各種狀況的檢測，以確定整流器能否開機(jī);如遇極高或極低交流電壓，整流器雖已停止工作，但監(jiān)控部分仍要正常工作，保持正常的監(jiān)控和通訊。

某些電源產(chǎn)品運(yùn)行過程中曾出現(xiàn)無故復(fù)位等現(xiàn)象，在進(jìn)行大功率開關(guān)電源的輔助電源設(shè)計(jì)的時(shí)候，對其進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其輔助電源在不同交流輸入電壓、不同負(fù)載條件下存在比較多的問題：交流適應(yīng)范圍窄，負(fù)載能力低，工作波形不穩(wěn)且極不對稱，出現(xiàn)偏磁，電磁干擾極嚴(yán)重等。

一般開關(guān)整流器輔助電源的工作原理是：輸入交流電經(jīng)整流成為高壓直流電，然后經(jīng)變換電路成為低壓高頻方波，再經(jīng)由整流濾波電路成為系統(tǒng)所需的平穩(wěn)低壓直流電，一般由三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，由一路直流輸出提供高頻變換驅(qū)動(dòng)脈沖控制環(huán)的電壓反饋信號。由功率變換的主回路上串電阻采樣作為電流反饋信號，功率變換管的驅(qū)動(dòng)脈沖由UC3844等控制芯片及其外圍電路產(chǎn)生。

(注：交流低壓是輔助電源開始啟動(dòng)工作時(shí)最低輸入電壓實(shí)測值)

可以看到，在較低的交流輸入電壓、無電流反饋條件下輔助變壓器已經(jīng)不能正常工作，其波形的脈寬是不一樣的，有的寬有的窄，而且發(fā)生抖動(dòng)，示波器已無法穩(wěn)定地抓住波形。電流反饋，波形的脈寬也是有寬有窄，占空比達(dá)到了47%，而UC3844的最大占空比僅為50%，如果增加負(fù)載，輸出電壓會降低。www.dqjsw.com.cn電氣自動(dòng)化技術(shù)網(wǎng)

如何使輔助電源能在交流輸入的上極限、下極限電壓下穩(wěn)定工作，如何使輔助電源所帶負(fù)載從空載到過載的全范圍內(nèi)能穩(wěn)定正常工作，都有比較大的難度，這涉及幾方面的技術(shù)難題：功率器件的耐壓、過載能力;高頻變壓器的設(shè)計(jì);驅(qū)動(dòng)脈沖控制回路參數(shù)的選擇。

二、解決方法

技術(shù)人員通過一定的理論分析和實(shí)驗(yàn)摸索，對輔助變壓器和控制回路作了相應(yīng)的改進(jìn)，終于解決了這個(gè)問題。解決辦法是：調(diào)整輔助變壓器的匝比，改變原邊匝數(shù)Np，降低原副邊匝比比例，使低電壓時(shí)的占空比減小，遠(yuǎn)小于UC3844規(guī)定的上限45%;將UC3844的電流反饋環(huán)節(jié)的RC濾波網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié)，通過多次實(shí)驗(yàn)摸索，終于獲得了比較理想的參數(shù)，濾波電容加大。再次在同樣條件下測試輔助變壓器的同一副邊繞組。

從這4個(gè)波形可以看到改進(jìn)后的輔助電源無論在交流輸入極高或極低的情況下(且啟動(dòng)工作電壓較改進(jìn)前要低一些)，還是在空載或帶重負(fù)載的情況下，其工作波形都較改進(jìn)前更穩(wěn)定，脈寬對稱更均衡，而且?guī)лd能力明顯優(yōu)于改進(jìn)前。對比在低輸入電壓下，改進(jìn)后的占空比相對改進(jìn)前的占空比下降了7%，表明輔助電源的交流輸入在增加負(fù)載的情況下，輸出電壓仍能保持穩(wěn)定，帶載能力明顯強(qiáng)于改進(jìn)前，輔助電源改進(jìn)工作取得了明顯效果。

三、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

在輔助電源的改進(jìn)過程中，技術(shù)人員曾經(jīng)從多個(gè)方面入手，包括改變電壓反饋環(huán)的PI調(diào)節(jié)參數(shù)、改變脈沖頻率、增大副邊整流后的濾波電容等，但沒有找到問題根源，在交流輸入高低電壓、輕載和過載等情況下，其波形仍然抖動(dòng)厲害，直流輸出電壓不穩(wěn)，在調(diào)節(jié)UC3844的電流反饋環(huán)節(jié)的RC濾波網(wǎng)絡(luò)參數(shù)時(shí)，也進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn)才找到了較為合適的匹配參數(shù)，由此可見，工程人員在進(jìn)行理論分析之后仍需要通過不斷實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證改進(jìn)結(jié)果。

以上結(jié)論對采用同樣電路的其他小功率開關(guān)電源也有用處，用這種方法改變控制芯片的電流反饋環(huán)節(jié)的RC濾波網(wǎng)絡(luò)參數(shù)后也取得了明顯的效果，具體的參數(shù)因每個(gè)電路的區(qū)別而有所不同，但改進(jìn)的方向是一樣的。