工程師不可不知的開關電源關鍵設計（一）

就其工作狀態(tài)來講，待機控制電路VQ822、VQ832只工作在兩種狀態(tài)：飽和導通狀態(tài)和截止狀態(tài)。工作在飽和導通狀態(tài)時，開關電源的輸出電壓下降;工作在截止狀態(tài)時，開關電源輸出電壓轉(zhuǎn)到正常值。所以，在開關電源中，待機控制電路出故障，只會造成開關電源輸出電壓低于正常值，而不會出現(xiàn)輸出電壓高故障。因此，在檢修開關電源輸出電壓低故障時，判定待機控制電路是否存在故障的有效方法是將待機控制電路從電路中斷開，若斷開待機控制電路后，開關電源輸出電壓恢復到正常值，則可判定開關電源輸出電壓低故障在待機控制電路。檢修待機控制電路時，應當只對VQ832、VQ22、VD836組成的電路進行檢查就可以了。

穩(wěn)壓電路的作用既然是對開關電源輸出電壓的高低進行調(diào)整，最終保證開關電源輸出電壓不變。因此，對開關電源而言，穩(wěn)壓電路出故障，應當有兩類故障現(xiàn)象：一是開關電源輸出電壓高，二是輸出電壓低。在開關電源輸出電壓高故障中，又有不同的故障表現(xiàn)形式。歸納起來，又有如下幾種故障現(xiàn)象：(1)開關電源有穩(wěn)定的、高于正常值的電壓輸出;(2)開關電源只在開機瞬間有大大高于正常值的電壓輸出，其輸出電壓很快降為“0”;(3)開關電源工作在待機狀態(tài)時，有比待機時正常電壓高的電壓輸出，在由待機狀態(tài)轉(zhuǎn)為正常工作狀態(tài)后，輸出電壓正常;(4)開關電源工作在待機時，輸出電壓正常，在由待機狀態(tài)轉(zhuǎn)入正常工作狀態(tài)后，輸出電壓高于正常值。

在輸出電壓高的四種故障現(xiàn)象中，第一、二種故障現(xiàn)象的故障范圍應當在穩(wěn)壓電路和待機控制電路中的公共通道電路。穩(wěn)壓電路和待機控制電路的公共通道電路由NQ838、NQ821組成，因此，在檢修開關電源有穩(wěn)定的、高于正常值的電壓輸出和開機瞬間有較高電壓輸出，但很快降為“0”故障時，檢查范圍應當局限于NQ838周邊電路和NQ821。提出上述觀點的理由是：在開關電源中，在NQ838周邊電路和NQ821正常情況下，只有待機控制電路和穩(wěn)壓電路中的取樣組件同時損壞的情況下，才會出現(xiàn)開關電源有穩(wěn)定的、高于正常值的電壓輸出和開機瞬間有較高電壓輸出，并很快降為“0”故障。而實際上，電視機開關電源中待機控制電路和穩(wěn)壓電路中的取樣組件電路同時損壞的概率很小，在同一電路中幾乎不可能，這就說明第一、二種故障現(xiàn)象的故障范圍在NQ838周邊電路和NQ821。

在開關電源輸出電壓高的第三種故障現(xiàn)象中，開關電源由待機狀態(tài)轉(zhuǎn)到正常工作狀態(tài)后，輸出電壓正常，說明開關電源中的穩(wěn)壓電路不存在故障，由此進一步說明NQ838周邊電路和NQ821是正常的，這就很清楚的說明，造成第三種故障的原因是待機控制電路存在故障，檢修時，只要對由VQ833、VD836組成的待機控制電路進行檢查就行了。

對于開關電源輸出電壓高的第四種故障，應當說其故障表現(xiàn)形式與第三種故障表現(xiàn)形式有相似之處。由于開關電源工作在待機狀態(tài)時，輸出電壓正常，這就說明，待機控制電路和由NQ821、NQ838組成的電路不存在故障，在穩(wěn)壓電路中，如果待機控制電路和由NQ821、NQ838組成的電路不存在故障，其故障就只能在穩(wěn)壓電路中的取樣組件電路了，所以，檢修第四種故障時，僅對穩(wěn)壓電路中的取樣組件NQ833進行檢查就行了。

三、開關電源設計的噪聲降低法

開關電源的特征就是產(chǎn)生強電磁噪聲，若不加嚴格控制，將產(chǎn)生極大的干擾。下面介紹的技術有助于降低開關電源噪聲，能用于高靈敏度的模擬電路。

1　電路和器件的選擇

一個關鍵點是保持dv/dt和di/dt在較低水平,有許多電路通過減小dv/dt和/或di/dt來減小輻射，這也減輕了對開關管的壓力，這些電路包括ZVS(零電壓開關)、ZCS(零電流開關)、共振模式.(ZCS的一種)、SEPIC(單端初級電感轉(zhuǎn)換器)、CK(一套磁結(jié)構(gòu)，以其發(fā)明者命名)等。

減小開關時間并非一定就能引起效率的提高，因為磁性元件的RF振蕩需要強損耗的緩沖，最終可以觀察到不斷減弱的回程。使用軟開關技術，雖然會稍微降低效率，但在節(jié)省成 本和濾波/屏蔽所占用空間方面有更大的好處。

2　阻尼

為了保護開關管免受由于寄生參數(shù)等因素引起的振蕩尖峰電壓的沖擊常需要阻尼。阻尼器連到有問題的線圈上，這也可以減小發(fā)射。

阻尼器有多種類型：從EMC角度看，RC阻尼器通常在EMC上是最好的，但比其他的發(fā)熱多一些。權(quán)衡各方面的利弊，在緩沖器中應謹慎使用感性電阻。

3　磁性元件有關問題及解決方案

特別需注意的是電感和變壓器的磁路要閉合。例如，用環(huán)形或無縫磁芯，環(huán)形鐵粉芯適合于存儲磁能的場合，若在磁環(huán)上開縫，則需一個完全短路環(huán)來減小寄生泄漏磁場。

初級開關噪聲會通過隔離變壓器的線圈匝間電容注入到次級，在次級產(chǎn)生共模噪聲，這些噪聲電流難以濾除，而且由于流過路徑較長，便會產(chǎn)生發(fā)射現(xiàn)象。

一種很有效的技術是將次級地用小電容連接到初級電源線上，從而為這些共模電流提供一條返回路徑，但要注意安全，千萬別超出安全標準標明的總的泄漏地電流，這個電容也有助于次級濾波器更好的工作。

線圈匝間屏蔽(隔離變壓器內(nèi))可以更有效地抑制次級上感應的初級開關噪聲。雖然也曾有過五層以上的屏蔽，但三層屏蔽更常見?？拷跫壘€圈的屏蔽通常連到一次電源線上，靠近次級線圈的屏蔽經(jīng)常連到公共輸出地(若有的話)，中間屏蔽體一般連到機殼。在樣機階段最好反復實驗以找到線圈匝間屏蔽的最好的連接方式。

以上兩項技術也能減小輸入端上感應的次級開關噪聲。適當大小的輸出電感可以將次級交流波形變成半正弦波，因此可以顯著地減小變壓器繞組間噪聲(直流紋波).

4　散熱器

散熱器與集電極或TO247功率器件的漏極之間有50pF的電容，因此可以產(chǎn)生很強的發(fā)射。僅僅直接地把散熱片連到機殼，這只是把噪聲引向大地，很可能不能減小總體發(fā)射水平。

較好的做法是：把它們連到一恰當?shù)碾娐方Y(jié)點——一次整流輸出端，但要注意安全要求。具有屏蔽作用的絕緣隔離片可以連接到開關管上，把它們屏蔽內(nèi)層接至一次整流端，散熱片要么懸浮要么連到機殼。

散熱片也可以通過電容連到有危險電壓的線上，電容的引線和PCB軌線構(gòu)成的電感可能會與電容 “諧振”，這可對解決某些特殊頻率上的問題特別有效。應該在樣機上多次試驗，最終找到散熱片的最佳安裝方法。

5　整流器件

用于一次電源上的整流器和二次整流器，因為其反向電流，可以引起大量的噪聲，最好使用快速軟開關型號的器件。