工程師不可不知的開關(guān)電源關(guān)鍵設(shè)計(jì)（一）

就其工作狀態(tài)來(lái)講，待機(jī)控制電路VQ822、VQ832只工作在兩種狀態(tài)：飽和導(dǎo)通狀態(tài)和截止?fàn)顟B(tài)。工作在飽和導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，開關(guān)電源的輸出電壓下降;工作在截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，開關(guān)電源輸出電壓轉(zhuǎn)到正常值。所以，在開關(guān)電源中，待機(jī)控制電路出故障，只會(huì)造成開關(guān)電源輸出電壓低于正常值，而不會(huì)出現(xiàn)輸出電壓高故障。因此，在檢修開關(guān)電源輸出電壓低故障時(shí)，判定待機(jī)控制電路是否存在故障的有效方法是將待機(jī)控制電路從電路中斷開，若斷開待機(jī)控制電路后，開關(guān)電源輸出電壓恢復(fù)到正常值，則可判定開關(guān)電源輸出電壓低故障在待機(jī)控制電路。檢修待機(jī)控制電路時(shí)，應(yīng)當(dāng)只對(duì)VQ832、VQ22、VD836組成的電路進(jìn)行檢查就可以了。

穩(wěn)壓電路的作用既然是對(duì)開關(guān)電源輸出電壓的高低進(jìn)行調(diào)整，最終保證開關(guān)電源輸出電壓不變。因此，對(duì)開關(guān)電源而言，穩(wěn)壓電路出故障，應(yīng)當(dāng)有兩類故障現(xiàn)象：一是開關(guān)電源輸出電壓高，二是輸出電壓低。在開關(guān)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(lái)，又有如下幾種故障現(xiàn)象：(1)開關(guān)電源有穩(wěn)定的、高于正常值的電壓輸出;(2)開關(guān)電源只在開機(jī)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(guān)電源工作在待機(jī)狀態(tài)時(shí)，有比待機(jī)時(shí)正常電壓高的電壓輸出，在由待機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)為正常工作狀態(tài)后，輸出電壓正常;(4)開關(guān)電源工作在待機(jī)時(shí)，輸出電壓正常，在由待機(jī)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(yīng)當(dāng)在穩(wěn)壓電路和待機(jī)控制電路中的公共通道電路。穩(wěn)壓電路和待機(jī)控制電路的公共通道電路由NQ838、NQ821組成，因此，在檢修開關(guān)電源有穩(wěn)定的、高于正常值的電壓輸出和開機(jī)瞬間有較高電壓輸出，但很快降為“0”故障時(shí)，檢查范圍應(yīng)當(dāng)局限于NQ838周邊電路和NQ821。提出上述觀點(diǎn)的理由是：在開關(guān)電源中，在NQ838周邊電路和NQ821正常情況下，只有待機(jī)控制電路和穩(wěn)壓電路中的取樣組件同時(shí)損壞的情況下，才會(huì)出現(xiàn)開關(guān)電源有穩(wěn)定的、高于正常值的電壓輸出和開機(jī)瞬間有較高電壓輸出，并很快降為“0”故障。而實(shí)際上，電視機(jī)開關(guān)電源中待機(jī)控制電路和穩(wěn)壓電路中的取樣組件電路同時(shí)損壞的概率很小，在同一電路中幾乎不可能，這就說(shuō)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(guān)電源輸出電壓高的第三種故障現(xiàn)象中，開關(guān)電源由待機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)到正常工作狀態(tài)后，輸出電壓正常，說(shuō)明開關(guān)電源中的穩(wěn)壓電路不存在故障，由此進(jìn)一步說(shuō)明NQ838周邊電路和NQ821是正常的，這就很清楚的說(shuō)明，造成第三種故障的原因是待機(jī)控制電路存在故障，檢修時(shí)，只要對(duì)由VQ833、VD836組成的待機(jī)控制電路進(jìn)行檢查就行了。

對(duì)于開關(guān)電源輸出電壓高的第四種故障，應(yīng)當(dāng)說(shuō)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(guān)電源工作在待機(jī)狀態(tài)時(shí)，輸出電壓正常，這就說(shuō)明，待機(jī)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(jī)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(shí)，僅對(duì)穩(wěn)壓電路中的取樣組件NQ833進(jìn)行檢查就行了。

三、開關(guān)電源設(shè)計(jì)的噪聲降低法

開關(guān)電源的特征就是產(chǎn)生強(qiáng)電磁噪聲，若不加嚴(yán)格控制，將產(chǎn)生極大的干擾。下面介紹的技術(shù)有助于降低開關(guān)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(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是保持dv/dt和di/dt在較低水平,有許多電路通過(guò)減小dv/dt和/或di/dt來(lái)減小輻射，這也減輕了對(duì)開關(guān)管的壓力，這些電路包括ZVS(零電壓開關(guān))、ZCS(零電流開關(guān))、共振模式.(ZCS的一種)、SEPIC(單端初級(jí)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(guān)時(shí)間并非一定就能引起效率的提高，因?yàn)榇判栽腞F振蕩需要強(qiáng)損耗的緩沖，最終可以觀察到不斷減弱的回程。使用軟開關(guān)技術(shù)，雖然會(huì)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(hù)開關(guān)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(yīng)謹(jǐn)慎使用感性電阻。

3　磁性元件有關(guān)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(wú)縫磁芯，環(huán)形鐵粉芯適合于存儲(chǔ)磁能的場(chǎng)合，若在磁環(huán)上開縫，則需一個(gè)完全短路環(huán)來(lái)減小寄生泄漏磁場(chǎng)。

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

一種很有效的技術(shù)是將次級(jí)地用小電容連接到初級(jí)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(wàn)別超出安全標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)明的總的泄漏地電流，這個(gè)電容也有助于次級(jí)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(jí)上感應(yīng)的初級(jí)開關(guān)噪聲。雖然也曾有過(guò)五層以上的屏蔽，但三層屏蔽更常見。靠近初級(jí)線圈的屏蔽通常連到一次電源線上，靠近次級(jí)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(jī)殼。在樣機(jī)階段最好反復(fù)實(shí)驗(yàn)以找到線圈匝間屏蔽的最好的連接方式。

以上兩項(xiàng)技術(shù)也能減小輸入端上感應(yīng)的次級(jí)開關(guān)噪聲。適當(dāng)大小的輸出電感可以將次級(jí)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(qiáng)的發(fā)射。僅僅直接地把散熱片連到機(jī)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(dāng)?shù)碾娐方Y(jié)點(diǎn)——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(guān)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(jī)殼。

散熱片也可以通過(guò)電容連到有危險(xiǎn)電壓的線上，電容的引線和PCB軌線構(gòu)成的電感可能會(huì)與電容 “諧振”，這可對(duì)解決某些特殊頻率上的問題特別有效。應(yīng)該在樣機(jī)上多次試驗(yàn)，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?yàn)槠浞聪螂娏?，可以引起大量的噪聲，最好使用快速軟開關(guān)型號(hào)的器件。