解析PWM開關(guān)穩(wěn)壓電源尖峰干擾

　1　引言

　　PWM（PulseWidthmodulation）型開關(guān)穩(wěn)壓電源具有體積小、效率高的優(yōu)點(diǎn)，作為電源設(shè)備在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是，開關(guān)三極管的工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換持續(xù)期短、頻譜甚寬的尖峰干擾是其致命弱點(diǎn)，它不僅影響開關(guān)電源本身，而且還會(huì)干擾鄰近的其它電子設(shè)備。

　　開關(guān)穩(wěn)壓電源工作時(shí)開關(guān)三極管和續(xù)流二極管（亦可以是另一個(gè)開關(guān)三極管）總是交替地導(dǎo)通或者截止，圖1中KQ和KD并非是理想器件，兩種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，這就產(chǎn)生了尖峰干擾。在狀態(tài)轉(zhuǎn)變過(guò)程中，該導(dǎo)通的開關(guān)沒(méi)有完全導(dǎo)通，而該截止的開關(guān)卻又沒(méi)有截止的瞬間，電源到地有直接的通路，產(chǎn)生瞬態(tài)電流Is。該電流跟開關(guān)三極管導(dǎo)通時(shí)的電流Imax及截止時(shí)的電流Icmin的差值、開關(guān)KQ和KD同時(shí)導(dǎo)通的持續(xù)時(shí)間等因素有關(guān)。由于電路分布參數(shù)的影響，在波形上出現(xiàn)振鈴振蕩。

　　2　功率開關(guān)管瞬時(shí)導(dǎo)通的持續(xù)時(shí)間對(duì)尖峰干擾的影響

　　晶體管的開啟和關(guān)斷時(shí)間跟其截止頻率成反比。開啟、關(guān)斷時(shí)間越短，開關(guān)速度就越快。同時(shí)導(dǎo)通的持續(xù)時(shí)間取決于KQ和KD所使用的器件的開關(guān)速度。用速度不同的開關(guān)器件比較，開關(guān)器件的速度越快，同時(shí)導(dǎo)通的持續(xù)時(shí)間越短，尖峰干擾越是寬度窄、幅度大。

　　3　減小變壓器漏感引起的電壓尖峰

　　變壓器的漏感越大，電壓尖峰越高，射頻干擾也就越大。特別是變壓器采取屏蔽后，由于耦合差，漏感也相應(yīng)大一些。一般說(shuō)，用環(huán)型磁芯繞制的變壓器產(chǎn)生的漏感要比E型小些。另外，繞線工藝也很重要，較好的繞線方式是先繞初級(jí)總?cè)?shù)的一半，再繞次級(jí)的全部圈數(shù)，最后再繞初級(jí)的剩余一半，即次級(jí)線圈在初級(jí)線圈的中間。這樣初級(jí)線圈保持有較好的耦合，使變壓器有較小的漏感。

　　4　功率管的開關(guān)波形對(duì)尖峰干擾的影響與抑制

　　開關(guān)波形Usr（t）的方正度影響尖峰干擾。矩形波的諧波幅度隨頻率增加而減小的速率為20dB十倍頻程，梯形波則為40dB?十倍頻程。有意識(shí)地改變矩形波的陡峭程度和兩角的鈍化程度可抑制高頻分量、減小尖峰干擾。故要合理地選擇開關(guān)三極管和續(xù)流二極管的開關(guān)速度。

　　對(duì)開關(guān)三極管而言，有兩種方法可減小尖峰干擾，即增大Vce的上升時(shí)間和減小Ic的下降時(shí)間。圖2電路中，在確定了KQ之后，可從圖3看出，增大KD的開啟時(shí)間、減小關(guān)斷時(shí)間可以減小尖峰干擾。

　　在開關(guān)三極管的CE之間，或者在續(xù)流二極管的兩端并聯(lián)RC緩沖電路可使尖峰干擾明顯減小。圖3中，三極管T關(guān)斷時(shí)，集電極電壓上升，通過(guò)D和R1對(duì)C充電，使其上升速率變緩，選擇充電常數(shù)CR1的值可以控制上升速率。T導(dǎo)通時(shí)，D截止，C對(duì)R1和R2放電，限制了導(dǎo)通瞬間的峰值電流。該緩沖電路改變了負(fù)載線的形狀，減少了開關(guān)三極管的損耗。在續(xù)流二極管兩端并上RC電路也同樣有效。圖3中，當(dāng)用3DD11和2CK120C時(shí)，可并0.022LF左右的電容器（f=2kHz），該電容的容量有一最佳值，它的作用可以從圖4看出。圖4（a）是不加C的情況，將其在時(shí)間軸上放大后為圖4（b）。并上緩沖電容后分別見圖4（c）和（d）。