開關(guān)電源的尖峰抑制

　　1 引言

　　電源紋波會干擾電子設(shè)備的正常工作，引起諸如計算機(jī)死機(jī)、數(shù)據(jù)處理出錯及控制系統(tǒng)失靈等故障，給生產(chǎn)和科研釀成難以估量的損失，因此必須采取措施加以抑制。

　　產(chǎn)生尖峰的原因很多，以下著重說明濾波電路對二極管反向恢復(fù)時間所產(chǎn)生的紋波尖峰加以分析，并總結(jié)出幾種有效的抑制措施。

　　2 濾波電路

　　為減小電源尖峰干擾需要在電源進(jìn)線端和電源輸出線端分別加入濾波電路。

　　2.1 電源進(jìn)線端濾波器

　　在電源進(jìn)線端通常采用如圖1 所示電路。該電路對共模和差模紋波干擾均有較好抑制作用。

　　圖中各元器件的作用：

　?。?）L1L2C1 用于濾除差模干擾信號。

　　L1L2 磁芯面積不宜太小，以免飽和。電感量幾毫亨至幾十毫亨。C1 為電源跨接電容，又稱X 電容。

　　用陶瓷電容或聚脂薄膜電容效果更好。電容量取0.22μF～0.47μF。

　?。?）L3，L4，C2，C3 用于濾除共模干擾信號。

　　L3，L4 要求圈數(shù)相同，一般取10，電感量2mH 左右。

　　C2，C3 為旁路電容，又稱Y 電容。電容量要求2200pF 左右。

　　電容量過大，影響設(shè)備的絕緣性能。

　　在同一磁芯上繞兩個匝數(shù)相等的線圈。電源往返電流在磁芯中產(chǎn)生大小相等、方向相反的磁通。故對差模信號電感L3、L4 不起作用（見圖2），但對于相線與地線間共模信號，呈現(xiàn)為一個大電感。其等效電路如圖3 所示。

　由等效電路知：

　　一般wL 》Rl，則：|UN/US|=0表明，對共模信號Ug 而言，共模電感呈現(xiàn)很大的阻抗。

　　2.2 輸出端濾波器

　　輸出端濾波器大都采用LC 濾波電路。其元件選擇一般資料中均有。為進(jìn)一步降低紋波，需加入二次LC 濾波電路。LC 濾波電路中L 值不宜過大，以免引起自激，電感線圈一般以1～2 匝為宜。電容宜采用多只并聯(lián)的方法，以降低等效串聯(lián)電阻。同時采樣回路中要加入RC 前饋采樣網(wǎng)絡(luò)。

　　如果加入濾波器后，效果仍不理想，則要詳細(xì)檢查公共地線的長度、線徑是否合適。因為地線分布電感對抑制紋波極為不利。

　　導(dǎo)線長度l，線徑d 與其電感量的關(guān)系為：

L(μH)=0.002l[ln（4l/d)－1](2)

　　3 二極管反向恢復(fù)時間引起之尖峰及其抑制

　　以單端反激電源為例（見圖4）Us 為方波，幅值為Um。功率管V 截止時，VD1 導(dǎo)通，而VD2 截止。但當(dāng)V 導(dǎo)通時，Us 極性反轉(zhuǎn)。

　　VD2 導(dǎo)通，由于二極管之反向恢復(fù)特性，VD1 不能立即截止，而是VD1，VD2 同時導(dǎo)通。從而激起一個很大的電流尖峰。

　?。?）VD1 反向恢復(fù)前期等效電路如圖5 所示。圖中：R0 為次級繞線電阻，引線電阻及二極管導(dǎo)通電阻之和；L0 為變壓器漏感和引線電感之和。

　　由等效電路可得：

i=Um/R0[1－e－(R0/L0)t](3)

　　假定R0=0.235Ω，L0=0.13μHUm=23V，而電流在0.3μs 內(nèi)達(dá)到Im 則可求出Im=41A。如此大的電流尖峰，若不加以抑制勢必?fù)p壞器件。

　　（2）VD1 在反向恢復(fù)后期，接近關(guān)斷狀態(tài)，等效為一個結(jié)電容CD1：

　　由圖6 知CD1 兩端電壓UC（t）為：

　　從以上各式看出，UC（t）是在Um 基礎(chǔ)上疊加一個Uoe－atsin（ωt＋θ）的正弦衰減振蕩。在VD1 兩端激起一個電壓尖峰。

　?。?）由以上分析可看出，在反向恢復(fù)期間，由于二極管的反向恢復(fù)特性，二極管的電流不能突變。此效應(yīng)與一個電感等效。為了抑制二極管尖峰，需在二極管兩端并聯(lián)電容C或RC 緩沖網(wǎng)絡(luò)。

　　RC 網(wǎng)絡(luò)的取值原則：C 從0.01μF～0.1μF，由實驗決定。串聯(lián)電阻用于限制電容C 的放電電流，也為了阻止由于回路阻抗而引起的共振，起阻尼作用。一般按下式選取：

U0/I0≤R≤(R 不宜小于4Ω) (7)

　　4 幾種噪聲波的形成及抑制措施

　　圖7 給出幾種常見噪聲波形?，F(xiàn)對這些噪聲波的形成原因及相應(yīng)的抑制措施簡述如下：

　　（1）噪聲波形如圖7（a）所示。

　　形成原因：輔助電源或基準(zhǔn)電壓穩(wěn)定性不夠所致。抑制措施：在相關(guān)部位并大電容。

　?。?）噪聲波如圖7（b）所示。

　　形成原因：布線不合理，引起交叉干擾。抑制措施：調(diào)整布線。

　?。?）噪聲波形如圖7（c）所示。

　　形成原因：由于變壓器漏磁對采樣形成干擾而引起自激，導(dǎo)致出現(xiàn)正弦振蕩。抑制措施：變壓器要適當(dāng)加以屏蔽，且屏蔽層要接地。改進(jìn)變壓器繞制工藝。

　?。?）噪聲波形如圖7（d）所示。幅值變化隨機(jī)、無規(guī)則。

　　形成原因：在于采樣電阻所加電壓過高或印制板絕緣不良。抑制措施：改進(jìn)采樣。

　?。?）噪聲波形如圖7（e）所示。

　　形成原因：整流二極管反向恢復(fù)期間引起的尖峰。抑制措施：在二極管上并電容C 或RC。

　　5 結(jié)語

　　本文所述幾種方法已成功地運用于我公司的產(chǎn)品PM48－25 上。但由于產(chǎn)生尖峰干擾原因很多，因而其抑制措施也要視具體情況而定。只要對具體電路作出具體分析，找出干擾源，采取相應(yīng)的抑制措施，就能取得較好的抑制效果。