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开关电源产生噪声的原因

时间:2013-01-10 来源:电气自动化技术网 编辑:李亮 点击:次 字体设置:
  开关电源的种类很多,按变换器的电路结构可分为串并联式和直流变换式两种;按激励方式可分为自激和它激两种;按开关管的组合可分为桥式、半桥式、推挽式等。但无论何种类型的开关电源都是利用半导体器件的开和关工作的,并以开和关的时间比来控制输出电压的高低。由于它通常在20kHz以上的开关频率下工作,所以电源线路内的dv/dt、di/dt很大,产生很大的浪涌电压、浪涌电流和其它各种噪声。它们通过电源线以共模或差模方式向外传导,同时还向周围空间辐射噪声。图1给出了一种典型的开关电源电路的简图,下面以此为例分析其产生噪声的主要原因。

  一次整流回路的噪声

  在一次整流回路中,整流二极管D1~D4只有在脉动电压超过C1的充电电压的瞬间,电流才从电源输入侧流入。所以,一次整流回路产生高次畸变波,形成噪声。

  开关回路的噪声

  一是电磁辐射。电源在工作时,开关管T处于高频率通断状态,在由脉冲变压器初级线圈L、开关管T和滤波器C构成的高频电流环路中,可能会产生较大的空间辐射噪声。如果C的滤波不足,则高频电流还会以差模方式传导到交流电源中去。二是感性负载引起的浪涌电压。在开关回路中开关管T的负载是脉冲变压器的初级线圈L,是感性负载,所以开关管在通断时,在脉冲变压器的初级线圈的两端会出现较高的浪涌电压,很可能造成与此同一回路的电子器件(尤其是开关管T)的损坏。

  二次整流回路的噪声

  一是电磁辐射。电源在工作时,整流二极管D也处于高频通断状态,由脉冲变压器次级线圈L、整流二极管D和滤波电容C构成了高频开关电流环路,可能向空间辐射噪声。如果电容C滤波不足,则高频电流将以差模形式混在输出直流电压上,影响负载电路的正常工作。

  二次整流回路的噪声

  二是浪涌电流。硅二极管在正向导通时PN结内的电荷被积累,二极管加反向电压时积累的电荷将消失并产生反向电流。由于二次整流回路中D在开关转换时频率很高,即由导通转变为截止的时间很短,在短时间内要让存储电荷消失就产生反电流的浪涌。由于直流输出线路中的分布电容、分布电感的存在,使因浪涌引起的干扰成为高频衰减振荡。

  控制回路的噪声

  控制回路中的脉冲控制信号是主要的噪声源。

  分布电容引起的噪声

  一是Ci的作用。散热片K与开关管T的集电极间虽然有绝缘垫片,但由于其接触面较大,绝缘垫较薄,因此两者之间的分布电容Ci在高频时不能忽略。因此高频电流会通过Ci流到散热片上,再流到机壳地,最终流到与机壳地相连的交流电源的保护地线PE中,以产生共模辐射。二是Cd的作用。脉冲变压器的初、次级之间存在的分布电容Cd,可能会将原边高频电压直接耦合到副边上去,在副边用作直流输出的两条电源线上产生同相位的共模噪声。
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