PWM控制電路設(shè)計(jì)

PWM控制電路設(shè)計(jì)CYBERNET應(yīng)用系統(tǒng)事業(yè)部LED照明作為新一代照明受到了廣泛的關(guān)注。僅僅依靠LED封裝并不能制作出好的照明燈具。本文重要從電子電路、熱分析、光學(xué)方面敘述了如何運(yùn)用LED特性進(jìn)行設(shè)計(jì)。在上一期的“LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)－基礎(chǔ)篇”中，介紹了LED的電子特性和基本的驅(qū)動(dòng)電路。遺憾的是，阻抗型驅(qū)動(dòng)電路和恒電流源型驅(qū)動(dòng)電路，大圍輸入電壓和大電流中性能并不強(qiáng)，有時(shí)并不能發(fā)揮出LED的性能。相反，用脈沖調(diào)制辦法驅(qū)動(dòng)LED電路，能夠發(fā)揮LED的多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。這次重要針對(duì)運(yùn)用脈沖調(diào)制的驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行闡明。PWM是什么？脈沖調(diào)制英文表達(dá)是PulseWidthModulation，簡(jiǎn)稱PWM。PWM是調(diào)節(jié)脈沖波占空比的一種方式。如圖1所示，脈沖的占空比能夠用脈沖周期、On-time、Off-time表達(dá)，以下公式：占空比＝On-time（脈沖的High時(shí)間）/脈沖的一種周期（On-time+Off-time）Tsw（一周期）能夠是開關(guān)周期，也能夠是Fsw=1/Tsw的開關(guān)頻率。圖1PulseWidthModulation(PWM)在運(yùn)用PWM的驅(qū)動(dòng)電路中，能夠通過(guò)增減占空比，控制脈沖一種周期的平均值。運(yùn)用該原理，如果能控制電路上的開關(guān)設(shè)計(jì)（半導(dǎo)體管、MOSFET、IGBT等）的打開時(shí)間（關(guān)閉時(shí)間），就能夠調(diào)節(jié)LED電流的效率。這就是接下來(lái)要介紹的PWM控制。PWM信號(hào)的應(yīng)用PWM控制電路的一種特性是只要變化脈沖幅度就能控制多個(gè)輸出。圖2的降壓電路協(xié)助理解PWM的控制原理。在這個(gè)電路中，將24V的輸入電壓轉(zhuǎn)換成12V，需要增加負(fù)載。負(fù)載就是單純的阻抗。電壓轉(zhuǎn)換電路的辦法有諸多，運(yùn)用PWM信號(hào)的效果如何呢？圖2降壓電路在圖2的降壓電路中取PWM控制電路，如圖3所示。MOSFEL作為開關(guān)設(shè)計(jì)使用。當(dāng)PWM信號(hào)的轉(zhuǎn)換頻率數(shù)為20kHz時(shí)，轉(zhuǎn)換周期為50μs。PWM信號(hào)為High的時(shí)候，開關(guān)為On，電流從輸入端流經(jīng)負(fù)載。當(dāng)PWM信號(hào)處在Low狀態(tài)時(shí)，開關(guān)Off，沒(méi)有輸入和輸出，電流也斷掉。這里嘗試將PWM信號(hào)的占空比固定在50％，施加在開關(guān)中。開關(guān)開著的時(shí)候電流和電壓施加到負(fù)載上。開關(guān)關(guān)著的時(shí)候由于沒(méi)有電流，因此負(fù)載的供應(yīng)電壓為零。如圖4綠色的波形、V（OUT）可在負(fù)載中看到輸出電壓。圖3運(yùn)用PWM信號(hào)的降壓電路圖4解析成果占空比：50％輸入電壓是直流，通過(guò)脈沖信號(hào)得到輸出電壓在負(fù)載的前端（開關(guān)的后端）插入平滑電路，就能夠得到如圖4所示的茶色的波形。輸出脈沖的平均值約12V時(shí)，直流電壓能夠供應(yīng)負(fù)載。但如果不是12V，而是想得到6V的輸出電壓時(shí)，應(yīng)當(dāng)怎么做？PWM控制的優(yōu)點(diǎn)實(shí)際就在此。只需變化脈沖幅度就能夠了。事實(shí)上，只需設(shè)定占空比為25％就能夠得到平均輸出6V的電壓。圖5和圖6表達(dá)的是這種狀況下的電路和解析成果。圖5運(yùn)用PWM信號(hào)的降壓電路圖6解析成果占空比約25％以上成果標(biāo)明，降壓電路中，輸入輸出電壓的關(guān)系能夠表達(dá)為：輸出電壓＝PWM信號(hào)的占空比×輸入電壓也就是說(shuō)只要變化PWM信號(hào)的占空比，就能夠得到任意的輸出電壓。接下來(lái)介紹在實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)中運(yùn)用降壓轉(zhuǎn)換器電路驅(qū)動(dòng)LED的辦法。PWM驅(qū)動(dòng)電路例子如圖7所示，在前述的降壓電路中追加線圈、電容、二極管的電路。在這里沒(méi)有考慮反饋電路。這里使用的是飛利浦照明的LUXEON系列的LXM3-PW71LED。LED（負(fù)載）的前端插入的線圈和電容構(gòu)成平滑電路，通過(guò)轉(zhuǎn)換使得脈沖輸出平均化。線圈前端的二極管即使在開關(guān)關(guān)著的時(shí)候也能持續(xù)向線圈供應(yīng)電流。降壓轉(zhuǎn)換器普通作為電壓轉(zhuǎn)換電路使用，但是在驅(qū)動(dòng)LED時(shí)，則需要控制電流而不是電壓。圖7PWM驅(qū)動(dòng)電路降壓轉(zhuǎn)換的例子確認(rèn)圖7的電路構(gòu)成。當(dāng)脈沖信號(hào)處在On的狀態(tài)，也就是開關(guān)設(shè)計(jì)處在On的狀態(tài)時(shí)，電流按照輸入信號(hào)－開關(guān)－線圈－負(fù)載的次序流動(dòng)。當(dāng)開關(guān)設(shè)計(jì)處在Off的狀態(tài)時(shí)，電流按照二極管－線圈－負(fù)載的次序流動(dòng)。因此要控制線圈中的電流事實(shí)上等同于控制LED中的電流。在正極和負(fù)極間施加3.0V的電壓的話，能夠從數(shù)據(jù)庫(kù)中看到，LXM3-PW71的電流約350mA。輸入電壓為12V時(shí)，設(shè)定脈沖波的占空比為25％（12V×0.25＝3V），就能得到3V的電壓。當(dāng)轉(zhuǎn)換頻率數(shù)為100kHz時(shí)，轉(zhuǎn)換周期為10μs，脈沖幅度為2.5μs。但是，負(fù)載只在順阻抗的狀況下成立，實(shí)際在負(fù)載中運(yùn)用LED時(shí)，根據(jù)電流大小負(fù)載特性也有變化，電流約為350mA時(shí)，脈沖幅度調(diào)制約為3.36μs。驗(yàn)證電路的成果如圖8所示。圖8PWM驅(qū)動(dòng)電路的驗(yàn)證成果LED中的電流發(fā)生變化，線圈中的電流也變化。通過(guò)傳感電路檢測(cè)線圈電流的變化，只要控制開關(guān)的打開時(shí)間，就能夠使得LED負(fù)載中的電流恒定。增加PWM的占空比，就能增加LED中的電流，也能增加亮度。比較阻抗驅(qū)動(dòng)型電路和恒定電流源型驅(qū)動(dòng)電路，變化PWM的占空比比變化阻抗值和電路常量更高效，也因此能理解PWM控制的便利性。這次介紹的降壓轉(zhuǎn)換器運(yùn)用于LED驅(qū)動(dòng)中需要電壓比輸入電壓低的狀況。根據(jù)照明燈具、用途不同，有時(shí)需要同時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè)LED，這樣會(huì)出現(xiàn)全部的LED驅(qū)動(dòng)中的必需電壓比輸入電壓高。這種狀況下，就需要使用能夠制作比輸入電壓高的電壓的升壓轉(zhuǎn)換器。在LED照明中，有效運(yùn)用電力的同時(shí)還需要小型化。照明燈具中，將輸入電壓轉(zhuǎn)為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)電壓的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)換損耗，轉(zhuǎn)換損耗越大越容易引發(fā)熱的問(wèn)題。同時(shí)，如果開關(guān)頻率數(shù)增加，變壓器和線圈會(huì)變小，即使整個(gè)線路板能夠?qū)崿F(xiàn)小型化，但由于高開關(guān)頻率數(shù)會(huì)造成轉(zhuǎn)換損耗，出現(xiàn)高次諧波問(wèn)題。因此，在LED的PWM驅(qū)動(dòng)電路中，力求實(shí)現(xiàn)高效和少零部件。為了保持照明燈具的亮度穩(wěn)定或者調(diào)節(jié)亮度，需要在傳感器中檢測(cè)負(fù)載電流、進(jìn)行控制演算、調(diào)節(jié)脈沖的占空比的反饋控制電路。本文沒(méi)有對(duì)反饋控制電路進(jìn)行介紹，但是值得注意的是，反饋控制電路包含電壓控制、遲滯控制、類似遲滯控制、電流控制等多個(gè)。多個(gè)控制方式有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn)，需要我們根據(jù)照明燈具的作法和合用的電路方式選擇最佳的控制方式。PWM控制電路的基本構(gòu)成及工作原理開關(guān)電源普通都采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）技術(shù)，其特點(diǎn)是頻率高，效率高，功率密度高，可靠性高。然而，由于其開關(guān)器件工作在高頻通斷狀態(tài)，高頻的快速瞬變過(guò)程本身就是一電磁騷擾（EMD）源，它產(chǎn)生的EMI信號(hào)有很寬的頻率圍，又有一定的幅度。若把這種電源直接用于數(shù)字設(shè)備，則設(shè)備產(chǎn)生的EMI信號(hào)會(huì)變得更加強(qiáng)烈和復(fù)雜。本文從開關(guān)電源的工作原理出發(fā)，探討克制傳導(dǎo)干擾的EMI濾波器的設(shè)計(jì)以及對(duì)輻射EMI的克制。1開關(guān)電源產(chǎn)生EMI的機(jī)理數(shù)字設(shè)備中的邏輯關(guān)系是用脈沖信號(hào)來(lái)表達(dá)的。為便于分析，把這種脈沖信號(hào)適宜簡(jiǎn)化，用圖1所示的脈沖串表達(dá)。根據(jù)傅里葉級(jí)數(shù)展開的辦法，可用式（1）計(jì)算出信號(hào)全部各次諧波的電平。式中：An為脈沖中第n次諧波的電平；Vo為脈沖的電平；T為脈沖串的周期；tw為脈沖寬度；tr為脈沖的上升時(shí)間和下降時(shí)間。開關(guān)電源含有各式各樣的電路形式，但它們的核心部分都是一種高電壓、大電流的受控脈沖信號(hào)源。假定某PWM開關(guān)電源脈沖信號(hào)的重要參數(shù)為：Vo=500V，T=2×10－5s，tw=10－5s，tr=0.4×10－6s，則其諧波電平如圖2所示。圖2中開關(guān)電源脈沖信號(hào)產(chǎn)生的諧波電平，對(duì)于其它電子設(shè)備來(lái)說(shuō)即是EMI信號(hào)，這些諧波電平能夠從對(duì)電源線的傳導(dǎo)干擾（頻率圍為0.15～30MHz）和電場(chǎng)輻射干擾（頻率圍為30～1000MHz）的測(cè)量中反映出來(lái)。在圖2中，基波電平約160dBμV，500MHz約30dBμV，因此，要把開關(guān)電源的EMI電平都控制在原則規(guī)定的限值，是有一定難度的。2開關(guān)電源EMI濾波器的電路設(shè)計(jì)當(dāng)開關(guān)電源的諧波電平在低頻段（頻率圍0.15～30MHz）體現(xiàn)在電源線上時(shí)，稱之為傳導(dǎo)干擾。要克制傳導(dǎo)干擾相對(duì)比較容易，只要使用適宜的EMI濾波器，就能將其在電源線上的EMI信號(hào)電平克制在有關(guān)原則規(guī)定的限值。要使EMI濾波器對(duì)EMI信號(hào)有最佳的衰減性能，則濾波器阻抗應(yīng)與電源阻抗失配，失配越厲害，實(shí)現(xiàn)的衰減越抱負(fù)，得到的插入損耗特性就越好。也就是說(shuō)，如果噪音源阻是低阻抗的，則與之對(duì)接的EMI濾波器的輸入阻抗應(yīng)當(dāng)是高阻抗（如電感量很大的串聯(lián)電感）；如果噪音源阻是高阻抗的，則EMI濾波器的輸入阻抗應(yīng)當(dāng)是低阻抗（如容量很大的并聯(lián)電容）。這個(gè)原則也是設(shè)計(jì)克制開關(guān)電源EMI濾波器必須遵照的。幾乎全部設(shè)備的傳導(dǎo)干擾都包含共模噪音和差模噪音，開關(guān)電源也不例外。共模干擾是由于載流導(dǎo)體與之間的電位差產(chǎn)生的，其特點(diǎn)是兩條線上的雜訊電壓是同電位同向的；而差模干擾則是由于載流導(dǎo)體之間的電位差產(chǎn)生的，其特點(diǎn)是兩條線上的雜訊電壓是同電位反向的。普通，線路上干擾電壓的這兩種分量是同時(shí)存在的。由于線路阻抗的不平衡，兩種分量在傳輸中會(huì)互相轉(zhuǎn)變，狀況十分復(fù)雜。典型的EMI濾波器包含了共模雜訊和差模雜訊兩部分的克制電路，如圖3所示。圖中：差?？酥齐娙軨x1，Cx20.1～0.47μF；差?？酥齐姼蠰1，L2100～130μH；共?？酥齐娙軨y1，Cy2<10000pF；共?？酥齐姼蠰15～25mH。設(shè)計(jì)時(shí)，必須使共模濾波電路和差模濾波電路的諧振頻率明顯低于開關(guān)電源的工作頻率，普通要低于10kHz，即在實(shí)際使用中，由于設(shè)備所產(chǎn)生的共模和差模的成分不同，可適宜增加或減少濾波元件。具體電路的調(diào)節(jié)普通要通過(guò)EMI實(shí)驗(yàn)后才干有滿意的成果，安裝濾波電路時(shí)一定要確保接地良好，并且輸入端和輸出端要良好隔離，否則，起不到濾波的效果。開關(guān)電源所產(chǎn)生的干擾以共模干擾為主，在設(shè)計(jì)濾波電路時(shí)可嘗試去掉差模電感，再增加一級(jí)共模濾波電感。常采用如圖4所示的濾波電路，可使開關(guān)電源的傳導(dǎo)干擾下降了近30dB，比CISOR22原則的限值低了近6dB以上。尚有一種設(shè)計(jì)原則是不要過(guò)于追求濾波效果而造成成本過(guò)高，只要達(dá)成EMC原則的限值規(guī)定并有一定的余量（普通可控制在6dB左右）即可。3輻射EMI的克制方法如前所述，開關(guān)電源是一種很強(qiáng)的騷擾源，它來(lái)源于開關(guān)器件的高頻通斷和輸出整流二極管反向恢復(fù)。很強(qiáng)的電磁騷擾信號(hào)通過(guò)空間輻射和電源線的傳導(dǎo)而干擾鄰近的敏感設(shè)備。除了功率開關(guān)管和高頻整流二極管外，產(chǎn)生輻射干擾的重要元器件尚有脈沖變壓器及濾波電感等。即使，功率開關(guān)管的快速通斷給開關(guān)電源帶來(lái)了更高的效益，但是，也帶來(lái)了更強(qiáng)的高頻輻射。要減少輻射干擾，可應(yīng)用電壓緩沖電路，如在開關(guān)管兩端并聯(lián)RCD緩沖電路，或電流緩沖電路，如在開關(guān)管的集電極上串聯(lián)20～80μH的電感。電感在功率開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)能避免集電極電流忽然增大，同時(shí)也能夠減少整流電路中沖擊電流的影響。功率開關(guān)管的集電極是一種強(qiáng)干擾源，開關(guān)管的散熱片應(yīng)接到開關(guān)管的發(fā)射極上，以確保集電極與散熱片之間由于分布電容而產(chǎn)生的電流流入主電路中。為減少散熱片和機(jī)殼的分布電容，散熱片應(yīng)盡量遠(yuǎn)離機(jī)殼，如有條件的話，可采用有屏蔽方法的開關(guān)管散熱片。整流二極管應(yīng)采用恢復(fù)電荷小，且反向恢復(fù)時(shí)間短的，如肖特基管，最佳是選用反向恢復(fù)呈軟特性的。另外在肖特基管兩端套磁珠和并聯(lián)RC吸取網(wǎng)絡(luò)均可減少干擾，電阻、電容的取值可為幾Ω和數(shù)千pF，電容引線應(yīng)盡量短，以減少引線電感。實(shí)際使用中普通采用品有軟恢復(fù)特性的整流二極管，并在二極管兩端并接小電容來(lái)消除電路的寄生振蕩。負(fù)載電流越大，續(xù)流結(jié)束時(shí)流經(jīng)整流二極管的電流也越大，二極管反向恢復(fù)的時(shí)間也越長(zhǎng)，則尖峰電流的影響也越大。采用多個(gè)整流二極管并聯(lián)來(lái)分肩負(fù)載電流，能夠減少短路尖峰電流的影響。開關(guān)電源必須屏蔽，采用模塊式全密封構(gòu)造，建議用1mm以上厚度的鍍鋅鋼板，屏蔽層必須良好接地。在高頻脈沖變壓器初、次級(jí)之間加一屏蔽層并接地，能夠克制干擾的電場(chǎng)耦合。將高頻脈沖變壓器、輸出濾波電感等磁性元件加上屏蔽罩，能夠?qū)⒋帕€限制在磁阻小的屏蔽體。根據(jù)以上設(shè)計(jì)思路，對(duì)輻射干擾超出原則限值20dB左右的某開關(guān)電源，采用了某些在實(shí)驗(yàn)室容易實(shí)現(xiàn)的方法，進(jìn)行了以下的改善：——在全部整流二極管兩端并470pF電容；——在開關(guān)管G極的輸入端并50pF電容，與原有的39Ω電阻形成一RC低通濾波器；——在各輸出濾波電容（電解電容）上并一0.01μF電容；——在整流二極管管腳上套一小磁珠；——改善屏蔽體的接地。通過(guò)上述改善后，該電源就能夠通過(guò)輻射干擾測(cè)試的限值規(guī)定。4結(jié)語(yǔ)隨著電子產(chǎn)品的電磁兼容性日益受到重視，克制開關(guān)電源的EMI，提高電子產(chǎn)品的質(zhì)量，使之符合有關(guān)原則或規(guī)，已成為電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)者越來(lái)越關(guān)注的問(wèn)題。本文是在分析干擾產(chǎn)生機(jī)理、以及大量實(shí)踐的基礎(chǔ)上，提出了行之有效的克制方法。PWM控制電路的基本構(gòu)成及工作原理1開關(guān)電源產(chǎn)生EMI的機(jī)理摘要：介紹了PWM控制電路的基本構(gòu)成及工作原理，給出了美國(guó)SiliconGeneral公司生產(chǎn)的高性能集成PWM控制器SG3524的引腳排列和功效闡明，同時(shí)給出了其在不間斷電源中的應(yīng)用電路。核心詞：PWMSG3524控制器引言開關(guān)電源普通都采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）技術(shù)，其特點(diǎn)是頻率高，效率高，功率密度高，可靠性高。然而，由于其開關(guān)器件工作在高頻通斷狀態(tài)，高頻的快速瞬變過(guò)程本身就是一電磁騷擾（EMD）源，它產(chǎn)生的EMI信號(hào)有很寬的頻率圍，又有一定的幅度。若把這種電源直接用于數(shù)字設(shè)備，則設(shè)備產(chǎn)生的EMI信號(hào)會(huì)變得更加強(qiáng)烈和復(fù)雜。本文從開關(guān)電源的工作原理出發(fā)，探討克制傳導(dǎo)干擾的EMI濾波器的設(shè)計(jì)以及對(duì)輻射EMI的克制。1開關(guān)電源產(chǎn)生EMI的機(jī)理數(shù)字設(shè)備中的邏輯關(guān)系是用脈沖信號(hào)來(lái)表達(dá)的。為便于分析，把這種脈沖信號(hào)適宜簡(jiǎn)化，用圖1所示的脈沖串表示。根據(jù)傅里葉級(jí)數(shù)展開的辦法，可用式（1）計(jì)算出信號(hào)全部各次諧波的電平。式中：An為脈沖中第n次諧波的電平；Vo為脈沖的電平；T為脈沖串的周期；tw為脈沖寬度；tr為脈沖的上升時(shí)間和下降時(shí)間。開關(guān)電源含有各式各樣的電路形式，但它們的核心部分都是一種高電壓、大電流的受控脈沖信號(hào)源。假定某PWM開關(guān)電源脈沖信號(hào)的重要參數(shù)為：Vo=500V，T=2×10－5s，tw=10－5s，tr=0.4×10－6s，則其諧波電平如圖2所示。圖2中開關(guān)電源脈沖信號(hào)產(chǎn)生的諧波電平，對(duì)于其它電子設(shè)備來(lái)說(shuō)即是EMI信號(hào)，這些諧波電平能夠從對(duì)電源線的傳導(dǎo)干擾（頻率圍為0.15～30MHz）和電場(chǎng)輻射干擾（頻率圍為30～1000MHz）的測(cè)量中反映出來(lái)。在圖2中，基波電平約160dBμV，500MHz約30dBμV，因此，要把開關(guān)電源的EMI電平都控制在原則規(guī)定的限值，是有一定難度的。2開關(guān)電源EMI濾波器的電路設(shè)計(jì)當(dāng)開關(guān)電源的諧波電平在低頻段（頻率圍0.15～30MHz）體現(xiàn)在電源線上時(shí)，稱之為傳導(dǎo)干擾。要克制傳導(dǎo)干擾相對(duì)比較容易，只要使用適宜的EMI濾波器，就能將其在電源線上的EMI信號(hào)電平克制在有關(guān)原則規(guī)定的限值。要使EMI濾波器對(duì)EMI信號(hào)有最佳的衰減性能，則濾波器阻抗應(yīng)與電源阻抗失配，失配越厲害，實(shí)現(xiàn)的衰減越理想，得到的插入損耗特性就越好。也就是說(shuō)，如果噪音源阻是低阻抗的，則與之對(duì)接的EMI濾波器的輸入阻抗應(yīng)該是高阻抗（如電感量很大的串聯(lián)電感）；如果噪音源阻是高阻抗的，則EMI濾波器的輸入阻抗應(yīng)當(dāng)是低阻抗（如容量很大的并聯(lián)電容）。這個(gè)原則也是設(shè)計(jì)克制開關(guān)電源EMI濾波器必須遵照的。幾乎全部設(shè)備的傳導(dǎo)干擾都包含共模噪音和差模噪音，開關(guān)電源也不例外。共模干擾是由于載流導(dǎo)體與之間的電位差產(chǎn)生的，其特點(diǎn)是兩條線上的雜訊電壓是同電位同向的；而差模干擾則是由于載流導(dǎo)體之間的電位差產(chǎn)生的，其特點(diǎn)是兩條線上的雜訊電壓是同電位反向的。普通，線路上干擾電壓的這兩種分量是同時(shí)存在的。由于線路阻抗的不平衡，兩種分量在傳輸中會(huì)互相轉(zhuǎn)變，狀況十分復(fù)雜。典型的EMI濾波器包含了共模雜訊和差模雜訊兩部分的克制電路，如圖3所示。圖中：差?？酥齐娙軨x1，Cx20.1～0.47μF；差?？酥齐姼蠰1，L2100～130μH；共?？酥齐娙軨y1，Cy2<10000pF；共模克制電感L15～25mH。設(shè)計(jì)時(shí)，必須使共模濾波電路和差模濾波電路的諧振頻率明顯低于開關(guān)電源的工作頻率，普通要低于10kHz，即在實(shí)際使用中，由于設(shè)備所產(chǎn)生的共模和差模的成分不同，可適宜增加或減少濾波元件。具體電路的調(diào)節(jié)普通要通過(guò)EMI實(shí)驗(yàn)后才干有滿意的成果，安裝濾波電路時(shí)一定要確保接地良好，并且輸入端和輸出端要良好隔離，否則，起不到濾波的效果。開關(guān)電源所產(chǎn)生的干擾以共模干擾為主，在設(shè)計(jì)濾波電路時(shí)可嘗試去掉差模電感，再增加一級(jí)共模濾波電感。常采用如圖4所示的濾波電路，可使開關(guān)電源的傳導(dǎo)干擾下降了近30dB，比CISOR22原則的限值低了近6dB以上。尚有一種設(shè)計(jì)原則是不要過(guò)于追求濾波效果而造成成本過(guò)高，只要達(dá)成EMC原則的限值規(guī)定并有一定的余量（普通可控制在6dB左右）即可。3輻射EMI的克制方法如前所述，開關(guān)電源是一種很強(qiáng)的騷擾源，它來(lái)源于開關(guān)器件的高頻通斷和輸出整流二極管反向恢復(fù)。很強(qiáng)的電磁騷擾信號(hào)通過(guò)空間輻射和電源線的傳導(dǎo)而干擾鄰近的敏感設(shè)備。除了功率開關(guān)管和高頻整流二極管外，產(chǎn)生輻射干擾的重要元器件尚有脈沖變壓器及濾波電感等。即使，功率開關(guān)管的快速通斷給開關(guān)電源帶來(lái)了更高的效益，但是，也帶來(lái)了更強(qiáng)的高頻輻射。要減少輻射干擾，可應(yīng)用電壓緩沖電路，如在開關(guān)管兩端并聯(lián)RCD緩沖電路，或電流緩沖電路，如在開關(guān)管的集電極上串聯(lián)20～80μH的電感。電感在功率開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)能避免集電極電流忽然增大，同時(shí)也能夠減少整流電路中沖擊電流的影響。功率開關(guān)管的集電極是一種強(qiáng)干擾源，開關(guān)管的散熱片應(yīng)接到開關(guān)管的發(fā)射極上，以確保集電極與散熱片之間由于分布電容而產(chǎn)生的電流流入主電路中。為減少散熱片和機(jī)殼的分布電容，散熱片應(yīng)盡量遠(yuǎn)離機(jī)殼，如有條件的話，可采用有屏蔽方法的開關(guān)管散熱片。整流二極管應(yīng)采用恢復(fù)電荷小，且反向恢復(fù)時(shí)間短的，如肖特基管，最佳是選用反向恢復(fù)呈軟特性的。另外在肖特基管兩端套磁珠和并聯(lián)RC吸取網(wǎng)絡(luò)均可減少干擾，電阻、電容的取值可為幾Ω和數(shù)千pF，電容引線應(yīng)盡量短，以減少引線電感。實(shí)際使用中普通采用品有軟恢復(fù)特性的整流二極管，并在二極管兩端并接小電容來(lái)消除電路的寄生振蕩。負(fù)載電流越大，續(xù)流結(jié)束時(shí)流經(jīng)整流二極管的電流也越大，二極管反向恢復(fù)的時(shí)間也越長(zhǎng)，則尖峰電流的影響也越大。采用多個(gè)整流二極管并聯(lián)來(lái)分肩負(fù)載電流，能夠減少短路尖峰電流的影響。開關(guān)電源必須屏蔽，采用模塊式全密封構(gòu)造，建議用1mm以上厚度的鍍鋅鋼板，屏蔽層必須良好接地。在高頻脈沖變壓器初、次級(jí)之間加一屏蔽層并接地，能夠克制干擾的電場(chǎng)耦合。將高頻脈沖變壓器、輸出濾波電感等磁性元件加上屏蔽罩，能夠?qū)⒋帕€限制在磁阻小的屏蔽體。根據(jù)以上設(shè)計(jì)思路，對(duì)輻射干擾超出原則限值20dB左右的某開關(guān)電源，采用了某些在實(shí)驗(yàn)室容易實(shí)現(xiàn)的方法，進(jìn)行了以下的改善：——在全部整流二極管兩端并470pF電容；——在開關(guān)管G極的輸入端并50pF電容，與原有的39Ω電阻形成一RC低通濾波器；——在各輸出濾波電容（電解電容）上并一0.01μF電容；——在整流二極管管腳上套一小磁珠；——改善屏蔽體的接地。通過(guò)上述改善后，該電源就能夠通過(guò)輻射干擾測(cè)試的限值規(guī)定。4結(jié)語(yǔ)隨著電子產(chǎn)品的電磁兼容性日益受到重視，克制開關(guān)電源的EMI，提高電子產(chǎn)品的質(zhì)量，使之符合有關(guān)原則或規(guī)，已成為電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)者越來(lái)越關(guān)注的問(wèn)題。本文是在分析干擾產(chǎn)生機(jī)理、以及大量實(shí)踐的基礎(chǔ)上，提出了行之有效的克制方法。開關(guān)電源PWM控制電路實(shí)例分析開關(guān)電源被譽(yù)為高效節(jié)能電源，它代表著穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向。開關(guān)電源(SwitchedModePowerSupply，SMPS)是一種由占空比控制的開關(guān)電路構(gòu)成的電能變換裝置。開關(guān)電源的核心為電力電子開關(guān)電路，根據(jù)負(fù)載對(duì)電源提出的輸出電壓或穩(wěn)流特性的規(guī)定，運(yùn)用反饋控制電路，采用占空比控制的辦法，對(duì)開關(guān)電路進(jìn)行控制。隨著控制技術(shù)和元器件技術(shù)的不停發(fā)展，開關(guān)電源的各方面的性能都在不停提高，容量也在不停擴(kuò)大?？刂坪捅Ｗo(hù)電路重要解決信號(hào)，屬于“弱電”電路，但它控制著主電路中的開關(guān)器件，一旦出現(xiàn)失誤，將造成嚴(yán)重的后果，使電源停止工作或損壞。電源的諸多指標(biāo)，如穩(wěn)壓穩(wěn)流精度、紋波、輸出特性等也與控制電路有關(guān)。因此，控制電路的設(shè)計(jì)質(zhì)量對(duì)電源的性能至關(guān)重要。本文介紹了集成脈沖寬度調(diào)制方式(PWM)控制器(MB3759)的構(gòu)成與原理，具體分析了以MB3759控制器構(gòu)成的開關(guān)電源的控制電路、驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路，對(duì)開關(guān)電源的設(shè)計(jì)含有一定的價(jià)值。1集成PWM控制器(MB3759)的構(gòu)成與原理1．1PWM控制器(MB3759)的構(gòu)成PWM控制電路的作用是將在一定圍持續(xù)變化的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為開關(guān)頻率固定、占空比跟隨輸入信號(hào)持續(xù)變化的PWM信號(hào)。開關(guān)電源PWM控制集成芯片采用型號(hào)為MB3759(FUJITSU公司)，采用固定頻率的PWM控制方式，其MB3759芯片部構(gòu)造框圖如圖l所示，部電路重要由高頻振蕩器、PWM比較器、基準(zhǔn)電壓源、誤差電壓放大器、驅(qū)動(dòng)電路和封鎖電路等構(gòu)成。控制芯片部有2個(gè)電壓比較器，管腳1、2和15、16是電壓比較器正負(fù)輸入端子，管腳3是電壓比較器統(tǒng)一輸出端。同時(shí)誤差放大器的輸出也可開放給顧客，顧客能夠根據(jù)需要設(shè)計(jì)成PI控制器。管腳5、6可接振蕩電容和電阻，振蕩器的振動(dòng)頻率由外接電阻和電容決定，根據(jù)電路頻率而調(diào)節(jié)容值和阻值。管腳8為觸發(fā)脈沖輸出口，采用電流圖騰輸出，使得芯片能夠直接驅(qū)動(dòng)功率不大的開關(guān)管。T觸發(fā)器的作用是將輸出進(jìn)行分頻，得到占空比為50％的頻率為振蕩器頻率的l／2的方波，將T觸發(fā)器輸出的這樣兩路互補(bǔ)的方波同比較器輸出PWM信號(hào)進(jìn)行“或非”運(yùn)算，就能夠得到兩路互補(bǔ)的占空比為O～50％的PWM信號(hào)，考慮死區(qū)時(shí)間的存在，最大占空比普通為45％～47．5％。管腳13為封鎖控制，管腳14為參考電壓，管腳12為工作電壓，管腳4為死區(qū)控制端，一旦高電平輸入，芯片輸出脈沖被封鎖，直流電壓輸出為零。1．2PWM控制器(MB3759)的工作原理PWM控制器(MB3759)的反饋通道由電壓誤差放大器EA、PWM比較器和鎖存器及驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成。管腳1作為直流輸出電壓的反饋信號(hào)，管腳2與芯片輸出的參考電壓相連，作為誤差放大器的參考輸入，管腳3輸入主電路的電壓反饋。受時(shí)鐘脈沖觸發(fā)，功率管開通，電感(功率管)電流上升到由EA輸出決定的門限值時(shí)，PWM比較器翻轉(zhuǎn)，鎖存器復(fù)位，驅(qū)動(dòng)脈沖關(guān)斷功率管，電感電流下降，直到下一種時(shí)鐘脈沖到來(lái)，鎖存器置位，開關(guān)管重新開通。輸入電壓變化時(shí)，電感電流的上升斜率變化，輸出占空比變化以克制輸入電壓的變化，這是一種前饋調(diào)節(jié)過(guò)程，響應(yīng)極快；負(fù)載擾動(dòng)則是通過(guò)EA變化電流門限值進(jìn)行