高頻開關電源的干擾及抑制

網(wǎng)絡教育學院電源技術》課程設計題目 高頻開關電源的干擾及抑制學習中心：層次：專業(yè)：年級：號：學生：程劍指導教師完成日期TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"設計簡介及要求 1\o"CurrentDocument"高頻開關電源的干擾原理分析 1\o"CurrentDocument"高頻開關電源工作原理 1\o"CurrentDocument"高頻開關電源干擾的來源 2\o"CurrentDocument"高頻開關電源干擾的存在形式及危害 2高頻開關電源干擾的抑制技術 2\o"CurrentDocument"濾波技術 2\o"CurrentDocument"屏蔽技術 3\o"CurrentDocument"軟開關技術 3\o"CurrentDocument"擴頻調(diào)制技術 3\o"CurrentDocument"PCB設計技術 3\o"CurrentDocument"接地技術 3\o"CurrentDocument"高頻開關電源及濾波器設計 3\o"CurrentDocument"高頻開關電源設計要求 3\o"CurrentDocument"高頻開關電源設計方案 3\o"CurrentDocument"電源濾波器設計 3EMI濾波器的基本形式 4EMI濾波器的設計原則 43 總結 4設計簡介及要求現(xiàn)代社會中，人類生活的各個方面都離不開電子設備的發(fā)展。電子設備大多數(shù)都依賴于開關電源來提供穩(wěn)定的電力供應。開關電源以其高效率、低損耗、小體積等特點，近年來快速發(fā)展，在通信設備、醫(yī)療設備以及信息處理設備等不同領域中廣泛應用，取得了巨大成就。由于開關電源工作在高頻開關狀態(tài)，內(nèi)部會產(chǎn)生很高的電流、電壓變化率（即高dv/dt和di/dt），導致開關電源產(chǎn)生較強的電磁干擾（EMI）。在有限的空間及頻譜資源條件下，隨著電子設備密集程度不斷增加，空間的電磁環(huán)境越來越復雜。為了適應對電子產(chǎn)品電磁兼容性能指標的高要求，需要對電磁兼容采取重視;同時，要研究開發(fā)電磁兼容新技術，采取有效的防護措施。所以，對于開關電源來說，電磁兼容問題的研究是十分必要的。EMI信號既具有很寬的頻率范圍，又有一定的幅度，它不僅對電網(wǎng)造成污染，直接影響到其他用電設備的正常工作，而且作為輻射干擾闖人空間，對空間也造成電磁污染。目前，抑制開關電源的EMI提高開關電源的質(zhì)量使之符合EMC標準已成為開關電源設計者越來越關注的問題。本次設計就此問題展開分析，主要要求有以下幾點：（1） 圍繞開關電源的工作原理，分析開關電源工作過程中產(chǎn)生電磁干擾的原因及抑制措施。（2） 介紹開關電源的基本原理、干擾來源及抑制措施。（3） 分析開關電源產(chǎn)生電磁輻射干擾的原因及造成的危害。（4） 論述開關電源電磁干擾的抑制方法。高頻開關電源的干擾原理分析由于開關電源具有效率高、容易實現(xiàn)小型化的優(yōu)點，所以目前被廣泛應用在電子設備中。但是開關電源本身就是噪聲源，在工作時會產(chǎn)生干擾，這就需要采取措施對其產(chǎn)生的噪聲進行抑制。目前開關電源的體積不斷追求小型化，開關頻率也隨之提高，導致噪聲不斷增加。要保證開關電源設備的正常工作，就需要對噪聲的抑制加以重視。高頻開關電源工作原理開關電源將市電直接整流濾波成為直流高壓，然后通過逆變器轉換成低壓的高頻交流電壓，再經(jīng)過二次整流和濾波變成所需要的直流低電壓。考慮到目前大量應用的開關電源都是采取AC/DC-DC/DC級聯(lián)的形式，因此，圖1所示的開關電源結構具有較強的代表性。cBI1QLcBI1QLA芯220V r*nA5OHZC mNC(圖1典型開關電源電路結構交流電網(wǎng)電壓經(jīng)第一次的整流和濾波平滑后變成直流電壓作為DC/DC變換器的輸入電壓。然后，通過二次整流濾波得到輸出直流電壓，即為所需要的負載電壓。采樣電壓與基準電壓進行比較，將比較差值放大后用以調(diào)節(jié)開關控制脈沖的占空比，從而調(diào)節(jié)變換電路中功率變換開關的通斷比來穩(wěn)定輸出電壓。高頻開關電源干擾的來源開關電源上的干擾主要來源于如開關管、二極管、高頻變壓器這些電壓、電流變化大的器件。其主要的干擾源主要有二個方面，開關電路產(chǎn)生的電磁干擾，整流電路產(chǎn)生的干擾以及高頻變壓器形成的輻射干擾。開關電源中的干擾主要來源于開關電路產(chǎn)生的電磁干擾。開關電源中的開關電路主要是由開關管和高頻變壓器組成。開關管工作在高電壓大電流的切換狀態(tài)在其由斷開轉變?yōu)閷顟B(tài)時，開關管負載上的變壓器初級線圈上形成浪涌尖峰電壓;由導通轉變?yōu)閿嚅_狀態(tài)時，則會形成浪涌電流，構成傳導干擾。干擾的另一來源是整流電路中的二極管，在其截止狀態(tài)時產(chǎn)生尖峰狀反向電流，它與二極管結電容以及引線電感等形成阻尼正弦振蕩，也含有大量的諧波成分，產(chǎn)生較強的高頻干擾成為干擾的來源之一。?1.3高頻開關電源干擾的存在形式及危害高頻開關電源干擾的抑制技術開關電源的EMI抑制技術除屏蔽、接地等常用方法外，一些新技術，女如EMI濾波器技術、共模干擾有源抑制技術、軟開關技術、功率管優(yōu)化驅(qū)動技術、擴頻調(diào)制技術等均有研究和發(fā)展。濾波技術在設計和選用濾波器時應注意頻率特性、耐壓性能、額定電流、阻抗特性、屏蔽和可靠性。濾波器的安裝正確與否對其插入損耗特性影響很大，只有安裝位置恰當，安裝方法正確，才能對干擾起到預期的濾波作用。在安裝濾波器時，應考慮安裝位置，輸入輸出側的配線必須屏蔽隔離以及高頻接地和搭接方法。屏蔽技術軟開關技術擴頻調(diào)制技術PCB設計技術接地技術高頻開關電源及濾波器設計高頻開關電源設計要求根據(jù)以上所述，本次開關電源設計要求為：工作溫度：-20°C?+55°C。輸入電壓：3/N/PE?380/220V50Hz。其中：輸入電壓范圍：AC323?AC437V輸入頻率范圍：46?54Hz輸入端功率因數(shù)$0.90。額定輸出電壓：DC28V；輸出電壓調(diào)整范圍：DC20V?DC32V。額定輸出功率為12KW。輸出紋波電壓為：不大于150mV(峰峰值，含尖峰噪聲)。(7)整機工作效率：不小于80%。高頻開關電源設計方案電源濾波器設計電源濾波器又稱為電源線濾波器(PowerLineFilter)，安插在電源線和設備之間，用來抑制射頻信號傳播，可以毫無衰減的把直流、50Hz、400Hz等直流或者低頻電源功率傳送到用電設備，并能夠顯著地衰減經(jīng)電源線傳入的傳導騷擾信號防止其進入電源，危害其他設備。電源濾波器同時也是一種雙向濾波器，既能有效阻止外界的電磁干擾經(jīng)電源線進入設備，又能阻擋設備自身工作中產(chǎn)生的電磁騷擾經(jīng)電源線進入電網(wǎng)，從而傳送到其他敏感設備，所以電源線濾波器是抗干擾和干擾抑制中都用得著的一種器件。3.3.1EMI濾波器的基本形式EMI濾波器的設計原則3總結通過本次大作業(yè)的寫作，使我了解了現(xiàn)代電源技術電力電子技術的發(fā)展、應用和電源技術未來的發(fā)展趨勢以及開關電源的基本技術，讓我提高了對理論知識的應用能力。通過前段