該如何降低開關(guān)電源中的噪聲
點(diǎn)擊次數(shù)：23110 更新時(shí)間：2020-06-29
該如何降低開關(guān)電源中的噪聲
開關(guān)電源電路結(jié)構(gòu)與降噪原理
該開關(guān)電源的設(shè)計(jì)目標(biāo)是穩(wěn)定20 V輸出，輸出電流0～2 A可變，用于音響系統(tǒng)。為了突出降低電磁噪聲的處理，簡化電路，用單片開關(guān)電源芯片TOP224Y進(jìn)行設(shè)計(jì)。TOP224Y已包含了PWM調(diào)制所需的電路以及激勵(lì)管輸出，由它激勵(lì)變壓器，開關(guān)頻率為100 kHz，MOS激勵(lì)管的耐壓為700 V，輸出功率小于45 W。電路如圖1所示，該電路可以獲得大的輸出功率，只需改部分器件。圖1中左邊的電路R1，L1，D1，C1至C7是常規(guī)的共模濾波和整流電路，獲取約300 V的直流電壓供DC-DC變換電路使用;右邊電路L5，C11等是普通的LC濾波電路;IC2，D8，R9，R10組成電壓反饋電路，形成閉環(huán)結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定電源輸出電壓;中間部分是DC-DC變換器，降噪聲的關(guān)鍵是對這一部分的電路進(jìn)行適當(dāng)處理。
圖1：低噪聲開關(guān)電源原理圖
對于中間部分電路而言，TOP224Y作為PWM、激勵(lì)，都是常規(guī)處理。端C的工作電壓取自變壓器的反激勵(lì)電壓，其中D3是整流管，D4是發(fā)光二管，用作指導(dǎo)燈。C端的反饋信號來自IC2的輸出。芯片的漏輸出端D連接變壓器和R1，D2，其中R1是半導(dǎo)體壓敏電阻，與D2一起組成芯片限壓保護(hù)電路，防止芯片因過壓而擊穿。該項(xiàng)電路的激勵(lì)方式采用以正激勵(lì)為主的正、反混合激勵(lì)式，變壓器有4個(gè)繞組，其中2個(gè)是基本相似的輸出繞組n3，n4，它的同名端關(guān)系如圖2所示。
圖2：電路續(xù)流的路徑
DC-DC變換后的整流管使用了三只：D5，D6和D7，沒有立設(shè)置續(xù)流二管，不同于其他電源電路。D5為續(xù)流而設(shè)置的復(fù)用二管，D6和是正激勵(lì)脈沖整流二管，D7是反激勵(lì)電壓整流二管。L4是DC-DC變換后的濾波電感。在正激勵(lì)期間，變壓器輸出繞組n3經(jīng)D6，L4輸出電流，濾波電感L4中電流i4增大，同時(shí)，變壓器自身利益的激勵(lì)磁電流i1也在增大。
當(dāng)正激勵(lì)結(jié)束馬上就進(jìn)入反激勵(lì)階段，濾波電感L4中電流i4將從原值逐步減小。而變壓器中也會保持勵(lì)磁電流，但它是多繞組結(jié)構(gòu)，勵(lì)磁電流可以出現(xiàn)在任意一個(gè)繞組中，各電流方向以維持原磁場方向?yàn)闇?zhǔn)。如果當(dāng)時(shí)的濾波電感電流i4>n1i1/n4，可以將變壓器磁芯中的勵(lì)磁電流轉(zhuǎn)移至n4繞組。也就是電流i4流經(jīng)變壓器輸出繞組n4，除了維持變壓器磁芯磁場，尚有多余，其余量在n4與n3中按匝數(shù)比分配。此時(shí)，二管D5馬上導(dǎo)通，二管D6繼續(xù)導(dǎo)通，而二管D7仍然截止。變壓器繞組無感生電壓，不放釋放磁場能。隨著濾波電感儲能的釋放，電流i4逐步減小，直至i4=n1i1/n4時(shí)，D6進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。可見D6沒有被除數(shù)強(qiáng)迫截止，處理得當(dāng)，可以消除其關(guān)斷噪聲。接著，變壓器開始產(chǎn)生反激勵(lì)電動勢而釋放儲能，二管D7開始導(dǎo)通，變壓器的反激勵(lì)電壓被。直到變壓器儲能釋放盡，等待下一個(gè)周期的激勵(lì)。
按照這一方法處理，可以消除整流二管D6的硬關(guān)斷噪聲，但變壓器漏感造成的芯片激勵(lì)管的硬關(guān)斷噪聲仍然存在，這里的輔助繞組可以起到的吸收作用。對于整流二管的硬開通噪聲，仍采用RC電路吸收能量，降低噪聲，如圖1中的R7，C10電路。
