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开关电源典型电路与EMI介绍
时间:2021-05-22 09:10:42 点击次数:1554

通过PWMIC操控开关管的导通与否,配合级侧的二极管和电容,即可得到安稳DC电压的输出。Ui为含有必定交流成份的直流电压,由开关功率管斩波和高频变压器降压将贮存于在变压器的能量传递给次级侧,转换成所需电压值的方波,最后再将这个方波电压经整流滤波变为所需要的直流电压。此外改动变压器初、次级的圈数,就可以得到想要的DC电源。PWM操控电路是这类开关电源的中心,它经过取样反馈闭环回路,调整高频开关元件的开关时间份额即占空比,以到达安稳输出电压的目的。

 

1-1反激式开关电源典型电路结构

因为高频变压器的磁芯仅作业在磁滞回线的一侧,并且只要一个输出端,而MOS开关率管导通时,次级整流二极管截止,电能就贮存在高频变压器的初级电感线圈中;MOS功率管关断时整流二极管导通,初级线圈上的电能传输给次极绕组,并经过次级整流二极管输出,故称之为单端反激式。

 

第一节开关电源的干扰特性及其按捺方案

开关电源虽然具有许多长处并得到广泛的应用,但因为它具有严重的射频干扰,在线性电路中的应用一向遭到很大的限制。开关电源是把工频交流整流为直流后,再经过开关变为高频交流,这以后再整流为安稳直流的一种电源,这样就有工频电源的整流波形畸变发生的噪声与开关波形发生的噪声。在输入侧泄露出去就表现为传导噪声和辐射噪声,在输出侧泄露出去就表现为纹波。一起外部噪声会进到电子设备中,而供给负载的电源噪声也会泄露到外部。若电源线中有噪声电流经过,电源线就相当于天线向空中辐射噪声。而这些噪声都会影响设备的正常作业。要想使其得到更广泛的应用,满足电磁兼容性的有关目标,就需要有效地按捺开关电源的干扰

 

杂讯干扰的途径有两种,即传导干扰与辐射干扰。以下分别对两种干扰的特性与按捺方案做一介绍。

1.1传导干扰及其按捺方案

从导线传入的干扰称为传导干扰,其干扰能量经过导电体进行传达,开关电源的输入、输出引线都是传导干扰的媒介。

开关电源发生的干扰会沿电源引线进入电网,污染电网,使同一电网的电子设备遭到干扰。一起电源的输出线还将把干扰噪声传递给负载,使作为电源负载的电子设备直接遭到干扰,当这种干扰起伏若大到必定程度,会影响线性电路和一些小信号电路的正常作业。

因为传导干扰首要是经过输入输出引线进行传达因而相对来说传导干扰的按捺要容易些,首要方案是加接输入输出滤波器。

在开关电源的输入侧要介入电容与电感构成的滤波器,用于按捺交流电源发生的EMI,而该滤波器也称为电磁兼容(EMI)滤波器。其电路如图2-1所示。

  

2-1输入端抑制传导干扰电路(EMI)

该滤波器是一典型的低通滤波器使开关电源产生的一些高频脉冲干扰经过它后得到极大的衰减,能较好的滤除来源于电网或者传入电网的干扰,使其符合FCCCEVDE等规范。

图中L901L902为共模扼流圈,它是绕在同一磁环上的两只独立的线圈,圈数相同,绕向相反,在磁环中产生的磁通彼此抵消,磁芯不会饱满,首要按捺共模干扰,感值愈大对低频干扰按捺作用愈佳。这样绕制的滤波电感按捺共模干扰的性能大大提高。L901L902别离挑选感值为2.OmH15mH的共模扼流圈。

c901C902为共模电容,首要按捺差模干扰,即前方和零线别离与地之间的干扰。电容值愈大对低频干扰按捺作用愈好,在这里选用102PF/250V

c903C904为差模电容,首要按捺共模干扰,即按捺前方和零线之间的干扰。电容值愈大对低频干扰按捺作用愈佳,在这里选用0.47uF/300V。有时为了降低成本也可将C904省去。

图中CN901为插座,接电网电压。F901为保险丝,电路中选用了标准为2A/250V的保险丝,它在高压时熔断,可防止设备在突发的高压时引起的损坏。NR901为负温度系数热敏电阻,开机瞬间温度低,阻抗大,防止电流对回路的浪涌冲击。常温下其标准为5A/52R9o1R902对立干扰电容起泄放作用,可于关机后迅速消耗掉C903储存的电能,防止带电损耗元件。它们的标准都为1MQ,一般选用金属釉资料。

对输出端的干扰按捺,首要也是靠高频滤波器,电路图如下所示。

  

输出端按捺传导干扰电路

滤波电感因为作业在直流大电流状态下,磁芯在较大的磁场强度下作业,简单包括,一旦饱满,电感即失掉滤波作用。因此有必要采用饱满磁场强度很大的恒u磁心,如铁镍钼磁粉芯等金属磁芯。

因为输出干扰的频谱相当丰富,从几十赫兹到几十兆赫兹均含分量。因为在高频的情况下,滤波电容等效由纯电容(C)、等效串联电阻(RES)和等效串联电感(LES)构成的串联电路。在作业频率f超过电容器的自谐振频率fr时,电容器就起到电感的作用。值大的滤波电容对低频干扰比较敏感,相反,值小的滤波电容吸收高频干扰的作用比较好。因此不能光采用大电解电容滤波C916,还有必要加接自谐振频率很高的陶瓷电容器C917

此外,输出干扰的幅度还与PCB板的布线有很大联系,不合理的布线往往会使干扰幅度大几倍,尤其是接地点的组织特别重要。

 

1.2辐射干扰及其按捺方案

从空间传入的干扰称为辐射干扰,一般是指耦合干扰,即干扰能量通过空间介质进行近场感应。因为开关电源一般作业在低压大电流情况下,因此磁场干扰大于电场干扰。主要由开关变压器的漏感、开关功率管在开关转换时的大电流脉冲、开关二极管反向恢复的硬特性等引起。

辐射干扰的按捺主要靠屏蔽。对电场可采用导电良好的资料,而磁场屏蔽则应采用导磁率较高的资料。在本文中就不作详细论述。

按捺干扰最有用的方法,是尽量减少干扰源的干扰能量。对开关电源变压器要减少其漏感,并选择开关参数优秀的晶体管和软恢复的开关二极管。

  

脉宽调制操控器SG6841

 

2.1PWM操控器SG6841简介

目前,开关电源的集成化与小型化已成为实际,前期的PWMIC大多采用UC384X系列

(UC3842UC3843)但因为新产品越来越积体化及环保和安规要求越来越严苛的趋势下呈现了384XG684X等具有GreenFunctionICGreenFunction为环保功用的意思,亦称之为BlueAngel,其要求是在满载70W以下的电源产品,当负载没有输出功率的情况下,输入电源仍照旧供应时,电路耗费功率必需小于1W以下。欧系的InfineonCoolsetICE2AXXXICE2BXXX系列不只具有GreenFunction,并且把以往外加的功率开关集成在8DIPIC内,以节约空间和制作流程。

 

SG6841是由SystemGeneral崇贸科技开发的一款高功用固定频率电流形式操控器,专为离线和DCDC变换器使用而规划。它归于电流型单端PWM调制器,具有管脚数量少、外围电路简单、安装调试简洁、功用优良、价格低廉等长处,可精确地操控占空比,完成稳压输出,还拥有低待机功耗和很多维护功用,所以,为规划人员供给只需最少的外部元件就能获得本钱效益高的解决方案,在实际中得到广泛的使用。SG6841有下列功用特色:

1.在无负载和低负载不时,PWM的频率会线性降低进入待机形式以完成低功耗,同时供给稳定的输出电压。

2.因为采用BiCMOS,发动电流和正常作业电流削减到30uA3mA,因此可大大提高电源的转换功率。

3.SG6841是固定频率的PWM操控器,它的作业频率经过一个外接电阻来决定,改动电阻值可轻易改动频率。

4.内建同步斜率补偿电路,可确保接连作业形式下电流回路的稳定性。

5.内建电压补偿电路可在一个较大的AC输入范围内完成功率限制操控,并供给过载、短路维护功用。此外,还设有低电压锁定(UVLO)功用,使作业更稳定、牢靠。

6.可经过外接一个负温度系数热敏电阻(NTCR)来传感环境温度以完成过温维护,也可利用该功用完成过压维护。

7.具有图腾柱(即推拉输出电路)输出极,可完成杰出的EMI。其最大输出电压钳位在18V

 

常见的SG68418DIPSO两种封装,其各引脚功用分别如下所示:

1.GND:接地。

2.FB:反应电压输入端。用于供给PWM调节信息,PWM占空比便是由它操控。

3.Vin:发动电流输入端。SG6841开始作业必须在该端要供给一个发动电压。

4.RI:参阅设置端。经过连接一个电阻接地来为SG6841供给一个稳定的电流,改动电阻阻值将改动PWM的频率。

5.RT:温度维护端。该端输出一个稳定的电流。在该端接一NTCR接地来传感温度,当该端电压下降到必定值时会发动过温维护。在本规划中,该功用被用于高压维护。

6.Sense:电流传感端。当该端电压到达一个阈值时芯片会停止输出从而完成过流维护。

7.VDD:电源供电端。

  1. Gate:PWM脉冲输出端。图腾柱(即推拉输出电路)输出极驱动功率开关管。

     

    SG6841内部框图

    2.2SG6841内部结构与作业原理

    1.振荡器

    SG6841PWM频率规模为50KHz10OKHzRI端经过衔接一个电阻Ri接地来为SG6841提供一个稳定的电流,改动电阻阻值将改动PWM的频率。

    IC内部放置电容CTB的充放电産生振荡波形,其上下限般定在2.7V1.1V,如三所示。常踞振荡电VSAW大於2.7V,比较器CA1的翰出凹凸芈位,Vpulse高高维位Ql截止。比较器CA2的翰出高高谯位,Q2尊通,CTB放电。营VSAW小於1.1VCA2的翰出凹凸隼位,CA1的翰出刹高隼位,Vpulse凹凸维位,Ql通,Q2截止,CTB充电。藉由外加电阻RI舆参考电厘VR能够産生一倜参电流IR,而踞茜波的充电电流是IC内部很小的电流:

     

    在本设计中,取Ri=24kSG6841PWM频率为70.42kHz1)

    欠压锁定

     

     

    SG6841采用了欠压锁定比较器来确保输出级被驱动之前,集成电路已完全可用。欠压锁定回路其实质是一个滞回比较器,以防止在通过它们各自的门限时产生过错的输出动作。它的开启电压为16V,关闭电压为10V。在启动过程中,比较器反向输入端为16V,当VDD<16V时,比较器输出为低电平,SG6841无法工作。当VDD升到16V时,欠压锁定器输出为高电平,SG6841正常工作,同时MOS管导通,使比较器反向输入端为10V。当VDD下降至10V欠压锁定器的输出回到低电平整个电路停止工作.SG68417脚端设置了一个32V的齐纳二极管,确保内部电路肯定工作在32V以下,以防电压过高损坏芯片。

     

    输出部分

     

     

     

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