高频开关电源的干扰及抑制

大连理工大学网络教育学院毕业论文（设计）模板 网络教育学院电源技术课 程 设 计 题 目： 高频开关电源的干扰及抑制 学习中心： 层 次： 专 业： 年 级： 学 号： 学 生： 程剑 指导教师： 完成日期： 年 月 日 II目 录设计简介及要求11 高频开关电源的干扰原理分析11.1 高频开关电源工作原理11.2 高频开关电源干扰的来源21.3 高频开关电源干扰的存在形式及危害22 高频开关电源干扰的抑制技术22.1 滤波技术22.2 屏蔽技术32.3 软开关技术32.4 扩频调制技术32.5 PCB 设计技术32.6 接地技术33 高频开关电源及滤波器设计33.1 高频开关电源设计要求33.2 高频开关电源设计方案33.3 电源滤波器设计33.3.1 EMI滤波器的基本形式43.3.2 EMI滤波器的设计原则43 总结4设计简介及要求现代社会中，人类生活的各个方面都离不开电子设备的发展。电子设备大多数都依赖于开关电源来提供稳定的电力供应。开关电源以其高效率、低损耗、小体积等特点，近年来快速发展，在通信设备、医疗设备以及信息处理设备等不同领域中广泛应用，取得了巨大成就。由于开关电源工作在高频开关状态，内部会产生很高的电流、电压变化率(即高dv/dt和di/dt)，导致开关电源产生较强的电磁干扰(EMI)。在有限的空间及频谱资源条件下，随着电子设备密集程度不断增加，空间的电磁环境越来越复杂。为了适应对电子产品电磁兼容性能指标的高要求，需要对电磁兼容采取重视;同时，要研究开发电磁兼容新技术，采取有效的防护措施。所以，对于开关电源来说，电磁兼容问题的研究是十分必要的。EMI信号既具有很宽的频率范围，又有一定的幅度，它不仅对电网造成污染，直接影响到其他用电设备的正常工作，而且作为辐射干扰闯人空间，对空间也造成电磁污染。目前，抑制开关电源的EMI提高开关电源的质量使之符合EMC标准已成为开关电源设计者越来越关注的问题。本次设计就此问题展开分析，主要要求有以下几点：（1）围绕开关电源的工作原理，分析开关电源工作过程中产生电磁干扰的原因及抑制措施。（2）介绍开关电源的基本原理、干扰来源及抑制措施。（3）分析开关电源产生电磁辐射干扰的原因及造成的危害。（4）论述开关电源电磁干扰的抑制方法。1 高频开关电源的干扰原理分析由于开关电源具有效率高、容易实现小型化的优点，所以目前被广泛应用在电子设备中。但是开关电源本身就是噪声源，在工作时会产生干扰，这就需要采取措施对其产生的噪声进行抑制。目前开关电源的体积不断追求小型化，开关频率也随之提高，导致噪声不断增加。要保证开关电源设备的正常工作，就需要对噪声的抑制加以重视。1.1 高频开关电源工作原理开关电源将市电直接整流滤波成为直流高压，然后通过逆变器转换成低压的高频交流电压，再经过二次整流和滤波变成所需要的直流低电压。考虑到目前大量应用的开关电源都是采取AC/DC-DC/DC级联的形式，因此，图1所示的开关电源结构具有较强的代表性。图1 典型开关电源电路结构交流电网电压经第一次的整流和滤波平滑后变成直流电压作为DC/DC变换器的输入电压。然后，通过二次整流滤波得到输出直流电压，即为所需要的负载电压。采样电压与基准电压进行比较，将比较差值放大后用以调节开关控制脉冲的占空比，从而调节变换电路中功率变换开关的通断比来稳定输出电压。1.2 高频开关电源干扰的来源开关电源上的干扰主要来源于如开关管、二极管、高频变压器这些电压、电流变化大的器件。其主要的干扰源主要有二个方面，开关电路产生的电磁干扰，整流电路产生的干扰以及高频变压器形成的辐射干扰。开关电源中的干扰主要来源于开关电路产生的电磁干扰。开关电源中的开关电路主要是由开关管和高频变压器组成。开关管工作在高电压大电流的切换状态，在其由断开转变为导通状态时，开关管负载上的变压器初级线圈上形成浪涌尖峰电压;由导通转变为断开状态时，则会形成浪涌电流，构成传导干扰。干扰的另一来源是整流电路中的二极管，在其截止状态时产生尖峰状反向电流，它与二极管结电容以及引线电感等形成阻尼正弦振荡，也含有大量的谐波成分，产生较强的高频干扰成为干扰的来源之一。1.3高频开关电源干扰的存在形式及危害2 高频开关电源干扰的抑制技术开关电源的EMI 抑制技术除屏蔽、接地等常用方法外，一些新技术，如：EMI滤波器技术、共模干扰有源抑制技术、软开关技术、功率管优化驱动技术、扩频调制技术等均有研究和发展。2.1 滤波技术在设计和选用滤波器时应注意频率特性、耐压性能、额定电流、阻抗特性、屏蔽和可靠性。滤波器的安装正确与否对其插入损耗特性影响很大，只有安装位置恰当，安装方法正确，才能对干扰起到预期的滤波作用。在安装滤波器时，应考虑安装位置，输入输出侧的配线必须屏蔽隔离以及高频接地和搭接方法。2.2 屏蔽技术2.3 软开关技术2.4 扩频调制技术2.5 PCB 设计技术2.6 接地技术3 高频开关电源及滤波器设计3.1 高频开关电源设计要求根据以上所述，本次开关电源设计要求为：（1）工作温度：-20+55。（2）输入电压：3/N/PE380/220V 50Hz。其中：输入电压范围：AC323AC437V输入频率范围：4654Hz（3）输入端功率因数0.90。（4）额定输出电压：DC28V；输出电压调整范围：DC20VDC32V。（5）额定输出功率为 12KW。（6）输出纹波电压为：不大于 150mV（峰峰值，含尖峰噪声）。（7）整机工作效率：不小于80%。3.2 高频开关电源设计方案3.3 电源滤波器设计电源滤波器又称为电源线滤波器(Power Line Filter)，安插在电源线和设备之间，用来抑制射频信号传播，可以毫无衰减的把直流、50Hz、400Hz等直流或者低频电源功率传送到用电设备，并能够显著地衰减经电源线传入的传导骚扰信号，防止其进入电源，危害其他设备。电源滤波器同时也是一种双向滤波器，既能有效阻止外界的电磁干扰经电源线进入设备，又能阻挡设备自身工作中产生的电磁骚扰经电源线进入电网，从而传送到其他敏感设备，所以电源线滤波器是抗干扰和干扰抑制中都用得着的一种器件。3.3.1 EMI滤波器的基本形式3.3.2 EMI滤波器的设计原则3 总结通过本次大作业的写作，使我了解了现代电源技术电力电子技术的发展、应用和电源技术未来的发展趋势以及开关电源的基本技术，让我提高了对理论知识的应用能力。通过前段时间在公司的实习、学习让我深刻的了解到，一个性能高效的电源，对于用电设备是何等的重要。 总之，我深刻体会到要做好一件事情，需要有系统的思维方式和方法，对待要解决的问题，要耐心、要善于运用已有的资源来充实自己。同时我也深刻的认识到，在对待一个新事物时，一定要从整体考虑，完成一步之后再作下一步，这样才能更加有效。 4