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开关电源的噪声及拟制办法
开关电源因为其体积小，重量轻和效率高的显著长处而失去广泛应用。但它也有固有的毛病，即开关噪声、尖刺大。这种噪声和尖刺不仅影响电路的失常工作，而且还会烦扰邻近的电子设备，寻求减小开关电源噪声及其尖刺的办法，在理论利用中有着重要意义。本文结合实际就开关电源噪声品种及产生的原理进行剖析的同时，给出几种克制噪声的办法。
一、噪声的品种
开关电源噪声可分为两大类：
一是开关电源外部器件造成的烦扰。
二是外界因素影响而使电源产生的烦扰。
产生噪声的起源很多，如外来烦扰的雷电、机械振动、接触不良等，另外电路设计不当，元器件的参数抉择不当及整体构造布局、或布线不合理等都会使电源噪声增大。
二、噪声的起源
1、开关管及整流管
开关管和整流管在开明及关断转换过程中，在微秒量级回升和下降时间内的大电流变动所产生的射频能量成为噪声的次要起源。因为频率比拟高，它以电磁能的模式间接向空间辐射，或者以烦扰电流的模式沿着输入输出端导线传送。
2、电源外部寄生电容
开关电源产生噪声的另一个起源是外部寄生电容在开关状态下忽然充放电，尤以变压器寄生电容、半导体器件和散热器之间的电容以及导线到机架之间的电容为突出。这些电容总是存在的，咱们只能通过正当的设计布局以减小噪声，并尽量管制噪声的传输路径、
3、元器件个性变动
开关电源工作在较高的频率，会使低频元器件个性发生变化，由此产生噪声。
4、高频变压器
变压器是一个大的噪声源，在开关电源里它用作隔离与变压。但在高频状况下，它的隔离是很不现实的，变压器层间的分布电容使开关电源中的高频噪声很容易在高级与次级之间传递。变压器对外壳的分布电容造成另一条高频通道，而变压器四周空间产生的电磁场更容易在其它的引线上耦合成噪声。
三、噪声产生的起因
1、高频变压器高级 T1A、开关管 Q1 和滤波电容 C1 形成高频开关电流环路，可能会产生
较大的空间辐射。如果电容器滤波有余，则高频电流还会以差模形式传导到输出交流电源中去。原理图简化如下：
2、高频变压器次级 T1C、整流二极管 Ds、滤波电容 Cout 形成高频开关电流环路也会产生空间辐射。同样如果滤波电容有余，则高频电流将以差模模式混在输入直流电压上向外传导(如图 1)。
3、高频变压器的高级与次级之间存在分布电容 Cs, 高级的高频电压通过这些分布电容将间接耦合到次级下来，在次级的二条输入直流电源线上产生同相位的共模噪声。如果二条线对地的阻抗不均衡，还会转变成差模噪声。
4、输入整流二极管 Ds 会产生反向浪涌电流。二极管在正向导通时 PN 结内的电荷积攒，二极管加反向电压时积攒电荷将隐没并产生反向电流。因为开关电流需经二极管整 流，二极管由导通转变为截止的工夫很短，在短时间内要让贮存电荷隐没就产生了反向的浪涌电流。因为直流输出线路中的分布电容，散布电感，浪涌引起了高频衰减振荡，这是一种差模噪声。
输入整流二极管 Ds 的工作电流波形
5、开关管 Q1 的负载是高频变压器的初级线圈 T1A, 是理性负载，所以开关管关断时管子两端会呈现较高的浪涌尖峰电压，此尖峰电压产生的噪声会传导到输入输出两端去。
从上述剖析能够晓得开关电源中的噪声干扰源很多，烦扰路径也是多种多样的，影响较大的噪声干扰源能够演绎以下三种：
1) 二极管的反向归复工夫引起的烦扰。
2) 开关管工作时产生的谐波烦扰。
功率开关管在导通时流过较大的脉冲电流，在截止期间，高频变压器绕组漏感引起的电流渐变，会产生尖峰烦扰。
3) 交换输出回路产生的烦扰。
开关电源输出端整流管在反向归复期间也会引起高频衰减振荡产生烦扰。个别在整流电路之后总要接比拟大的滤波电容，因为整流管的导通角小，会使交换输出侧的交换电流产生畸变，影响了电网的供电品质。
四、克制噪声的办法
造成电磁干扰的三要素是干扰源、流传路径和受扰设施，因此克制电磁干扰也应该从这三个方面着手。首先应该克制干扰源，间接打消烦扰起因；其次是打消干扰源与受扰设施之间的耦合和辐射，切断电磁干扰的流传路径；三是进步受扰设施的抗扰能力，升高其对噪声的敏感度。
电路上的措施
开关电源产生电磁干扰的次要起因是电压和电流的急剧变动，因而尽可能地升高电路中电压和电流的变化率(du/dt,di/dt)。采纳排汇电路也是克制电磁干扰的好方法。排汇回路的基本原理就是开关断开时为开关提供旁路，排汇蓄积在寄生散布参数中的能量，从而克制烦扰产生。罕用的排汇电路有 RC,RCD,LC 等无源排汇网络和有源排汇网络。
具体措施如下：
1、在交流电输出端加电源滤波器，滤波器的电路图形如下图。其中 L1,L2,Cx 用于克制差模噪声，Cx 个别对低频段 (150K—数 M 之间) 的 EMI 防制无效，一般而言 Cx 越大，EMI 克制成果越好(但价格越高)。如 Cx 的值在 0.22uF 以上(蕴含 0.22uF)，安规规定必须要有洩放电阻。LG1,Y1,Y2 是克制共模噪声，其中 LG1 线圈数越多(线径绝对细一些)，EMI 防制成果越好，但温升可能会高。Y-CAP 会影响 EMI 个性，一般而言越大越好，但须思考漏电流和价格问题，漏电流必须合乎安规要求。
2、在电源的输入端加装共模噪声滤波器。在输入线上套上铁氧体磁环，做成共轭流圈，再装高频电容，这样能够克制局部共模噪声。加大输入滤波电感的电感量和滤波电容的电容量，能够克制差模噪声，多个电容并联比单个电容的克制成果更好。
3、输入整流二极管采纳多个二极管并联来分担负载电流、抉择具备反向归复电流呈软个性的整流二极管、适当升高开关管的开明速率、减小高频变压器的漏感并确保它不饱和等都是克制噪声的无效伎俩。
4、在高频变压器的原边、副边、开关管的 VDS 之间，以及输入整流二极管上加装 RC 排汇网络，克制电压尖峰和浪涌电流。或在输入整流二极管上串磁环，以此来克制二极管的反向浪涌电流，其实此处用 RCD 排汇会比用 RC 排汇成果较好。用 RCD 排汇，其整流管尖峰电压能够压得更低，而且排汇损耗更小。
5、PCB 板设计时，尽量减小高频回路的面积，缩短高频线号线。在整机布线时还应留神：
不要把开关电源的输出交换电源线和输入直流电源线靠在一起，更不能捆扎 在一起，同时尽可能的远离噪声源。
输入直流电源线最好是双绞线，至多应紧靠在一起走线。
电源的输入输出电源线应尽可能远离管制、驱动电路中的信号线。
6、尽量减小开关管集电极与散热片之间的分布电容。能够选用低介电常数的绝缘垫片，并适当的减少绝缘垫片的厚度。必要时，在绝缘垫之间插入薄铜板作为静电屏蔽用。
7、屏蔽，管制开关电源产生烦扰辐射的又一个办法是屏蔽，目标是切断电磁波的流传路径，用电磁屏蔽的办法电磁干扰问题不会影响电源失常工作。为避免脉冲变压器的磁场泄露，能够利用闭合环造成磁屏蔽，另外还要对整个开关电源进行电场屏蔽。屏蔽应思考散热和通风问题，屏蔽外壳上的通风孔最好为圆形多孔，在满足通风的条件下，孔的数量能够多，每个孔的尺寸要尽可能小。接缝处要焊接，以保障电磁通路的连续性，若对电场屏蔽，屏蔽外壳肯定要接地，否则，将起不到屏蔽成果。若对磁场屏蔽，屏蔽外壳则不需接地，对非嵌入的外置式开关电源的外壳肯定要进行电场屏蔽，否则，很难通过辐射骚扰测试。
