【導(dǎo)讀】傳統(tǒng)電源的優(yōu)劣性能。電磁兼容性設(shè)計(jì)的介紹。根據(jù)反饋回路信息控制開(kāi)關(guān)的開(kāi)合調(diào)整占空比獲得穩(wěn)定電源輸出。采用適當(dāng)?shù)腅MI濾波器抑制共模騷擾。通過(guò)緩沖和鉗位的方法克服反向尖峰電流和尖峰電壓。新接地技術(shù)分離噪聲源和敏感電路。得其體積小，重量輕，效率更高，在中、小功率的市場(chǎng)已經(jīng)代替了線性穩(wěn)壓電源的地位。此，開(kāi)關(guān)電源對(duì)電網(wǎng)會(huì)造成污染。開(kāi)關(guān)電源向周圍空間的輻射騷擾、開(kāi)關(guān)電源對(duì)同一電網(wǎng)中其他用電設(shè)備。的高頻傳導(dǎo)干擾等電磁兼容方面的問(wèn)題成了阻礙開(kāi)關(guān)電源進(jìn)一步推廣發(fā)展的絆腳石。世界市場(chǎng)大門的通行證，而開(kāi)關(guān)電源的電磁兼容性更是首當(dāng)其沖。無(wú)阻，被消費(fèi)者接受。EMI是指電器產(chǎn)品向外發(fā)出干。EMS是指電器產(chǎn)品抵抗電磁干擾的能力。影響，也不對(duì)周圍環(huán)境造成電磁干擾。電磁干擾的三個(gè)要素是干擾源、耦合途徑和敏感設(shè)備。開(kāi)關(guān)電源工作時(shí)，副邊整流電路的高速恢復(fù)二極管也處于高頻通斷狀態(tài)。極管和濾波電容也構(gòu)成了高頻開(kāi)關(guān)電流的環(huán)路。

　　

【正文】 在濾波器中出現(xiàn) 的靜電積累。 圖 4 開(kāi)關(guān)電源交流側(cè) EMI 濾波器電路 圖 5 是開(kāi)關(guān)電源的直流輸出側(cè)濾波電路，它由共模扼流圈 L L2，扼流圈 L3 和電容 C C2 組成。為了防止磁芯在較大的磁場(chǎng)強(qiáng)度下飽和而使扼流圈失去作用，磁芯必須采用高頻特性好且飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度大的恒μ磁芯。 圖 5 支流側(cè)濾波電路 用屏蔽來(lái)抑制輻射及感應(yīng)干擾 開(kāi)關(guān)電源干擾頻譜集中在 30MHz以下的頻段，直徑 rλ/2π,主要是近場(chǎng)性質(zhì)的電磁場(chǎng)，且屬低阻抗場(chǎng)?？捎脤?dǎo)電良好的材料對(duì)電場(chǎng)屏蔽，而用導(dǎo)磁率高的材料對(duì)磁場(chǎng)屏蔽。此外，還要對(duì)變壓器、電感器、功率器件等采取有效的屏蔽措施。屏蔽外殼上的通風(fēng)孔最好為圓形，在滿足通風(fēng)的條件下，孔的數(shù)量可以 多，每個(gè)孔的尺寸要盡可能小。接縫處要焊接，以保證電磁的連續(xù)性。屏蔽外殼的引入、引出線處要采取濾波措施。對(duì)于電場(chǎng)屏蔽，屏蔽外殼一定要接地。對(duì)于磁場(chǎng)屏蔽，屏蔽外殼不需接地。 合理的 PCB 布局及布線 敏感線路主要是指控制電路和直接與干擾測(cè)量設(shè)備相連的線路。要降低干擾水平，最簡(jiǎn)單的方法就是增大干擾源與敏感線路的間距。但由于受電源尺寸的限制，單純的增大間距并非解決問(wèn)題的最佳途徑，更為合理的方法是根據(jù)干擾電場(chǎng)的分布情況將敏感線路放在干擾較弱的地方。 PCB 抗干擾布局設(shè)計(jì)流程如圖 6 所示。 圖 6 PCB 抗干擾布局設(shè)計(jì)流程 開(kāi)關(guān)電源技術(shù)參數(shù) 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是計(jì)算機(jī)、通信和航空事業(yè)的迅速發(fā)展，人們對(duì)各種儀器設(shè)備的體積、重量、效率要求是越來(lái)越高。這就為體積小、重量輕、效率高的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源提供廣闊的發(fā)展空間。下面我們給出開(kāi)關(guān)電源的主要技術(shù)參數(shù)，客戶選用產(chǎn)品時(shí)應(yīng)參閱相應(yīng)產(chǎn)品的技術(shù)規(guī)格書。 一 .主要技術(shù)參 數(shù) 交流輸入電壓范圍： 85132VAC， 176265VAC 或 85265VAC 輸入頻率范圍： 4763Hz 直流輸入電壓范圍： 928VDC、 1836VDC、 3672VDC、 85176VDC、 200400VDC、 輸出電壓： 輸出功率： 效率： 75%（典型值） 線性調(diào)整率： ≤% 負(fù)載調(diào)整率： ≤1% 紋波及噪聲： ≤1%V。 輸出保持時(shí)間： 20ms（ 220VAC，典型值） 1啟動(dòng)時(shí)間： 1溫度系數(shù)： 177。%/℃ 1輸出電壓調(diào)整范圍： 177。10%（主路） 1輸出過(guò)載保護(hù)： 105%150% 1輸出過(guò)壓保護(hù)： 115%150% 1耐壓：輸入 輸出 3KVAC/min（ ）、輸入 地 、輸出 地 1絕緣阻抗： ≥100MΩ（ 500VDC） 1工作環(huán)境溫度： 045℃ 、 10℃ 60℃ 、 25℃ 60℃ 、 25℃ 75℃ 1安全標(biāo)準(zhǔn)：符合 GB4943， UL1950， EN60950， CE， CCC 等安全規(guī)范 EMC 標(biāo)準(zhǔn)：符合 EN55022 CLASS B， FCC Part 15,EN61000 21. 壽命：可以在 45℃ 的環(huán)境溫度下，滿載工作一年以上。 開(kāi)關(guān)電源多路輸出技術(shù)控制方法綜述 多路輸出技術(shù)中一個(gè)重要性能指標(biāo)就是負(fù)載交叉調(diào)整率的問(wèn)題，我們通常采用變壓器副邊多個(gè)繞組的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)多路輸出。但是這種方法一般只采樣一路主輸出進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)控制，因此交叉調(diào)整性能較差。改善多路輸出開(kāi)關(guān)電源交叉調(diào)整率的方法可分為無(wú)源和有源兩類。本文首先介紹了幾種傳 統(tǒng)的多路輸出技術(shù)，并對(duì)其進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析和總結(jié)。重點(diǎn)介紹了兩種新的多路輸出技術(shù)：恒流源實(shí)現(xiàn)多路輸出和 PWM—PD 多路輸出技術(shù)。結(jié)合典型拓?fù)涮接懥?PWM—PD 技術(shù)的應(yīng)用前景。 l 傳統(tǒng)的多路輸出方法 1)無(wú)源調(diào)節(jié) 無(wú)源調(diào)節(jié)通過(guò)在次級(jí)增加一些簡(jiǎn)單的無(wú)源器件可以使負(fù)載交叉調(diào)整率得到一定的改善。無(wú)源調(diào)節(jié)包括耦合電感調(diào)節(jié)控制和加權(quán)電壓反饋調(diào)節(jié)控制兩種，如圖 1 所示。前者通過(guò)將輸出電感 L L2 繞在同一磁芯上，相當(dāng)于增大了濾波電感，使輔輸出穩(wěn)壓，從而使負(fù)載交錯(cuò)性能得到一定改善。加權(quán)電壓反饋調(diào)節(jié)同時(shí)檢測(cè)反饋幾路 輸出電壓加權(quán)和到控制電路中，通過(guò)合理設(shè)計(jì)各路輸出反饋電壓的加權(quán)因子，調(diào)整各路輸出電壓。這兩種方法都存在調(diào)節(jié)誤差。但它們實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單，不增加電路的復(fù)雜性，適用于對(duì)輸出電壓精度要求較低的場(chǎng)合。 2)有源調(diào)節(jié) 有源調(diào)節(jié)也可稱為次級(jí)后置裝置調(diào)節(jié)，即通過(guò)在變壓器副邊加入一級(jí)有源調(diào)節(jié)裝置對(duì)次級(jí)整流電路進(jìn)行調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)輔輸出電壓的調(diào)整。以正激電路為例，圖 2 給出了五種不同類型的次級(jí)后置裝置調(diào)節(jié)方式，他們具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。表 l 給出了不同類型調(diào)節(jié)方式在電路結(jié)構(gòu)、效率、性價(jià)比、調(diào)整率以及應(yīng)用場(chǎng)合等方面的特性比較。 2 新奇的多路輸出技術(shù) 1)恒流源實(shí)現(xiàn)多路輸出技術(shù) 傳統(tǒng)的多路輸出技術(shù)存在交叉調(diào)整率較差或者電路過(guò)于復(fù)雜等問(wèn)題，恒流源多路輸出技術(shù)通過(guò)對(duì)幾個(gè)控制開(kāi)關(guān)的簡(jiǎn)單控制可很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)不同負(fù)載的供電。 (1)工作原理 圖 3 給出了恒流源實(shí)現(xiàn)多路輸出的基本工作原理。如圖所示，多個(gè)平行負(fù)載分別通過(guò)一個(gè)輸出控制開(kāi)關(guān)接在恒流源的后級(jí)，采用分時(shí)復(fù)用 (TM)的方法，每個(gè)輸出開(kāi)關(guān)在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)只有一段間隔時(shí)間與電流源連接，通過(guò)控制開(kāi)關(guān)的開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)間可以控制每路輸出電容上的電壓值，實(shí)現(xiàn)多路輸出電壓。該恒流源可以用平 均電流控制型 Buck，Buck—Boost， SEPIC，反激等單電感 PWM DC—DC 變換器來(lái)實(shí)現(xiàn)，假如輸入輸出需要電氣隔離則可用正激變換器拓?fù)洹８鶕?jù)不同的電路拓?fù)?，電路可工作在斷續(xù) (DCM)模式，也可工作在連續(xù) (CCM)模式，還能實(shí)現(xiàn)輸出的雙極性。 (2)控制方法 輸出開(kāi)關(guān) S S S3 的占空比控制有幾種控制方法。一種是滯后控制，如圖 4 所示。t1 時(shí)間內(nèi)第一路輸出電壓 Uo1 低于其下限值時(shí)， S1 導(dǎo)通，電流源對(duì)輸出電容 C1 充電，輸出電壓逐漸升高，當(dāng)達(dá)到它的上限電壓值時(shí)， S1 關(guān)斷。當(dāng) S S S3 都關(guān) 斷，沒(méi)有任何負(fù)載與恒流源接通時(shí)， Sr 導(dǎo)通，恒流源通過(guò) Sr 續(xù)流。每路輸出與恒流源的導(dǎo)通時(shí)間在一定范圍內(nèi)取決于它的滯后帶寬。采用滯后控制的功率開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)頻率是不斷變化的，不利于電路參數(shù)的設(shè)計(jì)。 電壓反饋控制是另一種更可取的方法，對(duì)各個(gè)開(kāi)關(guān)進(jìn)行恒頻脈寬調(diào)制控制，各路輸出開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)應(yīng)選用同一斜坡信號(hào)以保持同步。以兩路輸出的 Buck 變換器為例，如圖 5 所示。 VT1 和 VT2， VTr 和 VT1， VTr 和 VT2 的驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間須有一定的死區(qū)。 恒流源實(shí)現(xiàn)多路輸出技術(shù)的方法電路磁性元器件少，控制電路簡(jiǎn)單，如開(kāi)關(guān)占空比留 有一定的死區(qū)時(shí)間則各路輸出之間完全不存在負(fù)載交叉調(diào)整率的問(wèn)題，但輕載時(shí)效率較低，比較適用于便攜數(shù)字電路系統(tǒng)中的儲(chǔ)備電源。 2)PWM—PD(Pulse width modulation—pulsedelay control)多路輸出技術(shù) (1)工作原理 PWM—PD 多路輸出技術(shù)基于脈寬調(diào)制一脈寬延遲控制技術(shù)之上研究出新的多路輸出變換器拓?fù)?。利?PWM—PD 多路輸出技術(shù)獲得的獨(dú)立控制參數(shù)個(gè)數(shù)多于拓?fù)渲锌煽仄骷膫€(gè)數(shù)。它的基本工作原理如圖 6(a)所示，以正反激變換器為例。電路有三路輸出，兩個(gè)功率開(kāi)關(guān) 管，中間為功率級(jí)。要實(shí)現(xiàn)三路精確輸出則需要三個(gè)獨(dú)立控制參數(shù)對(duì)電路進(jìn)行控制。占空比 dA、 dB 分別為 VTA、 VTB 的同頻控制信號(hào)，控制第一路和第三路的輸出電壓。另外一個(gè)控制信號(hào)取決于 dA、 dB 之間的延時(shí) dA、 dd dB 控制第二路輸出電壓。這樣三個(gè)控制信號(hào) dA、 dB、 dd dB 就可實(shí)現(xiàn)三路輸出的精確調(diào)節(jié)。電路只需控制兩個(gè)開(kāi)關(guān)功率器件就能獲得三路輸出電壓。該控制電路可以通過(guò)模擬集成芯片實(shí)現(xiàn)，亦可采用數(shù)字控制，控制信號(hào) dA、 dB、 dd 應(yīng)滿足下面條件，如圖 6(b)所示。 (2)典型應(yīng)用 PWM—PD 多路輸出技術(shù) 適用于很多 DC／ DC 拓?fù)洹８鶕?jù)中間的 DC／ DC 變換器功率模塊的不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可分為以下三類： ① 無(wú)隔離變壓器的變換器，如圖 7(a)； ② 有變壓器并接有后置調(diào)節(jié)裝置的變換器，其中又包括變壓器多副邊及單副邊繞組兩種情況，如圖 7(b)； ③ 有變壓器但不接后置調(diào)節(jié)裝置的變換器，如圖 6(a)。 上述幾種 PWM—PD 多路輸出拓?fù)溆行┲贿m用于非隔離場(chǎng)合，有些受到功率等級(jí)的限制。文獻(xiàn)提出了一種基于 PWM—PD 控制技術(shù)的全橋式多路輸出變換器，見(jiàn)圖 8。 基本工作原理：開(kāi)關(guān)管 VT1 和 VT2 組成第一路不對(duì)稱半橋， VT3 和 VT4 組成第二路不對(duì)稱半橋，兩組不對(duì)稱半橋并聯(lián)則組成一個(gè)全橋電路。對(duì)三路輸出分別進(jìn)行采樣可獲得三個(gè)誤差放大電壓。利用 Uo2 的誤差信號(hào)產(chǎn)生兩路 PWM—PD脈沖分別同步兩路 PWM信號(hào)，兩路 PWM 信號(hào)可分別產(chǎn)生兩路互補(bǔ)信號(hào) UVTl、 UVT2 和 UVT UVT4，經(jīng)脈沖隔離變后分別控制四個(gè)開(kāi)關(guān)管，則 Uo1 和 Uo3 可分別通過(guò)控制 UVT1 和 UVT3 的占空比獲得精確控制， Uo2 由 UVT1 和 UVT4 之間的相移控制。 此外，通過(guò)擴(kuò)展橋臂還可以實(shí)現(xiàn) 2N 一 1 路輸出 (N為橋臂數(shù) )，每一路都能獲得精確控制。利用變壓器漏感 還可以實(shí)現(xiàn)四個(gè)開(kāi)關(guān)管的 ZVS 運(yùn)行，使變換器可以工作在更高的開(kāi)關(guān)頻率。該方法較之傳統(tǒng)的后置裝置調(diào)節(jié)控制電路更為簡(jiǎn)單，所需元器件少，成本低，效率高，交叉調(diào)整率好，輸出電壓精確，對(duì)輸出電壓調(diào)整率要求高的大功率場(chǎng)合如通信電源、工業(yè)電源等具有實(shí)際意義。 3 結(jié)束語(yǔ) 交叉調(diào)整率是評(píng)估多路輸出開(kāi)關(guān)電源的重要性能指標(biāo)之一。本文對(duì)傳統(tǒng)的多路輸出控制技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹和總結(jié)，對(duì)于輸出精度不高的場(chǎng)合，低成本的無(wú)源調(diào)節(jié)方式可以滿足設(shè)計(jì)要求。隨著通信、數(shù)字處理技術(shù)的發(fā)展，輸出調(diào)整率好的大功率多路輸出變換器越來(lái)越受到業(yè)界的歡迎 。基于 PWM—PD 控制技術(shù)的多路輸出變換器控制簡(jiǎn)單，所需元件少，效率高，交叉調(diào)整率好，其研究對(duì)未來(lái)多路輸出技術(shù)的發(fā)展具有很好的參考價(jià)值