【正文】 數(shù)，T為環(huán)境溫度(用熱力學(xué)溫度表示)，q是電子電量。當(dāng)TA=25℃時(shí)，T=298K,kT/q=。ICIC1分別為VTVT2的集電極電流。IS為晶體管的反向飽和電流，對(duì)于小功率管，IS=410－14A。 因?yàn)榍耙亚蟪鯥R1=IF=IC2=，所以UBE2=(kT/q)In(Ic2/Is)=(10 14A)= 又因IE2≈IC2，故UR5=IC2R5=100Ω=，由此推導(dǎo)出UR6=UR5＋UBE2=＋0662=。取R6=220Ω時(shí)，IR6=IC1=UR6/R6=。下面就用此值來(lái)估算UBE1，進(jìn)而確定電流檢測(cè)電阻R3的阻值： UBE1=(10 14A)= R3=IBE1/IOH=。代入式()可求得 IOH= 考慮到VT1的發(fā)射結(jié)電壓UBE1的溫度系數(shù)αT≈－21mV/℃，當(dāng)環(huán)境溫度升高25℃時(shí)，IOH值降為I＇OH=UBE1‖αT‖T/R3=(℃)25℃/= 恒流準(zhǔn)確度為：γ=(I＇OHIOH/IOH)100%=(）100%=%≈8%與設(shè)計(jì)指標(biāo)相吻合。電壓及電流控制環(huán)的單元電路如下圖[12]： 電壓及電流控制環(huán)電路 無(wú)損緩沖電路 無(wú)損緩沖電路在變換器電路中，主二極管反向恢復(fù)時(shí)，會(huì)對(duì)開(kāi)關(guān)管造成很大的電流、電壓應(yīng)力，引起很大的功耗，極易造成器件的損壞。為了抑制這種反向恢復(fù)電流，減少損耗，而提出了一種無(wú)損緩沖電路。其主要工作原理是，主開(kāi)關(guān)Q開(kāi)通時(shí)的di/dt應(yīng)力、關(guān)斷時(shí)的dv/dt應(yīng)力分別受LC1所限制，利用LCC2之間相互的諧振及能量轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)對(duì)主二極管D反向恢復(fù)電流的抑制，使開(kāi)關(guān)損耗、EMI大大減少。不僅如此，由于開(kāi)通時(shí)C1上的能量轉(zhuǎn)移到C2，關(guān)斷時(shí)C2和L1上的能量轉(zhuǎn)移到負(fù)載，這種緩沖電路的損耗很低，效率很高[13]。 采用繼電器保護(hù)的限流保護(hù)電路。 采用繼電器的限流保護(hù)電路電路電源接通瞬間，輸入電壓經(jīng)整流（D1～D4）和限流電阻R1對(duì)濾波電容器C1充電，防止接通瞬間的浪涌電流，同時(shí)輔助電源Vcc經(jīng)電阻R2對(duì)并接于繼電器K線包的電容器C2充電，當(dāng)C2上的電壓達(dá)到繼電器K的動(dòng)作電壓時(shí)，K動(dòng)作，電源進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)[14]。限流的延遲時(shí)間取決于時(shí)間常數(shù)（R2C2），～。 IGBT驅(qū)動(dòng)電路，為了使IGBT穩(wěn)定工作，一般要求雙電源供電方式，即驅(qū)動(dòng)電路要求采用正、負(fù)偏壓的兩電源方式，輸入信號(hào)經(jīng)整形器整形后進(jìn)入放大級(jí)，放大級(jí)采用有源負(fù)載方式以提供足夠的門(mén)極電流。為消除可能出現(xiàn)的振蕩現(xiàn)象，IGBT的柵射極間接入了RC網(wǎng)絡(luò)組成的阻尼濾波器[16]。此種驅(qū)動(dòng)電路適用于小容量的IGBT。 IGBT驅(qū)動(dòng)電路[21] 電磁干擾濾波器的設(shè)計(jì) 開(kāi)關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生機(jī)理 開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的干擾,按噪聲干擾源種類(lèi)來(lái)分,可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種。若按耦合通路來(lái)分,可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。現(xiàn)在按噪聲干擾源來(lái)分別說(shuō)明：(1) 二極管的反向恢復(fù)時(shí)間引起的干擾 高頻整流回路中的整流二極管正向?qū)〞r(shí)有較大的正向電流流過(guò),在其受反偏電壓而轉(zhuǎn)向截止時(shí),由于PN結(jié)中有較多的載流子積累,因而在載流子消失之前的一段時(shí)間里,電流會(huì)反向流動(dòng),致使載流子消失的反向恢復(fù)電流急劇減少而發(fā)生很大的電流變化(di/dt)。(2) 開(kāi)關(guān)管工作時(shí)產(chǎn)生的諧波干擾 功率開(kāi)關(guān)管在導(dǎo)通時(shí)流過(guò)較大的脈沖電流。例如正激型、推挽型和橋式變換器的輸入電流波形在阻性負(fù)載時(shí)近似為矩形波,其中含有豐富的高次諧波分量。當(dāng)采用零電流、零電壓開(kāi)關(guān)時(shí),這種諧波干擾將會(huì)很小。另外,功率開(kāi)關(guān)管在截止期間,高頻變壓器繞組漏感引起的電流突變,也會(huì)產(chǎn)生尖峰干擾。(3) 交流輸入回路產(chǎn)生的干擾 無(wú)工頻變壓器的開(kāi)關(guān)電源輸入端整流管在反向恢復(fù)期間會(huì)引起高頻衰減振蕩產(chǎn)生干擾。開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的尖峰干擾和諧波干擾能量,通過(guò)開(kāi)關(guān)電源的輸入輸出線傳播出去而形成的干擾稱之為傳導(dǎo)干擾。而諧波和寄生振蕩的能量,通過(guò)輸入輸出線傳播時(shí),都會(huì)在空間產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)。這種通過(guò)電磁輻射產(chǎn)生的干擾稱為輻射干擾。(4) 其他原因元器件的寄生參數(shù)，開(kāi)關(guān)電源的原理圖設(shè)計(jì)不夠完美，印刷線路板（PCB）走線通常采用手工布置，具有很大的隨意性，PCB的近場(chǎng)干擾大，并且印刷板上器件的安裝、放置，以及方位的不合理都會(huì)造成EMI干擾[6]。 開(kāi)關(guān)電源EMI的特點(diǎn)作為工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)的能量轉(zhuǎn)換裝置，開(kāi)關(guān)電源的電壓、電流變化率很高，產(chǎn)生的干擾強(qiáng)度較大；干擾源主要集中在功率開(kāi)關(guān)期間以及與之相連的散熱器和高平變壓器，相對(duì)于數(shù)字電路干擾源的位置較為清楚；開(kāi)關(guān)頻率不高（從幾十千赫和數(shù)兆赫茲），主要的干擾形式是傳導(dǎo)干擾和近場(chǎng)干擾。而印刷線路板(PCB)走線通常采用手工布線,具有更大的隨意性,這增加了PCB分布參數(shù)的提取和近場(chǎng)干擾估計(jì)的難度. EMI測(cè)試技術(shù)目前診斷差模共模干擾的三種方法：射頻電流探頭、差模抑制網(wǎng)絡(luò)、噪聲分離網(wǎng)絡(luò)。用射頻電流探頭是測(cè)量差模 共模干擾最簡(jiǎn)單的方法，但測(cè)量結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)限值比較要經(jīng)過(guò)較復(fù)雜的換算。差模抑制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量結(jié)果可直接與標(biāo)準(zhǔn)限值比較，但只能測(cè)量共模干擾。噪聲分離網(wǎng)絡(luò)是最理想的方法，但其關(guān)鍵部件變壓器的制造要求很高 抑制干擾的措施抑制開(kāi)關(guān)電源的噪聲可采取三方面的技術(shù)：一是濾波；二是變壓器的繞制；三是屏蔽。(1) 濾波針對(duì)開(kāi)關(guān)電源主要通過(guò)電源線向外傳輸噪聲的特點(diǎn)，采用濾波技術(shù)抑制干擾，可分為：交流側(cè)濾波、直流側(cè)濾波及其他一些輔助措施。交流側(cè)濾波：開(kāi)關(guān)電源的交流電源線輸入端插入共模和差模濾波器，防止開(kāi)關(guān)電源的共模和差模噪聲傳遞到電源線中，影響電網(wǎng)中其它用電設(shè)備，同時(shí)也抑制來(lái)自電網(wǎng)的噪聲。、B、C、D所示，其中L為共模扼流圈，圖A、B中的電容器C能濾除串模干擾。圖C、D抑制電磁干擾的效果更佳，圖C中的L、C1和C2用來(lái)濾除共模干擾，C3和C4用來(lái)濾除串模干擾，R為泄放電阻，可將C3上積累的電荷泄放掉，避免因電荷積累而影響濾波特性；斷電后還能使電源的進(jìn)線端L、N不帶電，保證用戶的安全。直流側(cè)濾波：在開(kāi)關(guān)電源的直流輸出側(cè)插入如圖E所示的電源濾波器，它由共模扼流圈L扼流圈L2和電容CC2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，扼流圈的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。 其他：C3為安全電容，能濾除初、次級(jí)繞組耦合電容引起的干擾。C8和R7并聯(lián)在D7兩端，能防止D7在高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)下產(chǎn)生自激振蕩（振鈴現(xiàn)象）；此外，在二次側(cè)整流濾波器上串聯(lián)磁珠也有一定效果。TOPSwitchⅡ由導(dǎo)通變成截止時(shí)，在開(kāi)關(guān)電源的一次繞組上就會(huì)產(chǎn)生尖峰電壓，這是由于脈沖變壓器漏感造成的，通常用瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）D6和超快恢復(fù)二極管（SRD）D5組成的電路進(jìn)行鉗位，也有用R、C電路的，但效果要稍差一些。 濾波器(2) 減小脈沖變壓器的漏感及分布電容 對(duì)于一個(gè)符合絕緣及安全性標(biāo)準(zhǔn)的脈沖變壓器，其漏感量應(yīng)為次級(jí)開(kāi)路時(shí)初級(jí)電感量的1％～3％。在磁芯結(jié)構(gòu)尺寸、繞線匝數(shù)一定的情況下，線圈的繞組排列是減小漏感的重要因素，如圖4所示，繞組應(yīng)按同心方式排列，全部用漆包線繞制，留有安全邊距，且在次級(jí)繞組與反饋繞組之間加上強(qiáng)化絕緣層。對(duì)于多路輸出的開(kāi)關(guān)電源，輸出功率最大的那個(gè)次級(jí)繞組應(yīng)靠近初級(jí)，以增加耦合，減小磁場(chǎng)泄漏。當(dāng)次級(jí)匝數(shù)很少時(shí)，為了增加與初級(jí)的耦合，宜采用多股線平行并繞方式均勻分布在整個(gè)骨架上，以增加覆蓋面積。在條件允許的情況下，用箔繞組作為次級(jí)也是增加耦合的一種好辦法。 在開(kāi)關(guān)電源的工作過(guò)程中，繞組的分布電容反復(fù)被充、放電，不僅使電源效率降低，它還與繞組的分布電感構(gòu)成LC振蕩器，會(huì)產(chǎn)生振鈴噪聲。初級(jí)繞組分布電容的影響尤為顯著。為減小分布電容，應(yīng)盡量減小每匝導(dǎo)線的長(zhǎng)度，并將初級(jí)繞組的始端接漏極，利用一部分初級(jí)繞組起到屏蔽作用，減小相鄰繞組的分布參數(shù)耦合程度。3 屏蔽抑制輻射噪聲的有效方法是屏蔽。用導(dǎo)電良好的材料對(duì)電場(chǎng)屏蔽，用導(dǎo)磁率高的材料對(duì)磁場(chǎng)屏蔽。將電路置于屏蔽殼中，屏蔽殼可靠接地或中性線，接縫處最好焊接，以保證電磁的連續(xù)性。對(duì)于脈沖變壓器內(nèi)部而言的屏蔽，即在一次側(cè)和二次側(cè)間加屏蔽層，簡(jiǎn)單的辦法，用漆包線均勻繞滿骨架一層，繞組的一端接高壓+V端，另一端浮空。，減少了一、二次側(cè)的電場(chǎng)的耦合干擾。此外，將原邊繞在骨架最里邊，原邊起始端與TOPSwitchⅡ的D端連接也是抑制干擾的有效方法。為防止脈沖變壓器的泄漏磁場(chǎng)對(duì)相鄰電路造成干擾，可把一銅片環(huán)繞在變壓器外部。該屏蔽帶相當(dāng)于短路環(huán)，能對(duì)泄漏磁場(chǎng)起到抑制作用，屏蔽帶應(yīng)與地接通[15]。 屏蔽安裝示意圖 電磁干擾濾波器的構(gòu)造原理電源噪聲是電磁干擾的一種，其傳導(dǎo)噪聲的頻譜大致為10kHz~30MHz，最高可達(dá)150MHz。根據(jù)傳播方向的不同，電源噪聲可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是從電源進(jìn)線引入的外界干擾，另一類(lèi)是由電子設(shè)備產(chǎn)生并經(jīng)電源線傳導(dǎo)出去的噪聲。這表明噪聲屬于雙向干擾信號(hào)，電子設(shè)備既是噪聲干擾的對(duì)象，又是一個(gè)噪聲源。若從形成特點(diǎn)看，噪聲干擾分串模干擾與共模干擾兩種。串模干擾是兩條電源線之間(簡(jiǎn)稱線對(duì)線)的噪聲，共模干擾則是兩條電源線對(duì)大地(簡(jiǎn)稱線對(duì)地)的噪聲。因此，電磁干擾濾波器應(yīng)符合電磁兼容性(EMC)的要求，也必須是雙向射頻濾波器，一方面要濾除從交流電源線上引入的外部電磁干擾，另一方面還能避免本身設(shè)備向外部發(fā)出噪聲干擾，以免影響同一電磁環(huán)境下其他電子設(shè)備的正常工作。此外，電磁干擾濾波器應(yīng)對(duì)串模、共模干擾都起到抑制作用 電磁干擾濾波器的基本電路及典型應(yīng)用。該五端器件有兩個(gè)輸入端、兩個(gè)輸出端和一個(gè)接地端，使用時(shí)外殼應(yīng)接通大地。電路中包括共模扼流圈(亦稱共模電感)L、濾波電容C1~C4。Ｌ對(duì)串模干擾不起作用，但當(dāng)出現(xiàn)共模干擾時(shí)，由于兩個(gè)線圈的磁通方向相同，經(jīng)過(guò)耦合后總電感量迅速增大，因此對(duì)共模信號(hào)呈現(xiàn)很大的感抗，使之不易通過(guò)，故稱作共模扼流圈。它的兩個(gè)線圈分別繞在低損耗、高導(dǎo)磁率的鐵氧體磁環(huán)上，當(dāng)有電流通過(guò)時(shí)，兩個(gè)線圈上的磁場(chǎng)就會(huì)互相加強(qiáng)。 電磁干擾濾波器的基本電路L的電感量與EMI濾波器的額定電流I有關(guān)，參見(jiàn)表12。表12 L的電感量與EMI濾波器的額定電流對(duì)照表固定電流I（A）136101215電感量范圍L（mH）8~232~4~~~~ 兩極復(fù)合式EMI濾波電路需要指出，當(dāng)額定電流較大時(shí)，共模扼流圈的線徑也要相應(yīng)增大，以便能承受較大的電流。此外，適當(dāng)增加電感量，可改善低頻衰減特性。C1和C2采用薄膜電容器，~，主要用來(lái)濾除串模干擾。C3和C4跨接在輸出端，并將電容器的中點(diǎn)接地，能有效地抑制共模干擾。C3和C4亦可并聯(lián)在輸入端，仍選用陶瓷電容，容量范圍是2200Pf~。為減小漏電流，并且電容器中點(diǎn)應(yīng)與大地接通。C1~C4的耐壓值均為630VDC或250VAC。圖2示出一種兩級(jí)復(fù)合式EMI濾波器的內(nèi)部電路，由于采用兩級(jí)(亦稱兩節(jié))濾波，因此濾除噪聲的效果更佳。針對(duì)某些用戶現(xiàn)場(chǎng)存在重復(fù)頻率為幾千赫茲的快速瞬態(tài)群脈沖干擾的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外還開(kāi)發(fā)出群脈沖濾波器(亦稱群脈沖對(duì)抗器)，能對(duì)上述干擾起到抑制作用。 EMI濾波器在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用為減小體積、降低成本，單片開(kāi)關(guān)電源一般采用簡(jiǎn)易式單級(jí)EMI濾波器。(a)與(b)中的電容器C能濾除串模干擾，區(qū)別僅是圖(a)將C接在輸入端， 圖(b)則接到輸出端。圖(c)、(d)所示電路較復(fù)雜，抑制干擾的效果更佳。圖(c)中的L、C1和C2用來(lái)濾除共模干擾，C3和C4濾除串模干擾。R為泄放電阻，可將C3上積累的電荷泄放掉，避免因電荷積累而影響濾波特性；斷電后還能使電源的進(jìn)線端L、N不帶電，保證使用的安全性。圖(d)則是把共模干擾濾波電容C3和C4接在輸出端。 EMI濾波器EMI濾波器能有效抑制單片開(kāi)關(guān)電源的電磁干擾。~30MHz傳導(dǎo)噪聲的波形(即電磁干擾峰值包絡(luò)線)。(d)所示EMI濾波器后的波形，能將電磁干擾衰減50dBμV~70dBμV。顯然，這種EMI濾波器的效果更佳。在本設(shè)計(jì)中，我們也將選取電路(d)作為電磁干擾濾波電路。第4章 PCB板電磁兼容性設(shè)計(jì) 概述　　印制線路板（PCB）是電子產(chǎn)品中電路元件和器件的支撐件，它提供電路元件和器件之間的電氣連接，它是各種電子設(shè)備最基本的組成部分，它的性能直接關(guān)系到電子設(shè)備質(zhì)量的好壞。隨著信息化社會(huì)的發(fā)展，各種電子產(chǎn)品經(jīng)常在一起工作，它們之間的干擾越來(lái)越嚴(yán)重，所以，電磁兼容問(wèn)題也就成為一個(gè)電子系統(tǒng)能否正常工作的關(guān)鍵。同樣，隨著電于技術(shù)的發(fā)展，PCB的密度越來(lái)越高，PCB設(shè)計(jì)的好壞對(duì)電路的干擾及抗干擾能力影響很大。要使電子電路獲得最佳性能，除了元器件的選擇和電路設(shè)計(jì)之外，良好的PCB布線在電磁兼容性中也是一個(gè)非常重要的因素?！　〖热籔CB是系統(tǒng)的固有成分，在PCB布線中增強(qiáng)電磁兼容性不會(huì)給產(chǎn)品的最終完成帶來(lái)附加費(fèi)用。但是，在印制線路板設(shè)計(jì)中，產(chǎn)品設(shè)計(jì)師往往只注重提高密度，減小占用空間，制作簡(jiǎn)單，或追求美觀，布局均勻，忽視了線路布局對(duì)電磁兼容性的影響，使大量的信號(hào)輻射到空間形成騷擾。一個(gè)拙劣的PCB布線能導(dǎo)致更多的電磁兼容問(wèn)題，而不是消除這些問(wèn)題。在很多例子中，就算加上濾波器和元器件也不能解決這些問(wèn)題。到最后，不得不對(duì)整個(gè)板子重新布線。因此，在開(kāi)始時(shí)養(yǎng)成良好的PCB布線習(xí)慣是最省錢(qián)的辦法[19]。有一點(diǎn)需要注意，PCB布線沒(méi)有嚴(yán)格的規(guī)定，也沒(méi)有能覆蓋所有PCB布線的專門(mén)的規(guī)則。大多數(shù)PCB布線受限于線路板的大小和覆銅板的層數(shù)。一些布線技術(shù)可以應(yīng)用于一種電路，卻不能用于另外一種，這便主要依賴于布線工程師的經(jīng)驗(yàn)。然而還是有一些普遍的規(guī)則存在，下面將對(duì)其進(jìn)行探討。為了設(shè)計(jì)質(zhì)量好、造價(jià)低的PCB，應(yīng)遵循以下一般原則： 印制板元器件布置圖 PCB上元器件布局　　首先，要考慮PCB尺寸大小。PCB尺寸過(guò)大時(shí)，印制線條長(zhǎng)，阻抗增加，抗噪聲能力下降，成本也增加；過(guò)小，則散熱不好，且