【正文】 礎(chǔ)上，可以實(shí)現(xiàn)一體化，所有元器件連同控制保護(hù)集成在一個(gè)模塊中。 IPEM將功率器件與電路、控制以及檢測、執(zhí)行等元件集成封裝，得到標(biāo)準(zhǔn)的，可制造的模塊，既可用于標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，也可用于專用、特殊設(shè)計(jì)。 總之，電源系統(tǒng)集成是當(dāng)今國際電力電子界亟待解決的新問題之一。然而，由于其開關(guān)器件工作在高頻通斷狀態(tài)，高頻的快速瞬變過程本身就是電磁干擾源，它產(chǎn)生的電磁干擾直接危害著電子設(shè)備的正常工作，為了確保開關(guān)電源工作的可靠性，必須進(jìn)行抗干擾設(shè)計(jì)。 屏蔽技術(shù) 抑制開關(guān)電源電磁干擾的有效方法是屏蔽。用電磁屏蔽的方法解決 EMI 問題的好處是不會(huì)影響電路的正常工作。在開關(guān)電源中，可發(fā)出電磁波的元器件是指變壓器、電感 器、功率器件等，通常在其周圍采用銅板或鐵板作為屏蔽，使其電磁波產(chǎn)生衰減。 接地技術(shù) 。不正確的工作接地反而會(huì)增加干擾。為防止各種電路在工作中產(chǎn)生互相干擾，使之能相互兼容地工作，根據(jù)電路的性質(zhì)，將工作接地分為不同的種類。一般交流電源的零線是接地的。另外，交流電源的零線上往往存在很多干擾如果交流電源地與直流電源地不分開，將對直流電源和后續(xù)的直流電路正常工作產(chǎn)生影響。 。在數(shù)字開關(guān)電源中，常用脈沖變壓器和線性光電耦合器進(jìn)行數(shù)字電路與模擬電路信號的隔離，以提高整個(gè)電路的電磁兼容性。功率地是負(fù)載電路或功率驅(qū)動(dòng)電路的零電位的公共基準(zhǔn)地線。因此功率地必須與其他弱電地分別設(shè)置，以保證整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作。為了減少噪聲的產(chǎn)生和防止由于噪聲所引起的誤動(dòng)作， 在進(jìn)行元器件的布局時(shí)，應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)： ① 應(yīng)該根據(jù)印制板的安裝方式，把易發(fā)熱的元器件如穩(wěn)壓器、功率開關(guān)器件、變壓器等安裝在印制板的上方部位， 以利于散熱；熱敏元件應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱元件。 ③ 易受干擾的元器件不能相互挨得太近，輸入和輸出元件應(yīng)盡量遠(yuǎn)離；脈沖電流流過的區(qū)域遠(yuǎn)離輸入輸出端子，使噪聲源與出口分離。 。開關(guān)電源 PCB 抗干擾設(shè)計(jì)布線的原則： ① 根據(jù)印制 線路板 電流的大小，盡量加粗電源線、接地線寬度，減少環(huán)路阻抗；同時(shí)使電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，這樣有助于增強(qiáng)抗噪聲能力；在裝配密度很高的印制電路板時(shí)，多采用多層板，可使印制導(dǎo)線的直流電阻 R 和自感 L 減小，從而減小印制導(dǎo)線的特性阻抗；在雙面板設(shè)計(jì)中，除盡量加粗電源線和地線的線條外，還應(yīng)該在電源線和地線之間留出一定的空間，以便安裝高頻特 性好的去耦 電容 。 ③ 相鄰電路之間不應(yīng)該有過長的平行線，走線盡量避免平行。盡量拉開兩條平行的信號線之間的距離，以降低兩線之間電磁場的影響，使兩條平行的信號線上流過的電流方向相反。 由于開關(guān)電源在體積、重量和效率等方面的優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域?？梢圆扇《喾N手段抑制干擾，有效地提高開關(guān)電源的電磁兼容性，使其得到更廣泛的應(yīng)用。但由于會(huì)產(chǎn) 生電磁干擾，其進(jìn)一步的應(yīng)用受到一定程度上的限制。 開關(guān)電源的電磁干擾分析 開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。電路設(shè)計(jì)及布局不合理、機(jī)械振動(dòng)、接地不良等都會(huì)形成內(nèi)部電磁干擾。 圖 1 AC/DC 開關(guān)電源基本框圖 內(nèi)部干擾源 開關(guān)電路 開關(guān)電路主要由開關(guān)管和高頻變壓器組成。開關(guān)管負(fù)載為高頻變壓器初級線圈，是感性負(fù)載。 整流電路的整流二極管 輸出整流二極管截止時(shí)有一個(gè)反向電流，其恢復(fù)到零點(diǎn)的時(shí)間與結(jié)電容等因素有關(guān)。 雜散參數(shù) 由于工作在較高頻率，開關(guān)電源中的低頻元器件特性會(huì)發(fā)生變化，由此產(chǎn)生噪聲。 外部干擾源 外部干擾源可以分為電源干擾和雷電干擾，而電源干擾以 “共模 ”和 “差模 ”方式存在。而且，該電流含有大量電流諧波分量，會(huì)對電網(wǎng)產(chǎn)生諧波 “污染 ”。針對于此，主要采取的方法有：電路措施、 EMI 濾波、屏蔽、印制 電路板 抗干擾設(shè)計(jì)等。 軟開關(guān)的實(shí)現(xiàn)方法是：在原電路中增加小 電感 、電容等諧振元件，在開關(guān)過程前后引入諧振，消除電壓、電流的重疊。 圖 2 降壓斬波器中的基本開關(guān)單元 減小干擾源干擾能量的緩沖電路 在開關(guān)控制電源的輸入部分加入緩沖電路 (見圖 3)，其 由線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)組成，用于消除電力線干擾、電快速瞬變、電涌、電壓高低變化和電力線諧波等潛在的干擾。 圖 3 緩沖電路 切斷干擾噪聲傳播路徑的 EMI 濾波 在開關(guān)電源輸入和輸出電路中加裝 EMI 濾波器， 是抑制傳導(dǎo)發(fā)射的一個(gè)很有效方法。其中，插入損耗是濾波器性能的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。用共模、差模干擾的測量結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)限值，加上適當(dāng)?shù)脑Ａ靠傻玫綖V波器的插入損耗 IL。M(dB)表示設(shè)計(jì)裕量，一般取 6dB。 圖 4 是 220V/50Hz交流輸入的開關(guān)電源交流側(cè) EMI 濾波器的電路。 Cx=， L L4=200～ 500μH，采用金屬粉壓磁芯，與 L1/L Cx構(gòu)成 LN 端口間低通濾波器，用于抑制電源線上存在的 ～ 信號。 圖 4 開關(guān)電源交流側(cè) EMI 濾波器電路 圖 5 是開關(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。 圖 5 支流側(cè)濾波電路 用屏蔽來抑制輻射及感應(yīng)干擾 開關(guān)電源干擾頻譜集中在 30MHz以下的頻段，直徑 rλ/2π,主要是近場性質(zhì)的電磁場，且屬低阻抗場。此外，還要對變壓器、電感器、功率器件等采取有效的屏蔽措施。接縫處要焊接，以保證電磁的連續(xù)性。對于電場屏蔽，屏蔽外殼一定要接地。 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量設(shè)備相連的線路。但由于受電源尺寸的限制，單純的增大間距并非解決問題的最佳途徑，更為合理的方法是根據(jù)干擾電場的分布情況將敏感線路放在干擾較弱的地方。 圖 6 PCB 抗干擾布局設(shè)計(jì)流程 開關(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，人們對各種儀器設(shè)備的體積、重量、效率要求是越來越高。下面我們給出開關(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。 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。10%（主路） 1輸出過載保護(hù)： 105%150% 1輸出過壓保護(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。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。本文首先介紹了幾種傳 統(tǒng)的多路輸出技術(shù)，并對其進(jìn)行了簡單的分析和總結(jié)。結(jié)合典型拓?fù)涮接懥?PWM—PD 技術(shù)的應(yīng)用前景。無源調(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。加權(quán)電壓反饋調(diào)節(jié)同時(shí)檢測反饋幾路 輸出電壓加權(quán)和到控制電路中，通過合理設(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。但它們實(shí)現(xiàn)起來比較簡單，不增加電路的復(fù)雜性，適用于對輸出電壓精度要求較低的場合。以正激電路為例，圖 2 給出了五種不同類型的次級后置裝置調(diào)節(jié)方式，他們具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。 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于復(fù)雜等問題，恒流源多路輸出技術(shù)通過對幾個(gè)控制開關(guān)的簡單控制可很好的實(shí)現(xiàn)對不同負(fù)載的供電。如圖所示，多個(gè)平行負(fù)載分別通過一個(gè)輸出控制開關(guān)接在恒流源的后級，采用分時(shí)復(fù)用 (TM)的方法，每個(gè)輸出開關(guān)在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)只有一段間隔時(shí)間與電流源連接，通過控制開關(guān)的開通和關(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。根據(jù)不同的電路拓?fù)洌娐房晒ぷ髟跀嗬m(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。一種是滯后控制，如圖 4 所示。當(dāng) S S S3 都關(guān) 斷，沒有任何負(fù)載與恒流源接通時(shí)， Sr 導(dǎo)通，恒流源通過 Sr 續(xù)流。采用滯后控制的功率開關(guān)管開關(guān)頻率是不斷變化的，不利于電路參數(shù)的設(shè)計(jì)。以兩路輸出的 Buck 變換器為例，如圖 5 所示。 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，控制電路簡單，如開關(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。利用 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)。電路有三路輸出，兩個(gè)功率開關(guān) 管，中間為功率級。占空比 dA、 dB 分別為 VTA、 VTB 的同頻控制信號，控制第一路和第三路的輸出電壓。這樣三個(gè)控制信號 dA、 dB、 dd dB 就可實(shí)現(xiàn)三路輸出的精確調(diào)節(jié)。該控制電路可以通過模擬集成芯片實(shí)現(xiàn)，亦可采用數(shù)字控制，控制信號 dA、 dB、 dd 應(yīng)滿足下面條件，如圖 6(b)所示。根據(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)。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，見圖 8。對三路輸出分別進(jìn)行采樣可獲得三個(gè)誤差放大電壓。 此外，通過擴(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。該方法較之傳統(tǒng)的后置裝置調(diào)節(jié)控制電路更為簡單，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，對輸出電壓調(diào)整率要求高的大功率場合如通信電源、工業(yè)電源等具有實(shí)際意義。本文對傳統(tǒng)的多路輸出控制技術(shù)進(jìn)行了簡單介紹和總結(jié)，對于輸出精度不高的場合，低成本的無源調(diào)節(jié)方式可以滿足設(shè)計(jì)要求。基于 PWM—PD 控制技術(shù)的多路輸出變換器控制簡單，所需元件少，效率高，交叉調(diào)整率好，其研究對未來多路輸出技術(shù)的發(fā)展具有很好的參考價(jià)值