基于PIC32 Ethernet Starter Kit的绿色开关电源，软硬件协同方案

如图1所示，噪声源等效阻抗为Zsource、电网等效阻抗为Zsink。滤波器指标（fstop和Hstop）可以由一阶、二阶或三阶低通滤波器实现，滤波器传递函数的计算通常在高频下近似，也就是说对于n阶滤波器，忽略所有ωk相关项（当k<n），只取含ωn相关项。表1列出了几种常见的滤波器拓扑及其传递函数。特别要注意的是要考虑输入、输出阻抗不匹配给滤波特性带来的影响。

图1 滤波器设计等效电路

表1 几种滤波器模型及传递函数

4.1.2、EMI滤波器等效电路

传导型EMI噪声包含共模（CM）噪声和差模(DM)噪声两种。共模噪声存在于所有交流相线(L、N)和共模地(E)之间，其产生来源被认为是两电气回路之间绝缘泄漏电流以及电磁场耦合等；差模噪声存在于交流相线(L、N)之间，产生来源是脉动电流，开关器件的振铃电流以及二极管的反向恢复特性。这两种模式的传导噪声来源不同，传导途径也不同，因而共模滤波器和差模滤波器应当分别设计。

显然，针对两种不同模式的传导噪声，将其分离并分别测量出实际水平是十分必要的，这将有利于确定那种模式的噪声占主要部分，并相应地体现在对应的滤波器设计过程中，实现参数优化。在参考资料中，我们发现两种用于区分共模和差模噪声的噪声分离器，他们能有选择地对共模或差模噪声至少衰减50dB，因而可有效地测量出共模和差模成分。

以一种常用的滤波器拓扑〔图2(a)〕为例，分别对共模、差模噪声滤波器等效电路进行分析。图2(b)及图2(c)分别代表滤波器共模衰减和差模衰减等效电路。分析电路可知，Cx1和Cx2只用于抑制差模噪声，理想的共模扼流电感LC只用于抑制共模噪声。但是，由于实际的LC绕制的不对称，在两组LC之间存在有漏感Lg也可用于抑制差模噪声。Cy即可抑制共模干扰、又可抑制差模噪声，只是由于差模抑制电容Cx2远大于Cy，Cy对差模抑制可忽略不计。同样，LD既可抑制共模干扰、又可抑制差模干扰，但LD远小于LC，因而对共模噪声抑制作用也相对很小。

（a）常用的滤波器拓扑

（b）共模衰减等效电路

（c）差模衰减等效电路

图2 一种常用的滤波器拓扑

由表1和图2可以推出，对于共模等效电路，滤波器模型为一个二阶LC型低通滤波器，将等效共模电感记为LCM，等效共模电容记为CCM，则有

LCM=LC＋(1/2) LD（1）

CCM=2Cy（2）

对于差模等效电路，滤波器模型为一个三阶CLC型低通滤波器,将等效差模电感记为LDM，等效差模电容记为CDM（令Cx1=Cx2且认为Cy/2<<Cx2），则有

LDM=2LD＋Lg（3）

CDM=Cx1=Cx2（4）

LC型滤波器截止频率计算公式为

fR,CM= （5）

将式（1）及式（2）代入式（5），则有

fR,CM= ≈ （LC>> LD）（6）

CLC型滤波器截止频率计算公式为

fR,DM= （7）

将式（3）及式（4）代入式（7），则有

fR,DM= （8）

在噪声源阻抗和电网阻抗均确定，且相互匹配的情况下，EMI滤波器对共模和差模噪声的抑制作用，如图3所示。

图3 滤波器差模与共模衰减

4.2、开关电源驱动回路的设计

驱动电路的主要功能是将脉宽控制器输出的可变宽度脉冲进行功率放大，以作为高压功率开关器件的驱动信号。驱动电路一般都具有隔离作用，常用变压器耦合方式来实现对高压功率开关器件的激励和输入级与输出级之间的隔离，同时还兼有对功率开关器件关断时，施加反向偏置，来加速器件的关断。当驱动MOSFET器件时，常规的驱动电路是用一个驱动变压器实现的。考虑到驱动变压器的漏感和引线电感，给具有大Cg-s的主MOSFET高速充放电造成困难，因此，通常的方式是利用驱动变压器驱动一个具有较小Cg-S的MOSFET的图腾式驱动电路，再由这个电路驱动主MOSFET。如图，驱动变压器的初级线圈输入信号就是控制电路的输出驱动信号，经变压器隔离处理后经整形电路整形后输出。变压器起隔离作用，光耦既有隔离也有抗干扰功能，整形后经图腾式驱动电路驱动主MOSFET管。

4.3、开关电源吸收回路的设计

开关电源的设计中往往会面临两难的选择，比如在RCD吸收电路的设计中，就会碰到：RCD吸收电路中的R值如果过小，就会降低大功率开关电源的效率。然而，如果R值如果过大，MOS管就存在着被击穿的危险。下面就这个问题进行一些分析与讨论。

我们先做几个假设：①大功率开关电源的工作频率范围:20~200KHZ；②RCD中的二极管正向导通时间很短（一般为几十纳秒）；③在调整RCD回路前主变压器和MOS管，输出线路的参数已经完全确定。

4.3.1﹑对于以上主MOS管VD的几部分进行计算：

ⅰ，输入的直流电压VDC。

在计算VDC时，是依最高输入电