电源工程师设计全攻略（二）：开关电源设计

调频灯的开关稳压电源

　　本电源在光学仪器和设备中应用非常广泛，其范围主要包括光学教学仪器。如投影仪、幻灯机、放映机、等。光学影像设备如放大机、印像机曝光机、高速摄影机等。光学分析仪器，如显微镜、放大镜、分光光度计、光谱仪等。

　　电路原理如图所示，电容C1、C2、C3和共模电感T1组成的共模滤波器，可将电源内部主变换器产生的高频信号对电网（220V，50Hz）的影响和污染降到最低，二极管VD1~VD4及电解电容C4组成的全波整流滤波电路，将220V、50Hz变成300V的直流电压，用以作电路的电源。主变换器有开关功率管VT1和VT2、电容C6和C10、变压器T2和T3等外围元件组成，电路形式为半桥型自激式。

　　5、低噪声开关电路原理图

　　电路如图所示，该电路可以获得更大的输出功率，只需更改部分器件。图中左边的电路R1，L1，D1，C1至C7是常规的共模滤波和整流电路，获取约 300V的直流电压供DC-DC变换电路使用；最右边电路L5，C11等是普通的LC滤波电路；IC2，D8，R9，R10组成电压反馈电路，形成闭环结构，稳定电源输出电压；中间部分是DC-DC变换器，降噪声的关键是对这一部分的电路进行适当处理。

　　开关电源电磁干扰的抑制

　　开关电源工作在高频开关状态，内部会产生很高的电流、电压变化率，导致开关电源产生较强的电磁干扰。电磁干扰信号不仅对电网造成污染，还直接影响到其他用电设备甚至电源本身的正常工作，而且作为辐射干扰闯入空间，造成电磁污染，制约着人们的生产和生活。

　　1、无源滤波技术

　　无源滤波电路简单，成本低廉，工作性能可靠，是抑制电磁干扰的有效方式。无源滤波器由电感、电容、电阻元件组成，其直接作用是解决传导发射。开关电源中应用的无源滤波器的原理结构图如图1所示。

　　由于原电源电路中滤波电容容量大，整流电路中会产生脉冲尖峰电流，这个电流由非常多的高次谐波电流组成，对电网产生干扰；另外电路中开关管的导通或截止、变压器的初级线圈都会产生脉动电流。由于电流变化率很高，对周围电路会产生出不同频率的感应电流，其中包括差模和共模干扰信号，这些干扰信号可以通过 2根电源线传导到电网其他线路和干扰其他的电子设备。图中差模滤波部分可以减少开关电源内部的差模干扰信号，又能大大衰减设备本身工作时产生的电磁干扰信号传向电网。又根据电磁感应定律，得E=Ldi／dt，其中：E为L两端的电压降；L为电感量；di／dt为电流变化率。显然要求电流变化率越小，则要求电感量就越大。

　　脉冲电流回路通过电磁感应其他电路与大地或机壳组成的回路产生的干扰信号为共模信号；开关电源电路中开关管的集电极与其他电路之间产生很强的电场，电路会产生位移电流，而这个位移电流也属于共模干扰信号。图1中共模滤波器就是用来抑制共模干扰，使之受到衰减。

　　2 、有源滤波技术

　　有源滤波技术是抑制共模干扰的一种有效方法。该方法从噪声源出发而采取的措施（如图2所示），其基本思想是设法从主回路中取出一个与电磁干扰信号大小相等、相位相反的补偿信号去平衡原来的干扰信号，以达到降低干扰水平的目的。如图2所示，利用晶体管的电流放大作用，通过把发射极的电流折合到基极，在基极回路来滤波。R1，C2组成的滤波器使基极纹波很小，这样射极的纹波也很小。由于C2的容量小于C3，减小了电容的体积。这种方式仅适合低压小功率电源的情况。另外，在设计和选用滤波器时应注意频率特性、耐压性能、额定电流、阻抗特性、屏蔽和可靠性。滤波器的安装位置要恰当，安装方法要正确，才能对干扰起到预期的滤波作用。

　　3、共模、差模电源线滤波器设计

　　电源线干扰可以使用电源线滤波器滤除，开关电源EMI滤波器基本电路如图所示。一个合理有效的开关电源EMI滤波器应该对电源线上差模干扰和共模干扰都有较强的抑制作用。在图中CX1和CX2叫做差模电容，L1叫做共模电感，CY1和CY2叫做共模电容。差模滤波元件和共模滤波元件分别对差模和共模干扰有较强的衰减作用。

　　共模电感L1是在同一个磁环上由绕向相反、匝数相同的两个绕组构成。通常使用环形磁芯，漏磁小，效率高，但是绕线困难。当市网工频电流在两个绕组中流过时为一进一出，产生的磁场恰好抵消，使得共模电感对市网工频电流不起任何阻碍作用，可以无损耗地传输。如果市网中含有共模噪声电流通过共模电感，这种共模噪声电流是同方向的，流经两个绕组时，产生的磁场同相叠加，使得共模电感对干扰电流呈现出较大的感抗，由此起到了抑制共模干扰的作用。

实际使用中共模电感两个电感