摘 要： 為確保單片開關電源" title="單片開關電源">單片開關電源正常工作，必須在電路設計和制造工藝上采取相應措施，有效地抑制瞬態干擾" title="瞬態干擾">瞬態干擾及音頻噪聲" title="音頻噪聲">音頻噪聲，為此闡述其抑制方法與改進電路。
關鍵詞： 單片開關電源 瞬態干擾 音頻噪聲 抑制 電磁兼容性
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本文介紹抑制TOPSwitch和TinySwitch系列單片開關電源瞬態干擾及音頻噪聲的方法，這對提高其電磁兼容性(EMI)至關重要。
1 抑制瞬態干擾
瞬態干擾是指交流電網上出現的浪涌電壓" title="浪涌電壓">浪涌電壓、振鈴電壓、火花放電等瞬間干擾信號，其特點是作用時間極短，但電壓幅度高、瞬態能量大。瞬態干擾會造成單片開關電源輸出電壓的波動；當瞬態電壓疊加在整流濾波后的直流輸入電壓Vi上，使Vi超過內部功率開關管的漏－源擊穿電壓V(BR)DS時，還會損壞TOPSwitch芯片，因此必須采用抑制措施。
1.1 瞬態電壓的特點
瞬態電壓的兩種典型波形分別如圖1(a)、(b)所示。(a)圖是由國際電工委員會制定的IEC1000－4－5標準中給出的典型浪涌電壓波形，VP為浪涌電壓的峰值，通常選VP＝3000V的測試電壓。T是浪涌電壓從0.3VP上升到0.9VP的時間間隔。T1為上升時間，T1＝1.67T＝1.2μs±30％。浪涌電壓降到0.5VP 所持續的時間為T2，T2＝50μs。(b)圖示出由IEEE－587標準中給出的典型振鈴電壓波形，其峰值也是3000V(典型值)。第一個周期內的正向脈沖上升時間T1＝0.5μs、持續時間T＝10μs；負向脈沖的峰值已衰減為0.6VP。
1.2 抑制瞬態干擾的方法
1.2.1 改進電路
現以TOP202Y構成7.5V、15W開關電源模塊的電路為例，闡述抑制瞬態干擾的方法。其改進電路如圖2所示，主要做了以下改進：①將交流兩線輸入方式改成三線輸入方式，G端接通大地；②采用兩級電磁干擾(EMI)濾波器，為避免兩個EMI濾波器在產生諧振時的干擾信號互相疊加，應使L2(L3)≤10mH，L3≥2L2；③增加C9和L4，并將C8換成0.1μF普通電容器。C7～C9為安全電容，分別與高頻變壓器的引出端相連。其中，C7接初級直流高壓的返回端，C8接次級返回端，C9接初級直流高壓端。它們的公共端則經過濾波電感L4接通大地。L4用鐵氧體磁環繞制而成。設計印制板時，連接C7～C9的各條印制導線應短而寬。采用上述連接方式可保證瞬態電流被C7～C9旁路掉，而不進入TOP202Y中。此外，反饋繞組接地端和C4的引出端，各經一條單獨導線接TOP202Y的對應管腳。旁路電容C5直接跨在控制端與源極上，以減小控制端上的噪聲電壓。④增加電阻R6，其阻值范圍在270～620Ω，它與光耦合器發射極相串聯。當控制環路失控時，R6能限制峰值電流，使之小于芯片中關斷觸發器的關斷電流。
1.2.2 減小瞬態干擾的其他措施
·為減小瞬態峰值電流，應在初、次級繞組之間繞3～5層0.05mm厚的聚酯絕緣膠布，使高頻變壓器的分布電容量降低。
·TOPSwitch的外接散熱器應與芯片上的小散熱板連通。若兩者之間加絕緣墊片，且散熱器與電路連通位置又不合適，則散熱器與小散熱板的分布電容就會和電路中的電感發生諧振，產生高頻振鈴電壓，使TOPSwitch中的關斷觸發器誤操作。
·提高整流橋耐壓值并適當增加輸入濾波電容C1的容量。
·利用共模扼流圈對過大的共模干擾電流進行抑制。
·在110～115VAC低壓輸入時，選擇TOPSwitch－II系列產品，以提高芯片的漏－源擊穿電壓值。
·在交流進線端并聯一只壓敏電阻器(VSR)，對瞬態電壓進行鉗位，電路如圖3所示。
2 抑制音頻噪聲
單片開關電源的音頻噪聲用人耳即可聽到，它主要是由電容器和高頻變壓器產生的。
2.1 電容噪聲
電介質材料具有壓電效應，其形變大小與電場力的平方有關，二者呈線性或非線性關系。某些非線性電介質在常溫下就具有壓電效應，例如在TOPSwitch漏極RC吸收回路中使用的耐高壓陶瓷電容器，是由非線性電介質鈦酸鋇等材料燒結而成的，在周期性尖峰電壓的作用下，使電介質不斷發生形變，能產生較大的音頻噪聲。采用耐高壓的聚脂薄膜電容能降低電容噪聲。
2.2 高頻變壓器噪聲
高頻變壓器EE或EI型磁芯" title="磁芯">磁芯之間的吸引力，能使兩個磁芯發生位移，繞組電流相互間的引力或斥力，也能使線圈產生偏移。此外，受機械振動時能導致周期性的形變。上述因素均會使高頻變壓器在工作時發出音頻噪聲。10W以下單片開關電源的音頻噪聲頻率，約為10～20kHz。
為防止磁芯之間產生相對位移，通常以環氧樹脂作膠合劑，將兩個磁芯的3個接觸面(含中心柱)進行粘接。但這種剛性連接方式的效果并不理想。因為這無法將音頻噪聲減至最低，況且膠合劑過多，磁芯在受機械應力時還容易折斷。國外最近采用一種特殊的“玻璃珠”(glass beads)膠合劑，來粘合EE、EI等類型的鐵氧體磁芯，效果甚佳。這種膠合劑是把玻璃珠和膠著物按照1:9的比例配制而成的混合物，它在100°C以上的溫度環境中放置1小時即可固化。但其作用與滾珠軸承有某種相似之處，固化后每個磁芯仍能獨立地在小范圍內變形或移位，而總體位置不變，這就對形變起到了抑制作用。用玻璃珠膠合劑粘接的高頻變壓器內部結構如圖4所示。采用這種工藝可將音頻噪聲降低5dB。
給線圈浸入清漆、烘干之后，不僅能隔絕潮氣，加強堅固性，還有助于減小音頻噪聲。不過灌入清漆后也會增大初級繞組的分布電容，降低高頻變壓器的固有諧振頻率。
2.3 抑制TinySwitch開關電源中的音頻噪聲
由TinySwitch構成開關電源時，音頻噪聲主要是由鉗位保護電路和RC吸收回路產生的。為此可采取以下幾種措施：
(1)將RCD型鉗位保護電路中的二級管VD，換成高壓穩壓管VDz；把漏極RC吸收回路中的高壓陶瓷電容器換成壓電效應很小的聚脂薄膜電容器。改進電路如圖5所示。
(2)為進一步減小音頻噪聲，還可選擇磁通密度較低的磁芯，例如當最大磁通密度從0.3T減小到0.2T時，可使音頻噪聲降低10～15dB。
參考文獻
1 沙占友. 電磁兼容性的設計與測量.電子測量技術，1997；(4)
2 沙占友.單片開關電源的發展及其應用.電子技術應用，2000；26(1)