第一篇：開關(guān)電源及其軟開關(guān)技術(shù)復(fù)習(xí)提綱

第一章

1.高頻開關(guān)電源由哪幾部分組成？（畫出原理方框圖加以說明）

輸入濾波電器→整流濾波→逆變→輸出整流濾波→控制電路、輔助電源、檢測電路、保護控制電路

第二章

1.串聯(lián)型線性穩(wěn)壓電源的工作原理，開關(guān)型穩(wěn)壓電源的工作原理以及兩種電源的優(yōu)缺點比較。

串聯(lián)線性調(diào)整型穩(wěn)壓電源的基本工作原理：Vo=E-ILRW 開關(guān)型穩(wěn)壓電源的工作原理：EAB=ton/T×E

串聯(lián)型線性穩(wěn)壓電源優(yōu)點：穩(wěn)定性好，輸出紋波電壓小，使用可靠。

缺點：1.體積大且笨重的工頻變壓器和濾波器。2.功耗大，效率低，需要大功率調(diào)整管。3.需要體積很大的散熱器。

開關(guān)型穩(wěn)壓電源優(yōu):1功耗小，效率可達70%-95%。2可靠性、穩(wěn)定性高。3重量輕，體積??；散熱器體積小；不需要電源變壓器；工作頻率高，濾波電容電感數(shù)值小。4對電網(wǎng)輸入的適應(yīng)能力提高。2．TRC控制的方式和特點

方式：脈沖寬度調(diào)制方式、脈沖頻率調(diào)制方式、混合調(diào)制方式。

脈沖寬度調(diào)制方式:開關(guān)周期恒定，通過改變脈沖寬度來改變占空比的方 式。

脈沖頻率調(diào)制方式：導(dǎo)通脈沖寬度恒定，通過改變工作頻率改變占空比?；旌险{(diào)制方式：導(dǎo)通脈沖寬度和開關(guān)工作頻率均不固定的方式。3.PWM和PFM型TRC控制變換器型開關(guān)電源的工作原理的區(qū)別。

PWM開關(guān)電源穩(wěn)壓的基本原理：輸出電壓增大→反饋電路檢測該值，與基準(zhǔn)電壓比較，放大→脈寬-轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成脈沖寬度的變化（使脈沖變窄，即占空比變小）→輸出電壓值下降→輸出電壓穩(wěn)定。

輸出電壓減小→控制回路輸出脈寬增大→輸出電壓增大→輸出電壓穩(wěn)定 PFM開關(guān)電源穩(wěn)壓過程：輸出電壓上升→控制回路輸出脈沖的工作周期增大（頻率下降）；輸出電壓下降→控制回路輸出脈沖的工作周期減小。4.PWM型穩(wěn)壓電源的優(yōu)缺點。

優(yōu)點：

1、體積小，重量輕。

2、效率高

3、適應(yīng)性強

4、可防止過電壓的危害

5、輸入交流突然停電時，輸出電壓保持時間長。

6、輸出電壓越低，輸出電流越大。缺點：

1、電路復(fù)雜，元器件數(shù)量多。

2、輸出紋波大

3、動態(tài)響應(yīng)差。第三章

1.推挽、全橋、半橋電路的電路結(jié)構(gòu)，工作原理，各自的特點。

推挽工作原理：①開關(guān)BG1和BG2交替導(dǎo)通，輸入直流電壓→高頻方波交流電壓。⑤當(dāng)兩個開關(guān)都關(guān)斷時，VCE1和VCE2 均為E。電路的缺點：高頻變壓器利用率太低。

優(yōu)點：

1、管子數(shù)目少。

2、驅(qū)動電路和過流保護電路簡化、選擇余地增大。全橋電路工作原理：①當(dāng)BG1與BG2開通，截止晶體管(BG3、BG4）上的電壓為輸入電壓E。

②當(dāng)4個開關(guān)都關(guān)斷時，同橋臂上的每個開關(guān)承受電壓為E/2。優(yōu)點：1管子選擇方便。

2、適用于大功率輸出。缺點：電路復(fù)雜，元器件多。

半橋電路工作原理：①當(dāng)兩個開關(guān)管BG1和BG2都截止時，電容C01，C02中點A的電壓為E/2。

②當(dāng)BG1導(dǎo)通時，C02充電，C01放電，中點A電位在BG1導(dǎo)通終了，將下降E/2-△E。

③當(dāng)BG2導(dǎo)通，C01 充電，C02放電，中點A電位在BG2導(dǎo)通終了增至 E/2+△E。優(yōu)點：

1、管子穩(wěn)態(tài)時，承受最高電壓低于輸入電壓E。

2、管子的數(shù)量只有全橋的一半。

3、不容易發(fā)生變壓器的偏磁和直流磁飽和。

缺點：1高頻變壓器上的電壓只有輸入電源電壓的一半。2電容充放電導(dǎo)致電壓脈沖的頂部有傾斜，同時流過跟電路工作頻率相同的充放電電流。2．單端反激電路的電路結(jié)構(gòu)，工作原理，電路波形。

工作原理：

1、第一階段(t0 , t1)。開關(guān)管導(dǎo)通→變壓器T的初級線圈NP電流IP線性增加→在NP上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢(上正下負)→在NS上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢(上負下正)→二極管D反向截止，變壓器初級線圈電感儲存能量。

2、第二階段(t1 , t2)。開關(guān)管截止→iP減小→NP磁通量變小→ NS上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢(上正下負)→二極管D導(dǎo)通，給輸出電容充電和負載供電。

3.單端正激電路的電路結(jié)構(gòu)，工作原理，電路波形。

工作原理：

1、第一階段(t0 , t1)。

1、開關(guān)Q導(dǎo)通后，NP線圈流

過電流iP。

2、NP線圈的產(chǎn)生感應(yīng)電動勢為上正下負，次級線圈NS感應(yīng)電動勢也是上正下負。

3、D2導(dǎo)通，D3截止，電感L的電流逐漸增長。

2、第二階段(t1 , t2)。

1、開關(guān)Q截止，iP 趨于零，感應(yīng)電動勢反向。

2、D2截止，D3導(dǎo)通，電感L通過D3續(xù)流。

3、去磁線圈Nt感應(yīng)電動勢上負下正D1導(dǎo)通續(xù)流，使Nt上儲存的能量通過D1回送到直流輸入回路。起到去磁作用。

4.合閘浪涌電流的起因，危害，限制合閘浪涌電流的方法。

起因；電容輸入式整流濾波電路在接通交流電壓時，在合閘時，由于電容充電引起的。

危害：1.使開關(guān)接點溶接或使輸入熔斷器熔斷。2.浪涌電流干擾相鄰用電設(shè)備。3.多次反復(fù)的大電流沖擊，導(dǎo)致整流器、電容性能劣化。方法：在輸入整流回路內(nèi)串入限流電阻。第四章

1．輸入濾波電路的作用，三種輸入濾波電路的工作原理。

其主要作用：抑制開關(guān)電源本身對交流電網(wǎng)的反干、擾抑制交流電源中的高頻干擾串入開關(guān)電源。

原理：該電容對高頻干擾阻抗很低，可將兩線之間的干擾通過電容C消除，對工頻信號阻抗很高，沒有影響。圖b，兩個電容組成濾波設(shè)備。每根線上相同干擾可通過電容入地，濾除共模干擾。圖c其中C1，C2濾除共模干擾（縱向），C3濾去常態(tài)干擾。使濾波措施全面有效

2．共模扼流線圈的工作原理。

共模扼流圈：L1，L2是繞在同一閉路磁環(huán)中的匝數(shù)相同，在同名端輸入同向電流，產(chǎn)生相同磁通的線圈。

當(dāng)流入方向相同的縱向噪聲電流，兩線圈產(chǎn)生的磁通是同方向的，電感呈現(xiàn)高阻抗，阻止共態(tài)噪聲進入開關(guān)電源。同時也阻止開關(guān)電源內(nèi)產(chǎn)生的噪聲向公共電網(wǎng)擴散。

3.工頻濾波電路的工作原理。

圖中工頻濾波器：

1、L1,C5,C6為共模濾波

2、其余電容和L2為常態(tài)濾波元件

3、C3為大容量電解電容，C4為無感電容。

C3等效電路：

1、電感L是由引線和構(gòu)成電容的卷片形成。

2、R2為并聯(lián)泄漏電阻，是介質(zhì)材料電阻率的函數(shù)。

5.輻射干擾的種類，產(chǎn)生的原理，危害。

種類：靜電干擾，噪音干擾。

原理：靜電干擾—來自開關(guān)電源中的高壓切換，導(dǎo)致開關(guān)管，散熱器與機殼及機內(nèi)引線之間的分布電容產(chǎn)生瞬變電壓 噪音干擾—來自大的脈沖電流

危害：回路出現(xiàn)很大的短路電流，損壞管子，產(chǎn)生較大的噪聲。6.各種防止輻射干擾的方法、措施。

1.采用肖特基或者快恢復(fù)二極管。減小反向恢復(fù)時間。

2.在輸出端加多級濾波器，使流過二極管中的電流減少，減小恢復(fù)時間。3.在每個開關(guān)二極管兩端并接RC網(wǎng)絡(luò)改善其恢復(fù)特性

4.在二極管回路中串聯(lián)電感L抑制二極管的反向恢復(fù)尖峰電流。簡單的方法：串一個小磁環(huán)。第五章

1．控制電路的功能。

1.獲得規(guī)定的輸出電壓值以及調(diào)節(jié)范圍。2.實現(xiàn)輸出電壓的軟啟動。3.實現(xiàn)輸入電壓的軟啟動。4.遠距離操作功能。5.程序供電功能。6.并聯(lián)運行功能。

2．脈寬調(diào)制集成芯片的基本組成以及各部分的工作原理。

1、PWM信號產(chǎn)生電路：實現(xiàn)脈寬調(diào)制

2、功率電路的故障保護：使op1輸出電平或很窄的PWM脈沖，從而起保護功能。

3、軟啟動：使op1輸出很窄的PWM脈沖

4、干擾抑制：使S端狀態(tài)變化不影響鎖存器輸出。

5、死區(qū)時間控制：設(shè)置死區(qū)時間

3.PWM信號產(chǎn)生的原理以及波形。

1、放大器輸出直流誤差電壓VC加到比較器的反相輸入端。

2、固定頻率振蕩器產(chǎn)生的鋸齒波加到比較器的同相輸入端比較器輸出一方波信號。

3、此方波信號的占空比隨誤差信號VC變化而變化。實現(xiàn)脈寬調(diào)制。

4、分相電路由觸發(fā)器Q及兩個與門組成，將PWM信號分成兩組信號。

5、觸發(fā)器的時鐘信號對應(yīng)鋸齒波 的下降沿。

6、產(chǎn)生PWM信號是集成PWM控制器的基本功能。

4.SG1525/ SG1527集成PWM控制器的組成以及各部分的功能。1.基準(zhǔn)電源：作為內(nèi)部電路的供電電源。2.振蕩器：實現(xiàn)脈沖信號與外電路同步3.誤差放大器4.PWM比較器及瑣存器：能實現(xiàn)軟啟動功能。5.分相器：實現(xiàn)PWM脈沖分相。6.欠壓瑣定：封鎖PWM脈沖7.輸出級：輸出級作為電流源：向負載提供電流。輸出級作為電流匯：吸收負載電流。5.軟啟動電路的種類以及工作原理。

1、輸入電網(wǎng)電壓分段啟動。在合閘時，先接入限流電阻R，將合閘浪涌電流制在設(shè)定范圍，待輸入電容充滿后，將該電阻短接。

2、輸出電壓軟啟動。一般PWM低電壓大電流穩(wěn)壓電源的輸出濾波電容較大。輸出電壓突然建立形成很大的電容充電電流。

6.過流保護電路的形式、工作原理，特點。1.切斷式保護

工作原理：檢測電流信號→電流-電壓轉(zhuǎn)換電路→電壓信號→經(jīng)過比較電路進行比較。

特點：屬于一次性動作，對保護電路中電流檢測或電壓比較電路要求低，容易實現(xiàn)。2.限流保護

工作原理：當(dāng)負載電流達到設(shè)定值時，保護電路工作，使V/W電路輸出脈寬變窄→穩(wěn)壓源輸出電壓下降→ 輸出電流被限制在某設(shè)定范圍以內(nèi)。特點：抑制穩(wěn)壓電源啟動時輸出的浪涌電流。3.限流—切斷式保護

工作原理：當(dāng)負載達到某個設(shè)定值，保護電路動作，輸出電壓下降。負載電流被限制。如果負載繼續(xù)增大至第二個設(shè)定值或輸出電壓下降到某個設(shè)定值，保護電路進一步動作，將電源切斷。特點：分段保護。

7.過壓保護電路的工作原理。

過壓保護電路工作原理：當(dāng)輸出電壓升高→達到穩(wěn)壓管擊穿電壓與觸發(fā)電壓之和→晶體管觸發(fā)導(dǎo)通→輸出過流→過流保護動作，切斷電源輸出。（圖5-26（a））過壓保護電路工作原理：過電壓→晶體管導(dǎo)通→陽極輸出低電平→V/W電路停振或整個控制電路停止工作，→使高壓開關(guān)管截止。（圖5-26（b））第六章

1．比較恒流驅(qū)動電路和比例電流驅(qū)動的特點。

恒流源驅(qū)動：高壓開關(guān)管的正向基極驅(qū)動電流大致保持恒定數(shù)值，不隨集電極電流的增減而相應(yīng)地發(fā)生變化。

比例電流驅(qū)動電路：控制IB值，使晶體管在所有集電極電流下保持準(zhǔn)飽和狀態(tài)。2．反向驅(qū)動電路的工作原理，特點

無偏驅(qū)動電路：限制感應(yīng)電動勢在被驅(qū)動晶體管的基極開啟電平以下 電容儲能式驅(qū)動電路：工作原理：當(dāng)變壓器副邊出現(xiàn)正脈沖壓Vg，正向基極電流 IB1流過BG1的基極,使晶體管導(dǎo)通，電阻R1將電流IB1限制在額定值。

當(dāng)副邊電壓Vg=0，充滿電的電容C使BG2基極電阻R1、R2承受正向偏壓，并使BG2導(dǎo)通，把BG1的基極接到負極性，提供反向基極電流IB2。特點：用一個脈沖變壓器獲得反偏

3.電壓型驅(qū)動電路的種類以及各自的工作原理，特點。

種類：隔離型驅(qū)動電路（磁隔離和光隔離）和不隔離型驅(qū)動電路。原理P75—76

4、驅(qū)動電路作用：將控制電路的驅(qū)動脈沖放大到足以激勵高壓開關(guān)。第二章、第三章 軟開關(guān)

1．硬開關(guān)的工作原理，存在的問題；軟開關(guān)的，優(yōu)點。硬開關(guān)：開通和關(guān)斷時，電流和電壓有交疊區(qū)，都會產(chǎn)生損耗。軟開關(guān)優(yōu)點：1.零電流開通 2.零電壓開通3.零電流關(guān)斷4.零電壓關(guān)斷 3.零電流諧振開關(guān)的工作原理、零電壓諧振開關(guān)的工作原理。

零電流諧振開關(guān)的工作原理：S1開通前，Lr的電流為零；S1開通時，Lr限制S1中電流的上升率→實現(xiàn)S1的零電流開通。S1關(guān)斷時，Lr和Cr諧振，Lr電流回零→實現(xiàn)S1的零電流關(guān)斷。

零電壓諧振開關(guān)的工作原理：S1導(dǎo)通時，Cr上的電壓為零；S1關(guān)斷時，Cr限制S1上電壓的上升率→實現(xiàn)S1的零電壓關(guān)斷。S1開通時，Lr和Cr諧振，Cr電壓回零→實現(xiàn)S1的零壓開通。

4.零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器（半波模式、全波模式）的工作原理，每個階段的特點。

半波模式： S1由開關(guān)管Q1、二極管DQ1串聯(lián)構(gòu)成。

工作原理：DQ1使電流只能單向流動→Lr的電流只能單向流動。全波模式：S1由開關(guān)管Q1、二極管DQ1反并聯(lián)構(gòu)成。

工作原理：DQ1提供反向電流通路→Lr的電流雙向流動→Lr，Cr自由諧振。5.零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器（半波模式、全波模式）的工作原理，每個階段的特點。

半波模式：S1由開關(guān)管Q1、二極管DQ1反并聯(lián)構(gòu)成。

工作原理： DQ1提供反向電流通路，S1可雙向流過電流→Cr的電壓被DQ1箝位為零→Cr的電壓只能為正。

全波模式：S1由開關(guān)管Q1、二極管DQ1串聯(lián)構(gòu)成。

工作原理： DQ1使S1電流只能單向流動→Cr上的電壓既可正，也可負→Lr，Cr自由諧振。

6.零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器和零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器的優(yōu)缺點。

第二篇：BOOST軟開關(guān)技術(shù)綜述

BOOST軟開關(guān)技術(shù)綜述

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引言

近二十年來電力電子技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，已廣泛應(yīng)用到電力、冶金、化工、煤炭、通訊、家電等領(lǐng)域。多數(shù)電力電子裝置通過整流器與電力網(wǎng)接口，經(jīng)典的整流器是一個由二極管或晶閘管組成的非線性電路，它會在電網(wǎng)中產(chǎn)生大量電流諧波和無功功率，污染電網(wǎng)，成為電力公害。在20世紀(jì)80年代中后期，開關(guān)電源有源功率因數(shù)校正技術(shù)引起了國內(nèi)外許多學(xué)者的重視，進行了許多專題研究并取得了大量成果。

有源功率因數(shù)校正技術(shù)在整流器與濾波電容之間增加一個DC／DC開關(guān)變換器。在各種單相PFC電路拓撲結(jié)構(gòu)中，Boost升壓型功率因數(shù)校正電路由于具有主電路結(jié)構(gòu)簡單，變換效率高，控制策略易實現(xiàn)等優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用。高頻化可以減小有源功率因數(shù)校正電路的體積、重量，提高電路的功率密度。為了使電路能夠在高頻下高效率地運行，有源功率因數(shù)校正電路的軟開關(guān)技術(shù)成為重要的研究方向。

本文對單相Boost有源功率因數(shù)校正電路軟開關(guān)技術(shù)進行了分類，并對每一類型的電路的拓撲結(jié)構(gòu)、工作方式及工作特點做出了分析。

1.零電壓開關(guān)(ZVS)PWM功率因數(shù)校正電路

ZVS工作方式是指利用諧振現(xiàn)象及有關(guān)器件的箝位作用，使開關(guān)變換器中開關(guān)管的電壓在開啟或關(guān)斷過程中維持為零。

圖1電路為ZVS功率因數(shù)校正電路，也稱擴展周期準(zhǔn)諧振功率因數(shù)校正電路。在輔助開關(guān)S1開通時，電感Lr抑制二極管Dr的反向恢復(fù)。電感Lr與電容Cf發(fā)生諧振至流過開關(guān)S1的電流降至輸入電流大小。開關(guān)S2導(dǎo)通后，電感Lr與電容Cf再次諧振至流過開關(guān)S1的電流為O，電容Cr兩端電壓為Vo,使開關(guān)S1、開關(guān)S2實現(xiàn)ZV—ZCS關(guān)斷。電路的不足之處是開關(guān)的電流應(yīng)力比較大。

.零電壓轉(zhuǎn)換(ZVT)PWM功率因數(shù)校正電路

在ZVT工作方式中，諧振網(wǎng)絡(luò)拓撲與主電路是并聯(lián)的。零轉(zhuǎn)換PWM功率因數(shù)校正電路的導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗很小，能實現(xiàn)零開關(guān)特性而不增大開關(guān)的電流或電壓應(yīng)力，適用于較高電壓和大功率的變換器。

圖2所示電路是傳統(tǒng)的ZVT電路。電感Lr與主開關(guān)S1寄生電容諧振使其寄生二極管導(dǎo)通，開關(guān)S1實現(xiàn)ZVS開通；同時，電感Lr抑制了二極管D1的反向恢復(fù)，二極管D2為電感Lr中的能量提供釋放回路。

此電路的優(yōu)點在于主開關(guān)ZVS開通，二極管D1的反向恢復(fù)得到抑制，電路結(jié)構(gòu)簡單；不足之處是輔助開關(guān)硬開通。

圖3所示是對傳統(tǒng)ZVT電路的改進電路，其開關(guān)時序、豐開關(guān)的電壓、電流波形與圖2相同。改進之處是在電感回路中串接二極管D3消除升壓二極管D1寄生電容與電感Lr寄生振蕩；在二極管D2兩端并接電容減小了開關(guān)S2的關(guān)斷損耗，可以提高電路的效率。電路的不足之處是改進后電路的輔助開關(guān)仍為硬開通。

圖4所示電路主開關(guān)S1為ZVS開通，其開通過程與上面兩種電路稍有不同，當(dāng)諧振電感Lsn2與電容Csnl與開關(guān)S1寄生電容諧振至開關(guān)S1兩端電壓為零時，開關(guān)S1開通；Csnl與Csn2可改善開關(guān)S1、S2的關(guān)斷過程，減小關(guān)斷損耗；電感Lsn2抑制了二極管D的反向恢復(fù)．二極管Db、Dc為電感Lsn2提供能量釋放回路。

電路不足之處是輔助開關(guān)S2硬開通。

圖5電路對圖4所示電路進行了改進。如波形圖所示，主開關(guān)S1開通前，其寄生二極管已經(jīng)導(dǎo)通，開關(guān)S1實現(xiàn)ZVS開通；開關(guān)S1開通后，由于耦合電感的作用，促使流過Lx的電流迅速減小至接近零，輔助開關(guān)S2實現(xiàn)了ZCS關(guān)斷；電容Cr減小了電路的關(guān)斷損耗。

電路的不足之處是輔助開關(guān)S2硬開通，電路結(jié)構(gòu)與工作方式比較復(fù)雜。

圖6所示電路是對傳統(tǒng)ZVT電路的又一改進電路。在主開關(guān)S1開通前，其寄生二極管已經(jīng)導(dǎo)通，開關(guān)S1可實現(xiàn)ZVS開通；開關(guān)S1開通后，由于耦合電感的作用，流過輔助開關(guān)S2的電流迅速下降至接近零，開關(guān)S2被擊穿二極管Ds鉗制在一個很低的電壓，開關(guān)S2實現(xiàn)ZCS關(guān)斷。

電路的不足之處是輔助開關(guān)硬開通，電路的結(jié)構(gòu)與工作方式比較復(fù)雜。

圖7所示電路結(jié)構(gòu)與以上的ZVT結(jié)構(gòu)差別比較大。主開關(guān)S1關(guān)斷后，二極管D開通，電容Cc通過耦合電感N2放電．開關(guān)S2寄生二極管開通實現(xiàn)了ZVS開通；開關(guān)S2關(guān)斷后，開關(guān)S1寄生二極管開通實現(xiàn)了ZVS開通。同時，耦合電感N1抑制了二極管D的反向恢復(fù)，耦合電感N2則為N1中的能量提供了釋放回路。

此電路的優(yōu)點是兩個開關(guān)均為ZVS開通，二極管D的反向恢復(fù)得到抑制，電路結(jié)構(gòu)簡單。不足之處在于兩個開關(guān)均為硬開關(guān)關(guān)斷，輔助開關(guān)S2的電壓應(yīng)力較大。

圖8所示電路是一種新型ZVT有源功率因數(shù)校正電路。在輔助開關(guān)S2開通前，電容Cr兩端電壓為負，S2開通后，電感Lr與電容Cs、Cr發(fā)生諧振使主開關(guān)S1寄生二極管導(dǎo)通實現(xiàn)了ZVS開通；當(dāng)流過開關(guān)S1的電流由負變正時，電感Lr與電容Cb、Cr諧振，二極管D5導(dǎo)通，開關(guān)S2實現(xiàn)ZV—ZCS關(guān)斷。

電路優(yōu)點在于主開關(guān)S1實現(xiàn)了ZVS開通，輔助開關(guān)S2實現(xiàn)了ZV．ZCS關(guān)斷，二極管D1的反向恢復(fù)得到抑制，以上幾點都可以顯著提高電路效率。電路不足之處是輔助開關(guān)硬開通，主開關(guān)電流應(yīng)力比較大。

圖9所示電路結(jié)構(gòu)與電路的工作方式比較特殊。主開關(guān)S1關(guān)斷后，其寄生電容被恒流充電至輸出電壓Vo，為輔助開關(guān)S2提供ZV—ZCS關(guān)斷，此時二極管D。及D4導(dǎo)通；開關(guān)S2關(guān)斷后，電感L與開關(guān)S2寄生電容發(fā)生諧振至開關(guān)S2兩端電壓等于Vo，二極管D3導(dǎo)通；當(dāng)流過電感L的電流減少至零時，電感L與開關(guān)S1、S2的寄生電容諧振，諧振結(jié)束時，開關(guān)S1和S2兩端電壓與流過兩開關(guān)的電流均為零，開關(guān)S1和S2實現(xiàn)了ZV-ZCS開通。

此電路的優(yōu)點是開關(guān)S1、S2實現(xiàn)ZV-ZCS開通，開關(guān)S1實現(xiàn)了ZVS關(guān)斷，二極管的反向恢復(fù)得到抑制，開關(guān)電壓電流應(yīng)力較小，電路結(jié)構(gòu)簡單。不足之處是電感L始終有電流流過，導(dǎo)致電流中環(huán)流較大，會增大通態(tài)損耗。

.零電流開關(guān)(ZCS)PWM功率因數(shù)校正電路

ZCS工作方式是指利用諧振現(xiàn)象及有關(guān)器件的箝位作用，使開關(guān)變換器中開關(guān)管電流在開啟或關(guān)斷過程中維持為零。

從圖10電路及波形圖可以看出，主開關(guān)S1首先開通，通過開關(guān)S1的電流逐漸增加至輸入電流值，此時二極管D1、D2關(guān)斷，電容Cr反向充電至Vo；輔助開關(guān)S2開通后，電容Cr與Lr2諧振，當(dāng)電容Cr兩端電壓降至零時，二極管D1導(dǎo)通，電容Cr與電感Lrl、Lr2諧振至開關(guān)S1、S2反并二極管開通，兩開關(guān)實現(xiàn)ZCS關(guān)斷。

此電路的優(yōu)點在于開關(guān)S1、S2均實現(xiàn)了ZCS關(guān)斷，兩個二極管的反向恢復(fù)得到抑制；不足之處是兩開關(guān)硬開通，電容Cr與電感Lr2電容Cr與電感Lr1、Lr2的諧振回路要通過輸出端，會增大輸出端的電壓波動。

圖11電路是對圖10電路進行了改進，改進后的電路工作方式及波形與圖10電路基本一致。圖11的電路將二極管兩端并聯(lián)的電容改為與開關(guān)S2和電感Lr2并聯(lián)，這樣，諧振回路就不會包含輸出端，不會引起輸出端電壓的波動。其不足之處仍在于兩開關(guān)硬開關(guān)開通。

圖12電路與以上兩電路的最大區(qū)別在于實現(xiàn)了一個開關(guān)的ZVS開通。如波形圖所示，主開關(guān)S1開通，感Ls抑制了二極管D的反向恢復(fù)，電感Ls與電容Cr諧振，開關(guān)S2反并二極管開通，為開關(guān)S2提供ZVS開通；電容Cc與電感Ls繼續(xù)諧振，流過電容Cc的電流反向時，開關(guān)S1反并二極管開通，實現(xiàn)ZCS關(guān)斷。

此電路的優(yōu)點是主開關(guān)S1實現(xiàn)了ZCS關(guān)斷，輔助開關(guān)S2實現(xiàn)了ZVS開通，因此，此電路又稱為ZV-ZCS電路。電路的不足之處在于輔助開關(guān)S2的硬關(guān)斷。

4.零電流轉(zhuǎn)換(ZCT)PWM功率因數(shù)校正電路

圖13電路為傳統(tǒng)的零電流轉(zhuǎn)換功率因數(shù)校正電路。如圖13所示，輔助開關(guān)S2開通時，電容Cr與電感Lr諧振，主開關(guān)S1反并二極管導(dǎo)通，實現(xiàn)ZCS關(guān)斷；開關(guān)S1反并二極管關(guān)斷后，開關(guān)S2關(guān)斷，二極管D1開通，為電感Lr提供能量釋放回路。

此電路的優(yōu)點是實現(xiàn)了主開關(guān)S1的ZCS關(guān)斷，電路結(jié)構(gòu)簡單。不足之處是，輔助開關(guān)硬開關(guān)開通關(guān)斷，二極管的反向恢復(fù)沒有得到抑制，主開關(guān)電流應(yīng)力較大。

圖14電路對傳統(tǒng)的ZCT—PWM功率因數(shù)校正電路進行了改進。如圖14波形圖所示，開關(guān)S2開通時，電容Cr、電感Lr諧振，流過二極管D1的電流逐漸減小到零，其反向恢復(fù)得到抑制；諧振電流換向后，開關(guān)S2反并二極管導(dǎo)通，實現(xiàn)ZCS關(guān)斷；開關(guān)S2開通后，電容Cr與電感l(wèi)r諧振，開關(guān)S1反并二極管導(dǎo)通，實現(xiàn)ZCS關(guān)斷。

此電路的優(yōu)點是實現(xiàn)了開關(guān)S1、S2的ZCS關(guān)斷，二極管的反向恢復(fù)得到抑制；不足之處是輔助開關(guān)在一個開關(guān)周期有兩次開關(guān)過程，電路工作方式中諧振較多，都會增大電路的損耗。

.有源箝位功率因數(shù)校正電路

在Boost

PFC變換器中，為了抑制二極管的反向恢復(fù)，在主開關(guān)和Boost二極管之間串聯(lián)一個諧振電感可以有效地抑制二極管的反向恢復(fù)，但是當(dāng)主開關(guān)關(guān)斷時，諧振電感會在開關(guān)上產(chǎn)生很大的電壓應(yīng)力，為了保證電路的安全運行，需要有一個箝位電路來箝位電壓。

在圖15電路中，如波形圖所示，主開關(guān)Sl關(guān)斷后，兩端電壓逐漸上升至箝位電壓Vo+Vcc；輔助開關(guān)S2寄生二極管開通，電感Lr與電容Cc諧振，開關(guān)S2實現(xiàn)ZCS開通；開關(guān)S2關(guān)斷后，二極管Db開通，電感Lr與開關(guān)S1寄生電容諧振至開關(guān)S1寄生二極管開通，開關(guān)S1一實現(xiàn)ZVS開通。電路增加二極管Dc是為了消除二極管Db結(jié)電容與電感Lr的諧振。

電路的優(yōu)點是實現(xiàn)了，主開關(guān)與輔助開關(guān)的zvs開通，二極管Db的反向恢復(fù)得到抑制；不足之處是開關(guān)S1、S2都是硬關(guān)斷。

復(fù)合有源箝位功率因數(shù)校正電路對有源箝位功率因數(shù)校正電路的改進主要體現(xiàn)在電路拓撲和控制時序兩個方面：將二極管D2放在箝位電路外以消除二極管D2結(jié)電容與電感Lr的寄生振蕩；如圖16所示時序可以保證開關(guān)S1、S2與二極管D2在任一時刻只有兩個器件導(dǎo)通，另一個器件被箝位在Vo+Vcco主開關(guān)S1關(guān)斷后，電感Lr與開關(guān)S2寄生電容諧振使寄生二極管導(dǎo)通實現(xiàn)ZVS開通；開關(guān)S2關(guān)斷后，電感Lr與開關(guān)S1、S2寄生電容諧振使開關(guān)S1寄生二極管導(dǎo)通實現(xiàn)ZVS開通。

此電路的優(yōu)點在于兩個開關(guān)均實現(xiàn)了ZVS開通，二極管的反向恢復(fù)得到抑制，電路結(jié)構(gòu)簡單；不足之處是開關(guān)與二極管的電壓應(yīng)力較大。針對這一不足，提出了最小電壓復(fù)合有源箝位電路，如圖17所示，該電路將電感Lr與輔助開關(guān)S2位置進行了交換，開關(guān)時序不變，這樣，開關(guān)S1、S2、二極管D2任兩者導(dǎo)通時，另一個被箝位在Voo。該電路波形與復(fù)合有源箝位功率因數(shù)校正電路相似，具有它的優(yōu)點。

6.帶有無損吸收電路的功率因數(shù)校正電路

6.l

無源無損吸收電路

在軟開關(guān)技術(shù)中，無源無損吸收電路不增加額外的有源器件，只是采用無源元件來抑制二極管的反向恢復(fù)，并且減小了開關(guān)器件的開通和關(guān)斷損耗，因此具有電路成本低，控制簡單等優(yōu)點。

在圖18電路中，開關(guān)S斷開后其兩端電壓逐漸被充電至Vo時，二極管Do、Dc開通，流過二極管Dr的電流逐漸增加，流過二極管Do、的電流逐漸減小至二極管Doj關(guān)斷，當(dāng)開關(guān)S再次開通時，二極管的反向恢復(fù)不會影響開關(guān)損耗的增大。

圖18電路采用耦合電感使二極管反向恢復(fù)影響不到開關(guān)的開通，圖19電路則是利用電感抑制二極管的反向恢復(fù)對開關(guān)開通過程的影響，冉利用無源器件將電感中能量釋放。

此電路的不足之處在于電路結(jié)構(gòu)和工作過程都比較復(fù)雜。

6.2

有源無損吸收電路

圖20電路抑制二極管反向恢復(fù)采用在電路中加入電感，再將電感中的能量釋放的方式。如圖20所示，主開關(guān)S1首先導(dǎo)通，電感Ls抑制了二極管D的反向恢復(fù)，電感Ls與開關(guān)S2寄生電容發(fā)生諧振使其放電至開關(guān)寄生二極管導(dǎo)通，開關(guān)S2實現(xiàn)ZVS開通。

此電路的優(yōu)點在于電路結(jié)構(gòu)簡單，能有效抑制二極管的反向恢復(fù)，輔助開關(guān)實現(xiàn)ZVS開通。

結(jié)語

綜上所述，各種類型的軟開關(guān)功率因數(shù)校正電路具有能夠抑制二極管反向恢復(fù)，實現(xiàn)開關(guān)管的軟開通或軟關(guān)斷，減少變換器的損耗，進而可以提高開關(guān)頻率，減少磁性元件的體積和重量，提高變換器的功率密度。

僅供參考

第三篇：開關(guān)電源技術(shù)課程設(shè)計教學(xué)大綱1

《開關(guān)電源技術(shù)》課程設(shè)計教學(xué)大綱

英文名稱：Switching Power Supply Technology 適用專業(yè)：電氣工程及其自動化 設(shè)計周數(shù)：2 學(xué) 分：2 講授學(xué)時：4學(xué)時

實驗（上機）學(xué)時：16學(xué)時

一、課程設(shè)計的性質(zhì)、目的和任務(wù)：

本課程設(shè)計是在學(xué)習(xí)完《開關(guān)電源技術(shù)》課程之后進行的一個重要的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是工程技術(shù)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的重要組成部分。在教師指導(dǎo)下讓學(xué)生獨立完成，一方面鞏固課程知識，加深對理論知識的理解，一方面訓(xùn)練學(xué)生綜合運作所學(xué)的理論知識，掌握一定的設(shè)計方法和設(shè)計思想，能初步解決一些實際問題；培養(yǎng)學(xué)生查閱資料，獨立獲取新知識、新信息的能力。

課程性質(zhì)：《開關(guān)電源技術(shù)課程設(shè)計》是一門綜合運用電子技術(shù)、微機原理、自動控制原理、電力電子技術(shù)及仿真技術(shù)等課程知識，進行開關(guān)電源電路和系統(tǒng)設(shè)計的課程，是本專業(yè)的一門重要的專業(yè)實踐課。

目的：培養(yǎng)學(xué)生以下幾個方面的能力：

1．綜合運用所學(xué)知識，進行開關(guān)電源電路和系統(tǒng)設(shè)計的能力。2．了解與熟悉常用的電力電子電路的電路拓撲、控制方法。

3．理解和掌握常用的開關(guān)電源電路及系統(tǒng)的主電路、控制電路和保護電路的設(shè)計方法，掌握元器件的選擇計算方法。

4．具有一定的開關(guān)電源電路及系統(tǒng)仿真實驗和調(diào)試的能力。

二、課程的教學(xué)基本要求

依據(jù)以上的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)環(huán)節(jié)，在本課程設(shè)計的實施過程中應(yīng)遵循以下的基本要求：

（一）題目布置和人員配置

依據(jù)實驗條件，選取合適的課程設(shè)計題目，根據(jù)學(xué)生數(shù)量，選取適當(dāng)?shù)念}目數(shù)量，以使學(xué)生能夠得到充分的訓(xùn)練和提高。

（二）學(xué)生設(shè)計和實驗過程中的指導(dǎo)

在設(shè)計和實驗過程中，教師既不能包辦代替，也不能放任自流。重點解決學(xué)生的疑難問題，重點在于指導(dǎo)。

（三）考核

考核形式采用設(shè)計報告、實驗和答辯三方面綜合評定成績的方式，重點考核學(xué)生的設(shè)計態(tài)度，綜合運用所學(xué)的能力和創(chuàng)新的能力，以及實際動手、文字表達和表述能力等。

三、課程內(nèi)容與要求

教學(xué)內(nèi)容

本課程設(shè)計既要立足實驗室現(xiàn)有條件，充分挖掘潛力，又要達到綜合運用所學(xué)，培養(yǎng)和提高學(xué)生的分析問題和解決問題的能力的設(shè)計目的。在以下的幾種中選擇若干題目，讓學(xué)生分組進行設(shè)計。

1、正激型開關(guān)電源電路設(shè)計；

2、反激型開關(guān)電源電路設(shè)計；；

3、半橋型開關(guān)電源電路設(shè)計；

4、全橋型開關(guān)電源電路設(shè)計；

5、推挽型開關(guān)電源電路設(shè)計；

學(xué)生在了解與熟悉常用的開關(guān)電源電路及系統(tǒng)的電路拓撲、控制方法的基礎(chǔ)上，理解和掌握常用的開關(guān)電源電路及系統(tǒng)的主電路、控制電路和保護電路的設(shè)計方法，掌握元器件的選擇計算方法。包括以下的教學(xué)環(huán)節(jié)：

1、指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生情況進行分組，布置設(shè)計題目；

2、指導(dǎo)教師下達課程設(shè)計任務(wù)書，編制課程設(shè)計指導(dǎo)書；

3、在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生根據(jù)設(shè)計題目和設(shè)計任務(wù)書復(fù)習(xí)所學(xué)，查閱相關(guān)資料進行設(shè)計；

4、設(shè)計、計算完畢，經(jīng)指導(dǎo)教師審查認可后學(xué)生在實驗室進行實驗驗證；

5、學(xué)生整理設(shè)計資料和數(shù)據(jù)，撰寫課程設(shè)計報告； 指導(dǎo)教師審閱報告，進行答辯以檢查學(xué)生的設(shè)計情況。要求：

學(xué)生能夠根據(jù)指導(dǎo)教師的要求，進行符合專業(yè)規(guī)范的設(shè)計和實驗工作，能夠發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，有一定的創(chuàng)新和獨立思考。

四、理論教學(xué)學(xué)時分配

本課程除指導(dǎo)教師必要的布置設(shè)計和實驗任務(wù)外，一般不進行理論教學(xué)。

五、實驗名稱與學(xué)時安排

根據(jù)實際設(shè)計題目確定實驗和調(diào)試內(nèi)容。學(xué)生設(shè)計大概在1周，實驗（上機）0.5周，撰寫報告和考核0.5周。

六、考核方式與評分辦法

在整個課程設(shè)計階段，教師應(yīng)注意對學(xué)生的引導(dǎo)，以利于培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計技能及創(chuàng)造能力。學(xué)生成績的評定以草圖成績、正規(guī)圖成績、說明書成績、答辯成績等進行綜合評定。

七、教材及參考書

1.侯振義 等，直流開關(guān)電源技術(shù)及應(yīng)用，電子工業(yè)出版社，2006年4月 2.楊旭 等，開關(guān)電源技術(shù)，機械工業(yè)出版社2004年3月

3.張占松，蔡宣三。開關(guān)電源的原理與設(shè)計，電子工業(yè)出版社，1998

第四篇：開關(guān)電源的電磁兼容性技術(shù)

開關(guān)電源的電磁兼容性技術(shù) 引言

電磁兼容是一門新興的跨學(xué)科的綜合性應(yīng)用學(xué)科。作為邊緣技術(shù)，它以電氣和無線電技術(shù)的基本理論為基礎(chǔ)，并涉及許多新的技術(shù)領(lǐng)域，如微波技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及新材料等。電磁兼容技術(shù)應(yīng)用的范圍很廣，幾乎所有現(xiàn)代化工業(yè)領(lǐng)域，如電力、通信、交通、航天、軍工、計算機和醫(yī)療等都必須解決電磁兼容問題。其研究的熱點內(nèi)容主要有：電磁干擾源的特性及其傳輸特性、電磁干擾的危害效應(yīng)、電磁干擾的抑制技術(shù)、電磁頻譜的利用和管理、電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范、電磁兼容性的測量與試驗技術(shù)、電磁泄漏與靜電放電等。

電磁兼容的英文名稱為Electromagnetic Compatibility，簡稱EMC。所謂電磁兼容是指設(shè)備（分系統(tǒng)、系統(tǒng)）在共同的電磁環(huán)境中能一起執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)。這里包含兩層意思，即它工作中產(chǎn)生的電磁輻射要限制在一定水平內(nèi)，另外它本身要有一定的抗干擾能力。這便是設(shè)備研制中所必須解決的兼容問題。電磁兼容技術(shù)涉及的頻率范圍寬達0 GHz ~400GHz，研究對象除傳統(tǒng)設(shè)備外，還涉及芯片級，直到各種艦船、航天飛機、洲際導(dǎo)彈甚至整個地球的電磁環(huán)境。

電磁兼容三要素是干擾源（騷擾源）、耦合通路和敏感體。切斷以上任何一項都可解決電磁兼容問題，電磁兼容的解決常用的方法主要有屏蔽、接地和濾波。2 電磁兼容技術(shù)名詞（1）電磁兼容性

電磁兼容性是指設(shè)備或者系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作，且不對該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。（2）電磁騷擾

電磁騷擾是指任何可能引起設(shè)備、裝備或系統(tǒng)性能降低或者對有生命或者無生命物質(zhì)產(chǎn)生損害作用的電磁現(xiàn)象。電磁騷擾可引起設(shè)備、傳輸通道或系統(tǒng)性能的下降。它的主要要素有自然和人為的騷擾源、通過公共地線阻抗/內(nèi)阻的耦合、沿電源線傳導(dǎo)的電磁騷擾和輻射干擾等。電子系統(tǒng)受干擾的路徑為：經(jīng)過電源，通過信號線或控制電纜、場滲透，經(jīng)過天線直接進入；通過電纜耦合，從其他設(shè)備來的傳導(dǎo)干擾；電子系統(tǒng)內(nèi)部場耦合；其他設(shè)備的輻射干擾；電子設(shè)備外部耦合到內(nèi)部場；寬帶發(fā)射機天線系統(tǒng)；外部環(huán)境場等（3）電磁環(huán)境

電磁環(huán)境是一種明顯不傳送信息的時變電磁現(xiàn)象，它可能與有用信號疊加或組合。（4）電磁輻射

電磁輻射是指電磁波由源發(fā)射到空間的現(xiàn)象?！半姶泡椛洹币辉~的含義有時也可引申，將電磁感應(yīng)現(xiàn)象也包含在內(nèi)。RFI/EMI可以通過任何一種設(shè)備機殼的開口、通風(fēng)孔、出入口、電纜、測量孔、門框、艙蓋、抽屜和面板以及機殼的非理想連接面等進行輻射。RFI/EMI也可由進入敏感設(shè)備的導(dǎo)線和電纜進行輻射，任何一個良好的電磁能量輻射器也可以作為良好的接收器。（5）脈沖

脈沖是指在短時間內(nèi)突變，隨后又迅速返回至其初始值的物理量。（6）共模干擾和差模干擾

電源線上的干擾有共模干擾和差模干擾兩種方式。共模干擾存在于電源任何一相對大地或電線對大地之間。共模干擾有時也稱縱模干擾、不對稱干擾或接地干擾。這是載流導(dǎo)體與大地之間的干擾。差模干擾存在于電源相線與中線及相線與相線之間。差模干擾也稱常模干擾、橫模干擾或?qū)ΨQ干擾。這是載流導(dǎo)體之間的干擾。共模干擾提示了干擾是由輻射或串?dāng)_耦合到電路中的，而差模干擾則提示了干擾是源于同一條電源電路。通常這兩種干擾是同時存在的，由于線路阻抗的不平衡，兩種干擾在傳輸中還會相互轉(zhuǎn)化，所以情況十分復(fù)雜。干擾經(jīng)長距離傳輸后，差模分量的衰減要比共模大，這是因為線間阻抗與線-地阻抗不同的緣故。出于同一原因，共模干擾在線路傳輸中還會向鄰近空間輻射，而差模則不會，因此共模干擾比差模更容易造成電磁干擾。不同的干擾方式要采取不同的干擾抑制方法才有效。判斷干擾方法的簡便方法是采用電流探頭。電流探頭先單獨環(huán)繞每根導(dǎo)線，得出單根導(dǎo)線的感應(yīng)值，然后再環(huán)繞兩根導(dǎo)線（其中一根是地線），探測其感應(yīng)情況。如感應(yīng)值是增加的，則線路中干擾電流是共模的；反之則是差模的。（7）抗擾度電平和敏感性電平

抗擾度電平是指將某給定的電磁騷擾施加于某一裝置、設(shè)備或者系統(tǒng)并使其仍然能夠正常工作且保持所需性能等級時的最大騷擾電平。也就是說，超過此電平時該裝置、設(shè)備或者系統(tǒng)就會出現(xiàn)性能降低。而敏感性電平是指剛剛開始出現(xiàn)性能降低的電平。所以，對某一裝置、設(shè)備或者系統(tǒng)而言，抗擾度電平與敏感性電平是同一數(shù)值。（8）抗擾度裕量

抗擾度裕量是指裝備、設(shè)備或者系統(tǒng)的抗擾度電平限值與電磁兼容電平之間的插值。3 開關(guān)電源的電磁兼容性

開關(guān)電源因工作在高電壓大電流的開關(guān)工作狀態(tài)下，引起電磁兼容性問題的原因是相當(dāng)復(fù)雜的。從整機的電磁性講，主要有共阻抗耦合、線間耦合、電場耦合、磁場耦合及電磁波耦合幾種。共阻耦合主要是騷擾源與受騷擾體在電氣上存在的共同阻抗，通過該阻抗使騷擾信號進入受騷擾體。線間耦合主要是產(chǎn)生騷擾電壓及騷擾電流的導(dǎo)線或 PCB線因并行布線而產(chǎn)生的相互耦合。電場耦合主要是由于電位差的存在，產(chǎn)生感應(yīng)電場對受騷擾體產(chǎn)生的場耦合。磁場耦合主要是指在大電流的脈沖電源線附近，產(chǎn)生的低頻磁場對騷擾對象產(chǎn)生的耦合。電磁場耦合主要是由于脈動的電壓或電流產(chǎn)生的高頻電磁波通過空間向外輻射，對相應(yīng)的受騷擾體產(chǎn)生的耦合。實際上，每一種耦合方式是不能嚴(yán)格區(qū)分的，只是側(cè)重點不同而已。在開關(guān)電源中，主功率開關(guān)管在很高的電壓下，以高頻開關(guān)方式工作，開關(guān)電壓及開關(guān)電流均接近方波，從頻譜分析知，方波信號含有豐富的高次諧波。該高次諧波的頻譜可達方波頻率的1000次以上。同時，由于電源變壓器的漏電感及分布電容以及主功率開關(guān)器件的工作狀態(tài)非理想，在高頻開或關(guān)時，常常產(chǎn)生高頻高壓的尖峰諧波震蕩。該諧波震蕩產(chǎn)生的高次諧波，通過開關(guān)管與散熱器間的分布電容傳入內(nèi)部電路或通過散熱器及變壓器向空間輻射。用于整流及續(xù)流的開關(guān)二極管，也是產(chǎn)生高頻騷擾的一個重要原因。因整流及續(xù)流二極管工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，二極管的引線寄生電感、結(jié)電容的存在以及反向恢復(fù)電流的影響，使之工作在很高的電壓及電流變化率下，且產(chǎn)生高頻震蕩。整流及續(xù)流二極管一般離電源輸出線較近，其產(chǎn)生的高頻騷擾最容易通過直流輸出線傳出。開關(guān)電源為了提高功率因數(shù)，均采用了有源功率因數(shù)校正電路。同時，為了提高電路的效率及可靠性，減少功率器件的電應(yīng)力，大量采用了軟開關(guān)技術(shù)。其中零電壓、零電流或零電壓/零電流開關(guān)技術(shù)應(yīng)用最為廣泛。該技術(shù)極大的降低了開關(guān)器件所產(chǎn)生的電磁騷擾。但是，軟開關(guān)無損吸收電路多數(shù)利用L、C進行能量轉(zhuǎn)移，利用二極管的單向?qū)щ娦阅軐崿F(xiàn)能量的單向轉(zhuǎn)換，因此，該諧振電路中的二極管成為電磁騷擾的一大騷擾源。

開關(guān)電源一般利用儲能電感及電容器組成L、C濾波電路，實現(xiàn)對差模及共模騷擾信號的濾波。由于電感線圈的分布電容，導(dǎo)致了電感線圈的自諧振頻率降低，從而使大量的高頻騷擾信號穿過電感線圈，沿交流電源線或直流輸出線向外傳播。濾波電容器隨著騷擾信號頻率的上升，引線電感的作用導(dǎo)致電容量及濾波效果不斷的下降，甚至導(dǎo)致電容器參數(shù)改變，也是產(chǎn)生電磁騷擾的一個原因。4 電磁兼容性的解決方法

從電磁兼容的三要素講，要解決開關(guān)電源的電磁兼容性問題，可從三個方面入手：第一，減小騷擾源產(chǎn)生的騷擾信號；第二，切斷騷擾信號的傳播途徑；第三，增強受騷擾體的抗騷擾能力。在解決開關(guān)電源內(nèi)部的兼容性時，可以綜合利用上述三個方法，以成本效益比及實施的難易性為前提。因而，開關(guān)電源產(chǎn)生的對外騷擾，如電源線諧波電流、電源線傳導(dǎo)騷擾、電磁場輻射騷擾等只能用減小騷擾源的方法來解決。一方面，可以增強輸入/輸出濾波電路的設(shè)計，改善APFC電路的性能，減小開關(guān)管及整流、續(xù)流二極管的電壓、電流變化率，采用各種軟開關(guān)電路拓撲及控制方式等；另一方面，加強機殼的屏蔽效果，改善機殼的縫隙泄漏，并進行良好的接地處理。而對外部的抗騷擾能力（如浪涌、雷擊）應(yīng)優(yōu)化交流電輸入及直流輸出端口的防雷能力。通常，對1.2/50?s開路電壓及8/20?s短路電流的組合雷擊波形，因能量較小，通常采用氧化鋅壓敏電阻與氣體方電管等的組合方法來解決。對于靜電放電，通常在通信端口及控制端口的小信號電路中，采用TVS管及相應(yīng)的接地保護、加大小信號電路與機殼等的電距離來解決或選用具有抗靜電騷擾的器件?？焖偎沧冃盘柡泻軐挼念l譜，很容易以共模的方式傳入控制電路內(nèi)，采用與防靜電相同的方法并減小共模電感的分布電容、加強輸入電路的共模信號濾波（加共模電容或插入損耗型的鐵氧體磁環(huán)等）來提高系統(tǒng)的抗擾性能。

減小開關(guān)電源的內(nèi)部騷擾，實現(xiàn)其自身的電磁兼容性，提高開關(guān)電源的穩(wěn)定性及可靠性，應(yīng)從以下幾個方面入手：①注意數(shù)字電路與模塊電路PCB布線的正確分區(qū)；②數(shù)字電路與模擬電路電源的去耦；③數(shù)字電路與模擬電路單點接地、大電流電路與小電流特別是電流電壓取樣電路的單點接地以減小共阻騷擾，減小地環(huán)地影響，布線時注意相鄰線間的間距及信號性質(zhì)，避免產(chǎn)生串?dāng)_，減小輸出整流回路及續(xù)流二極管回路與支流濾波電路所包圍的面積，減小變壓器的漏電、濾波電感的分布電容，運用諧振頻率高的濾波電容器等。5 濾波器結(jié)構(gòu)

濾波是一種抑制傳導(dǎo)干擾的方法。例如，在電源輸入端接上濾波器，可以抑制來自電網(wǎng)的噪聲對電源本身的侵害，也可以抑制由開關(guān)電源產(chǎn)生并向電網(wǎng)反饋的干擾。電源濾波器作為抑制電源線傳導(dǎo)干擾的重要單元，在設(shè)備或系統(tǒng)的電磁兼容設(shè)計中具有極其重要的作用。它不僅可以抑制傳輸線上的傳導(dǎo)干擾，同時對傳輸線上的輻射發(fā)射也具有顯著的抑制效果。在濾波電路中，選用穿心電容、三端電容、鐵氧體磁環(huán)，能夠改善電路的濾波特性。進行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計或選擇合適的濾波器，并正確的安裝濾波器是抗干擾技術(shù)的重要組成部分。在交流電輸入端加裝的電源濾波器電路如圖1所示。圖中Ld、Cd用于抑制差模噪聲，一般取Ld為100 mH-700mH，Cd取1?F-10?F。Lc、Cc用于抑制共模噪聲，可根據(jù)實際情況加以調(diào)整。所有電源濾波器都必須接地（廠家特別說明允許不接地的除外），因為濾波器的共模旁路電容必須在接地時才起作用。一般的接地方法是除了將濾波器與金屬外殼相接之外，還要用較粗的導(dǎo)線將濾波器外殼與設(shè)備的接地點相連。接地阻抗越低，濾波效果越好。濾波器盡量安裝在靠近電源入口處。濾波器的輸入及輸出端要盡量遠離，避免干擾信號從輸入端直接耦合到輸出端。

如在電源輸出端加輸出濾波器、加裝高頻電容、加大輸出濾波電感的電感量及濾波電容的容量，則可以抑制差模噪聲。如果把多個電容并聯(lián)，則效果會更好。6 EMI濾波器選用與安裝

開關(guān)電源EMI濾波器中的4只電容器用了兩種不同的下標(biāo)“x”和“y”，不僅說明了它們在濾波網(wǎng)絡(luò)中的作用，還表明了它們在濾波網(wǎng)絡(luò)中的安全等級。無論是選用還是設(shè)計EMI濾波器，都要認真的考慮Cx和Cy的安全等級。在實際應(yīng)用中，Cx電容接在單相電源線的L和N之間，它上面除加有電源額定電壓外，還會疊加L和N之間存在的EMI信號峰值電壓。因此，要根據(jù)EMI濾波器的應(yīng)用場合和可能存在的EMI信號峰值，正確選用適合安全等級的Cx電容器。Cy電容器是接在電源供電線L、N與金屬外殼（E）之間的，對于220V、50Hz電源，它除符合250V峰值電壓的耐壓要求外，還要求這種電容器在電氣和機械性能方面具有足夠的安全裕量，以避免可能出現(xiàn)的擊穿短路現(xiàn)象。7 結(jié)語

在開關(guān)電源設(shè)計中，為了少走彎路和節(jié)省時間，應(yīng)充分考慮并滿足抗干擾性的要求，避免在設(shè)計完成后去進行抗干擾的補救措施。

第五篇：開關(guān)電源電磁干擾抑制技術(shù)

開關(guān)電源電磁干擾抑制技術(shù)

0 引言

隨著現(xiàn)代電子技術(shù)和功率器件的發(fā)展，開關(guān)電源以其體積小，重量輕，高性能，高可靠性等特點被廣泛應(yīng)用于計算機及外圍設(shè)備通信、自動控制、家用電器等領(lǐng)域，為人們的生產(chǎn)生活和社會的建設(shè)提供了很大幫助。但是，隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的快速發(fā)展，電子電氣設(shè)備的廣泛應(yīng)用，處于同一工作環(huán)境的各種電子、電氣設(shè)備的距離越來越近，電子電路工作的外部環(huán)境進一步惡化。由于開關(guān)電源工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，內(nèi)部會產(chǎn)生很高的電流、電壓變化率，導(dǎo)致開關(guān)電源產(chǎn)生較強的電磁干擾。電磁干擾信號不僅對電網(wǎng)造成污染，還直接影響到其他用電設(shè)備甚至電源本身的正常工作，而且作為輻射干擾闖入空間，造成電磁污染，制約著人們的生產(chǎn)和生活。國內(nèi)在20世紀(jì)80一90年代，為了加強對當(dāng)前國內(nèi)電磁污染的治理，制定了一些與CISPR標(biāo)準(zhǔn)、IEC801等國際標(biāo)準(zhǔn)相對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。自從2003年8月1日中國強制實施3C認證(china compulsory certification)工作以來，掀起了“電磁兼容熱”，近距離的電磁干擾研究與控制愈來愈引起電子研究人員們的關(guān)注，當(dāng)前已成為當(dāng)前研究領(lǐng)域的一個新熱點。本文將針對開關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生機理系統(tǒng)地論述相關(guān)的抑制技術(shù)。

l 開關(guān)電源電磁干擾的抑制 形成電磁干擾的三要素是干擾源、傳播途徑和受擾設(shè)備。因而，抑制電磁干擾應(yīng)從這三方面人手。抑制干擾源、消除干擾源和受擾設(shè)備之間的耦合和輻射、提高受擾設(shè)備的抗擾能力，從而改善開關(guān)電源的電磁兼容性能的目的。1．1 采用濾波器抑制電磁干擾 濾波是抑制電磁干擾的重要方法，它能有效地抑制電網(wǎng)中的電磁干擾進入設(shè)備，還可以抑制設(shè)備內(nèi)的電磁干擾進入電網(wǎng)。在開關(guān)電源輸入和輸出電路中安裝開關(guān)電源濾波器，不但可以解決傳導(dǎo)干擾問題，同時也是解決輻射干擾的重要武器。濾波抑制技術(shù)分為無源濾波和有源濾波2種方式。

1．1．1 無源濾波技術(shù) 無源濾波電路簡單，成本低廉，工作性能可靠，是抑制電磁干擾的有效方式。無源濾波器由電感、電容、電阻元件組成，其直接作用是解決傳導(dǎo)發(fā)射。開關(guān)電源中應(yīng)用的無源濾波器的原理結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

由于原電源電路中濾波電容容量大，整流電路中會產(chǎn)生脈沖尖峰電流，這個電流由非常多的高次諧波電流組成，對電網(wǎng)產(chǎn)生干擾；另外電路中開關(guān)管的導(dǎo)通或截止、變壓器的初級線圈都會產(chǎn)生脈動電流。由于電流變化率很高，對周圍電路會產(chǎn)生出不同頻率的感應(yīng)電流，其中包括差模和共模干擾信號，這些干擾信號可以通過2根電源線傳導(dǎo)到電網(wǎng)其他線路和干擾其他的電子設(shè)備。圖中差模濾波部分可以減少開關(guān)電源內(nèi)部的差模干擾信號，又能大大衰減設(shè)備本身工作時產(chǎn)生的電磁干擾信號傳向電網(wǎng)。又根據(jù)電磁感應(yīng)定律，得E=Ldi／dt，其中：E為L兩端的電壓降；L為電感量；di／dt為電流變化率。顯然要求電流變化率越小，則要求電感量就越大。脈沖電流回路通過電磁感應(yīng)其他電路與大地或機殼組成的回路產(chǎn)生的干擾信號為共模信號；開關(guān)電源電路中開關(guān)管的集電極與其他電路之間產(chǎn)生很強的電場，電路會產(chǎn)生位移電流，而這個位移電流也屬于共模干擾信號。圖1中共模濾波器就是用來抑制共模干擾，使之受到衰減。1．1．2 有源濾波技術(shù)

有源濾波技術(shù)是抑制共模干擾的一種有效方法。該方法從噪聲源出發(fā)而采取的措施(如圖2所示)，其基本思想是設(shè)法從主回路中取出一個與電磁干擾信號大小相等、相位相反的補償信號去平衡原來的干擾信號，以達到降低干擾水平的目的。如圖2所示，利用晶體管的電流放大作用，通過把發(fā)射極的電流折合到基極，在基極回路來濾波。R1，C2組成的濾波器使基極紋波很小，這樣射極的紋波也很小。由于C2的容量小于C3，減小了電容的體積。這種方式僅適合低壓小功率電源的情況。另外，在設(shè)計和選用濾波器時應(yīng)注意頻率特性、耐壓性能、額定電流、阻抗特性、屏蔽和可靠性。濾波器的安裝位置要恰當(dāng)，安裝方法要正確，才能對干擾起到預(yù)期的濾波作用。1．2 屏蔽技術(shù)和接地技術(shù) 采用屏蔽技術(shù)可以有效地抑制開關(guān)電源的電磁輻射干擾。屏蔽一般分為2種：一種是靜電屏蔽，主要用于防止靜電場和恒定磁場的影響；另一種是電磁屏蔽，主要用于防止交變電場、磁場以及交變電磁場的影響。屏蔽技術(shù)分為對發(fā)出電磁波部位的屏蔽和受電磁波影響的元器件的屏蔽。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，以使電磁波產(chǎn)生衰減。此外，為了抑制開關(guān)電源產(chǎn)生的輻射向外部發(fā)散，為了減少電磁干擾對其他電子設(shè)備的影響，應(yīng)采取整體屏蔽。可完全按照對磁場屏蔽的方法來加工屏蔽罩，然后將整個屏蔽罩與系統(tǒng)的機殼和地連接為一體，就能對電磁場進行有效的屏蔽。然而在使用整體屏蔽時應(yīng)充分考慮屏蔽材料的接縫、電線的輸入／輸出端子和電線的引出口等處的電磁泄露，且不易散熱，結(jié)構(gòu)成本大幅度增加等因素。為使電磁屏蔽能同時發(fā)揮靜電屏蔽的作用，加強屏蔽效果，同時保障人身和設(shè)備的安全，應(yīng)將系統(tǒng)與大地相連，即為接地技術(shù)。接地是指在系統(tǒng)的某個選定點與某個接地面之間建立導(dǎo)電的通路設(shè)計。這一過程是至關(guān)重要的，將接地和屏蔽正確結(jié)合起來可以更好地解決電磁干擾問題，又可提高電子產(chǎn)品的抗干擾能力。1．3 PCB設(shè)計技術(shù) 為更好地抑制開關(guān)電源的電磁干擾，其印制電路板(PCB)的抗干擾技術(shù)尤為重要。為減少PCB的電磁輻射和PCB上電路間的串?dāng)_，要非常注意PCB布局、布線和接地。如減少輻射干擾是減小通路面積，減小干擾源和敏感電路的環(huán)路面積，采用靜電屏蔽。而抑制電場與磁場的耦合，應(yīng)盡量增大線間距離。在開關(guān)電源中接地是抑制干擾的重要方法。接地有安全接地、工作接地和屏蔽接地等3種基本類型。地線設(shè)計應(yīng)注意以下幾點：交流電源地與直流電源地分開；功率地與弱電地分開；模擬電路與數(shù)字電路的電源地分開；盡量加粗地線。1．4 擴頻調(diào)制技術(shù) 對于一個周期信號尤其是方波來說，其能量主要分布在基頻信號和諧波分量中，諧波能量隨頻率的增加呈級數(shù)降低。由于n次諧波的帶寬是基頻帶寬的n倍，通過擴頻技術(shù)將諧波能量分布在一個更寬的頻率范圍上。由于基頻和各次諧波能量減少，其發(fā)射強度也應(yīng)該相應(yīng)降低。要在開關(guān)電源中采用擴頻時鐘信號，需要對該電源開關(guān)脈沖控制電路輸出的脈沖信號進行調(diào)制，形成擴頻時鐘(如圖3所示)。與傳統(tǒng)的方法相比，采用擴頻技術(shù)優(yōu)化開關(guān)電源EMI既高效又可靠，無需增加體積龐大的濾波器件和繁瑣的屏蔽處理，也不會對電源的效率帶來任何負面影響。

1．5 一次整流電路中加功率因數(shù)校正(PFC)網(wǎng)絡(luò) 對于直流穩(wěn)壓電源，電網(wǎng)電壓通過變壓器降壓后直接通過整流電路進行整流，所以整流過程中產(chǎn)生的諧波分量作為干擾直接影響交流電網(wǎng)的波形，使波形畸變，功率因數(shù)偏低。為了解決輸入電流波形畸變和降低電流諧波含量，將功率因數(shù)校正(PFC)技術(shù)應(yīng)用于開關(guān)電源中是非常必要的。PFC技術(shù)使得電流波形跟隨電壓波形，將電流波形校正成近似的正弦波，從而降低了電流諧波含量，改善了橋式整流電容濾波電路的輸入特性，提高了開關(guān)電源的功率因數(shù)。其中無源功率因數(shù)校正電路是利用電感和電容等元件組成濾波器，將輸入電流波形進行移相和整形過程來實現(xiàn)提高功率因數(shù)的。而有源功率因數(shù)校正電路是依據(jù)控制電路強迫輸入交流電流波形跟蹤輸入交流電壓波形的原理來實現(xiàn)交流輸入電流正弦化，并與交流輸入電壓同步。兩種方法均使功率因數(shù)提高，后者效果更加明顯，但電路復(fù)雜。結(jié)語 本文的設(shè)計方法正確，仿真結(jié)果正常，克服了傳統(tǒng)方案中所存在的一些問題，使電磁干擾的抑制技術(shù)得到進一步優(yōu)化。從開關(guān)電源電磁干擾產(chǎn)生的機理來看，有多種方式可抑制電磁干擾，除本文中分析的幾種主要方法外，還可以采用光電隔離器、LSA系列浪涌吸收器、軟開關(guān)技術(shù)等。抑制開關(guān)電源的電磁干擾，目的是使其能在各領(lǐng)域得到有效應(yīng)用的同時，盡量減少電磁污染，實現(xiàn)了對電磁污染問題的有效治理。而在實際設(shè)計時，應(yīng)全面考慮開關(guān)電源的各種電磁干擾，選用多種抑制電磁干擾的方法加以綜合利用，使電磁干擾降到最低，從而提高電子產(chǎn)品的質(zhì)量與可靠性。