• 電路結構與降噪原理
• 主要器件參數的設定
• 電源測試與效果

• 從源頭上消除電磁噪聲
• 係統互補抑製噪聲技術

電源裝置是電子電氣設備中所不可缺少的部件，開關電源以其效率高
、體積小、重量輕
、電(dian)壓(ya)適(shi)應(ying)性(xing)好(hao)等(deng)優(you)點(dian)，受(shou)到(dao)相(xiang)關(guan)行(xing)業(ye)的(de)青(qing)睞(lai)。但(dan)目(mu)前(qian)存(cun)在(zai)的(de)缺(que)陷(xian)是(shi)電(dian)磁(ci)騷(sao)擾(rao)大(da)，對(dui)環(huan)境(jing)或(huo)對(dui)其(qi)他(ta)設(she)備(bei)造(zao)成(cheng)不(bu)利(li)影(ying)響(xiang)。目(mu)前(qian)對(dui)於(yu)可(ke)變(bian)負(fu)載(zai)的(de)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)
，筆(bi)者(zhe)所(suo)了(le)解(jie)到(dao)的(de)產(chan)品(pin)最(zui)低(di)輸(shu)出(chu)噪(zao)聲(sheng)電(dian)壓(ya)也(ye)在(zai)70 mVyishang。shejididiancisaoraodekaiguandianyuan
，yejiuchenglexuduoshejirenyuandexiwang，weicitichulezhongzhongfangfa。benlishejiyaodianbutongyuchangguijishu，ershicaiqulecongyuantoushangduidiancizaoshengjinxingxiaochu
，zaijieheyixiechangguicuoshi。jiangdianyuanshuchuduankoudezaoshengdianyajiangzhi20 mV以下，顯著提高開關電源的電磁兼容性指標。

1 開關電源電路結構與降噪原理

該開關電源的設計目標是穩定20 V輸出，輸出電流0～2 A可變

，用於音響係統。為了突出降低電磁噪聲的處理技術
，簡化電路，用單片開關電源芯片TOP224Y進行設計。TOP224Y內部已包含了PWM調製所需的所有電路以及激勵管輸出
，由它激勵變壓器，開關頻率為100 kHz，內部MOS激勵管的耐壓為700 V，輸出功率小於45 W。電路如圖1所示
，該電路可以獲得更大的輸出功率
，隻需更改部分器件。圖1中左邊的電路R1，L1，D1，C1至C7是常規的共模濾波和整流電路，獲取約300 V的直流電壓供DC-DC變換電路使用；最右邊電路L5，C11等是普通的LC濾波電路；IC2
，D8，R9，R10組成電壓反饋電路，形成閉環結構

，穩定電源輸出電壓；中間部分是DC-DC變換器
，降噪聲的關鍵是對這一部分的電路進行適當處理。
 

對於中間部分電路而言，TOP224Y作為PWM控製、激勵
，都是常規處理。控製端C的工作電壓取自變壓器的反激勵電壓，其中D3是整流管，D4是發光二極管，用作指導燈。C端的反饋信號來自IC2的輸出。芯片的漏極輸出端D連接變壓器和R1，D2，其中R1是半導體壓敏電阻，與D2一起組成芯片限壓保護電路，防止芯片因過壓而擊穿。該項電路的激勵方式采用以正激勵為主的正、反混合激勵式
，變壓器有4個繞組，其中2個是基本相似的輸出繞組n3,n4
，它的同名端關係如圖2所示。
 
DC-DC變換後的整流管使用了三隻：D5，D6和D7，沒有獨立設置續流二極管
，不同於其他電源電路。D5為續流而設置的複用二極管，D6和是正激勵脈衝整流二極管
，D7是反激勵電壓整流二極管。L4是DC-DC變換後的第一級濾波電感。在正激勵期間

，變壓器輸出繞組n3經D6
，L4輸出電流，第一級濾波電感L4中電流i4增大，同時，變壓器自身利益的激勵磁電流i1也在增大。
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當正激勵結束馬上就進入反激勵階段，濾波電感L4中電流i4將jiang從cong原yuan值zhi逐zhu步bu減jian小xiao。而er變bian壓ya器qi中zhong也ye會hui保bao持chi勵li磁ci電dian流liu，但dan它ta是shi多duo繞rao組zu結jie構gou，勵li磁ci電dian流liu可ke以yi出chu現xian在zai任ren意yi一yi個ge繞rao組zu中zhong，各ge電dian流liu方fang向xiang以yi維wei持chi原yuan磁ci場chang方fang向xiang為wei準zhun。如ru果guo控kong製zhi當dang時shi的de濾lv波bo電dian感gan電dian流liui4>n1i1／n4，可以將變壓器磁芯中的勵磁電流全部轉移至n4繞組。也就是電流i4流經變壓器輸出繞組n4，除了維持變壓器磁芯磁場，尚有多餘，其餘量在n4與n3中按匝數比分配。此時
，二極管D5馬上導通，二極管D6繼續導通，而二極管D7仍然截止。變壓器繞組無感生電壓，不放釋放磁場能。隨著濾波電感儲能的釋放，電流i4逐步減小，直至i4=n1i1／n4時，D6進入截止狀態。可見D6沒有被除數強迫截止

，處理得當
，可以消除其關斷噪聲。接著，變壓器開始產生反激勵電動勢而釋放儲能，二極管D7開始導通，變壓器的反激勵電壓被限製。直到變壓器儲能釋放盡，等待下一個周期的激勵。

按照這一方法處理

，可以消除整流二極管D6deyingguanduanzaosheng，danbianyaqilouganzaochengdexinpianjiliguandeyingguanduanzaoshengrengrancunzai，zhelidefuzhuraozukeyiqidaoyidingdexishouzuoyong。duiyuzhengliuerjiguandeyingkaitongzaosheng，rengcaiyongRC電路吸收能量，降低噪聲，如圖1中的R7

，C10電路。

2 主要器件參數的設定

2．1 確定變壓器參數

電路的正激勵電壓U為300 V，根據芯片的反向耐壓參數和可靠性要求，反激電壓設為200 V。開關周期為10μs，因此

，其中正激勵時間為t1=4．0 μs，反激勵時間為t2=6．0 μs。按照15 W反激勵輸出功率計算
，每一個周期裏變壓器儲能應該達到150μJ，即Li1m2=300μJ而Lilm=U1t1，所以有：
 
式中：i1m為變壓器初級線圈的最大電流值(單位：A)。可以算得變壓器初級繞組的電感量L0應該達到4．8 mH。若該電感量取得再大一些也可以
，隻是反激勵能量會減小
，要更多地依靠正激勵輸出。

對於變壓器初級繞組的匝數．按照40 W輸出功率的要求
，變壓器可以采用E128錳鋅鐵氧體磁芯
，其平均磁路長度為56 mm，中心磁芯截麵積Ae1為77 mm2。這一規格的變壓器為了避免磁芯出現磁飽和
，初級繞組的最少匝數為：

Bmax是變壓器磁芯允許的最大磁感應強度。為了達到4．8 mH電量的初級繞組匝數： 
 
顯然
，繞製75匝磁路閉合時已接近磁飽和狀態。為了可靠起見，增加初級繞組匝數，控製在80～100匝間
，這裏取為100匝。同時，在磁路中設置氣隙以增加磁路磁阻Rm。氣隙厚度通常根據實際測試情況確定。這類單極性激勵電路將變壓器輸出繞組設計成不對稱結構。根據輸出20 V輸出電壓的限製，輸出繞組n4反激電壓定為21 V
，變比n=200：21=9．5。反激勵輸出繞組n4的匝數根據變壓比可確定為各11匝；輸出繞組n3正激電壓定為20／0．4=50 V。正激勵輸出繞組n3的匝數為100x 50／300=16匝；反饋電壓采用反激勵輸出，以穩定輸出電壓值。按照200：15計算，繞組的匝數為8匝。按照以上這些參數，合理繞製變壓器。

2．2 確定第一級濾波電感參數

第一濾波電感的電感量確定原則是：在變壓器的正激勵期間

，濾波電感中形成的勵磁電流i4足以維持變壓器雄姿磁芯中勵磁的需要。如果是大電流輸出，按連續濾波考慮
，L4的電感量取值為：
 
式中：n是變壓器的反激匝比
，在此為9．5
；U1是原邊正激勵電壓；U2是副邊正激勵電壓；U0是電源輸出的直流電壓。如果是小電流輸出，按斷續濾波考慮，L4的電感量為：
 
考慮不同輸出電流均能符合續流要求，第一濾波電感L4的電感量可以取為45μH
，這一電感量不能取得過小。

濾波器磁芯的材料一般采用粉芯磁環，它比鐵氧體磁芯的儲能值大。若選用φ22鐵粉芯磁環，其平均磁路長度為50 mm，磁芯橫截麵積Ac2為6×11 mm2，相對磁導率為70。達到50μH的線圈匝數為：
 
濾波器不飽和最大工作電流與磁芯材料的關係為Imax=(BmaxAe2Rm／N)=(Bmaxl／μ0μτN)。由此算得允許的最大工作電流為16 A，遠大於電源的實際輸出電流
，不會出現磁飽和，可以放心使用。該濾波實際在φ22鐵粉芯磁環上繞26匝
，實測為0．048 mH。
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2．3 確定其他主要元件參數

第二級濾波電感器也采用同規格的鐵粉芯磁環
，在不出現磁飽和的條件下


，電感量以大為好，一般要達到100μH以上。

濾波電容的容量在體積與成本許可的條件下
，以大為好，一般取1 000μF左右。而且要將電解電容器與高速的CBB電容順聯合使用，以提高高頻脈衝的濾波能力。

高頻整流二極管應采用快恢複管或者肖特基管，否則，開關噪聲還是難以消除。各二極管的最大整流電流值在2 A以上，反向耐壓參數在80 V以上。為了降低共模傳導和輻射騷擾
，開關電源在裝配時應該保證高頻交流信號共地結構，采取有效的電磁屏蔽等措施。

3 電源測試與效果

這(zhe)一(yi)例(li)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)電(dian)磁(ci)騷(sao)擾(rao)抑(yi)製(zhi)技(ji)術(shu)主(zhu)要(yao)依(yi)靠(kao)變(bian)壓(ya)器(qi)與(yu)濾(lv)波(bo)器(qi)互(hu)相(xiang)協(xie)調(tiao)工(gong)作(zuo)實(shi)現(xian)的(de)，可(ke)以(yi)稱(cheng)之(zhi)為(wei)係(xi)統(tong)互(hu)補(bu)抑(yi)製(zhi)噪(zao)聲(sheng)技(ji)術(shu)。該(gai)電(dian)源(yuan)經(jing)過(guo)實(shi)驗(yan)室(shi)測(ce)試(shi)
，其(qi)輸(shu)出(chu)噪(zao)聲(sheng)相(xiang)比(bi)采(cai)用(yong)同(tong)樣(yang)器(qi)件(jian)的(de)常(chang)規(gui)電(dian)源(yuan)低(di)得(de)多(duo)。圖(tu)3是兩者輸出端口噪聲電壓波形的比較
，其中，圖3(a)是普通電路的效果，圖3(b)是係統互補抑製噪聲技術的效果。在圖3(b)中的噪聲波形已經包含部分共模輻射噪聲波形(淡灰色部分)，實際差模噪聲電壓比圖中的幅度還要小
，在20 mVyixia。zheyidiankeyijiangshiboqitantouxinxianyudixianduanjiehou，dandianlianjiedianyuanshuchuduanxianshiboxingjiayizhengming。ruguoshichamodianya，buhuizaidandianlianjieshixianshizaishiboqishang，gongmozaoshengdianyazehuixianshi。erqie，buguanlianjiezaizhengjihaishifujishang
，xianshiboxingfuduyutezhengjunxiangtong。gongmozaoshengfuduxuyaozaijiedifangshihejiazhuangwaipingbikejinxingyizhi。
 

4 結 語

係統互補抑製噪聲技術可以大幅度地降低差模噪聲電壓輸出。從開關器件上電流、dianyabianhuadetedianshangkan
，zheyizhongshejishijishijiangdilekaiguanqijiandeyingtexingyaoqiu，duiyutigaodianludegongzuoxiaolvyeshifenyouxiao。suozhizuodezhenggedianyuanzhuangzhifareqingkuangbijiaolixiang，shuominggongzuoxiaolvjiaogao。kaiguandianyuanchanshengdiancisaoraodezuizhuyaoyuanyinshikaiguanqijianshangdedianliufashengtubian
，helishiyongdianganqikeyihenhaodiyizhizhezhongdiancisaorao。

以yi上shang重zhong點dian對dui於yu一yi種zhong新xin的de抑yi製zhi電dian磁ci騷sao擾rao技ji術shu進jin行xing設she計ji，開kai關guan電dian源yuan的de電dian磁ci噪zao聲sheng產chan生sheng的de因yin素su有you很hen多duo，應ying該gai有you針zhen對dui性xing地di逐zhu個ge加jia以yi排pai除chu，才cai能neng獲huo得de性xing能neng比bi較jiao完wan善shan的de電dian源yuan裝zhuang置zhi。