高頻開關電源的干擾問題及解決途徑

2019-11-03 09:58:30

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中興通訊股份有限公司段珠平　　隨著電源技術的發(fā)展，高頻開關電源控制從最初的模擬電路逐漸發(fā)展到微處理器、DSP等高集成度的控制器件，這些器件體積小、精密度高，但開關電源內的電磁干擾、輻射相對其他通訊設備工作環(huán)境更強，這對輔助電源提出了更高的要求。本文對高頻開關電源內輔助電源的工作特性和波形加以闡述，并著重根據實驗數據來分析高頻開關電源設計中應注意的問題和參數的選擇。

一、高頻開關電源的干擾問題

　　在目前的智能開關電源中，都有機內微處理器或DSP，作機內監(jiān)控和通訊之用。微處理芯片對供電電源要求很高，要求幅值相當穩(wěn)定，更不能帶有較大尖峰毛刺，造成電磁干擾，而且要求輔助電源的交流適應能力比整流器正常工作的范圍更廣。當整流器接上交流輸入電時，必須是監(jiān)控部分先正常工作，進行自檢和各種狀況的檢測，以確定整流器能否開機；如遇極高或極低交流電壓，整流器雖已停止工作，但監(jiān)控部分仍要正常工作，保持正常的監(jiān)控和通訊。

　　某些電源產品運行過程中曾出現無故復位等現象，在進行大功率開關電源的輔助電源設計的時候，對其進行分析，發(fā)現其輔助電源在不同交流輸入電壓、不同負載條件下存在比較多的問題：交流適應范圍窄，負載能力低，工作波形不穩(wěn)且極不對稱，出現偏磁，電磁干擾極嚴重等。

　　一般開關整流器輔助電源的工作原理是：輸入交流電經整流成為高壓直流電，然后經變換電路成為低壓高頻方波，再經由整流濾波電路成為系統所需的平穩(wěn)低壓直流電，一般由三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，由一路直流輸出提供高頻變換驅動脈沖控制環(huán)的電壓反饋信號。由功率變換的主回路上串電阻采樣作為電流反饋信號，功率變換管的驅動脈沖由UC3844等控制芯片及其外圍電路產生。

　　（注：交流低壓是輔助電源開始啟動工作時最低輸入電壓實測值）

　　可以看到，在較低的交流輸入電壓、無電流反饋條件下輔助變壓器已經不能正常工作，其波形的脈寬是不一樣的，有的寬有的窄，而且發(fā)生抖動，示波器已無法穩(wěn)定地抓住波形。電流反饋，波形的脈寬也是有寬有窄，占空比達到了47%，而UC3844的最大占空比僅為50%，如果增加負載，輸出電壓會降低。

　　如何使輔助電源能在交流輸入的上極限、下極限電壓下穩(wěn)定工作，如何使輔助電源所帶負載從空載到過載的全范圍內能穩(wěn)定正常工作，都有比較大的難度，這涉及幾方面的技術難題：功率器件的耐壓、過載能力；高頻變壓器的設計；驅動脈沖控制回路參數的選擇。

二、解決方法

　　技術人員通過一定的理論分析和實驗摸索，對輔助變壓器和控制回路作了相應的改進，終于解決了這個問題。解決辦法是：調整輔助變壓器的匝比，改變原邊匝數Np，降低原副邊匝比比例，使低電壓時的占空比減小，遠小于UC3844規(guī)定的上限45%；將UC3844的電流反饋環(huán)節(jié)的RC濾波網絡進行參數調節(jié)，通過多次實驗摸索，終于獲得了比較理想的參數，濾波電容加大。再次在同樣條件下測試輔助變壓器的同一副邊繞組。

　　從這4個波形可以看到改進后的輔助電源無論在交流輸入極高或極低的情況下（且啟動工作電壓較改進前要低一些），還是在空載或帶重負載的情況下，其工作波形都較改進前更穩(wěn)定，脈寬對稱更均衡，而且?guī)лd能力明顯優(yōu)于改進前。對比在低輸入電壓下，改進后的占空比相對改進前的占空比下降了7％，表明輔助電源的交流輸入在增加負載的情況下，輸出電壓仍能保持穩(wěn)定，帶載能力明顯強于改進前，輔助電源改進工作取得了明顯效果。

三、經驗總結

　　在輔助電源的改進過程中，技術人員曾經從多個方面入手，包括改變電壓反饋環(huán)的PI調節(jié)參數、改變脈沖頻率、增大副邊整流后的濾波電容等，但沒有找到問題根源，在交流輸入高低電壓、輕載和過載等情況下，其波形仍然抖動厲害，直流輸出電壓不穩(wěn)，在調節(jié)UC3844的電流反饋環(huán)節(jié)的RC濾波網絡參數時，也進行了多次實驗才找到了較為合適的匹配參數，由此可見，工程人員在進行理論分析之后仍需要通過不斷實驗來驗證改進結果。

　　以上結論對采用同樣電路的其他小功率開關電源也有用處，用這種方法改變控制芯片的電流反饋環(huán)節(jié)的RC濾波網絡參數后也取得了明顯的效果，具體的參數因每個電路的區(qū)別而有所不同，但改進的方向是一樣的。

----《通信世界》