PWM控制電路設(shè)計(jì)

1、PWM控制電路設(shè)計(jì)CYBERNET 應(yīng)用系統(tǒng)事業(yè)部 LED照明作為新一代照明受到了廣泛的關(guān)注。僅僅依靠LED封裝并不能制作出好的照明燈具。本文主要從電子電路、熱分析、光學(xué)方面闡述了如何運(yùn)用LED特性進(jìn)行設(shè)計(jì)。 在上一期的“LED驅(qū)動電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)篇”中，介紹了LED的電子特性和基本的驅(qū)動電路。遺憾的是，阻抗型驅(qū)動電路和恒電流源型驅(qū)動電路，大范圍輸入電壓和大電流中性能并不強(qiáng)，有時并不能發(fā)揮出LED的性能。相反，用脈沖調(diào)制方法驅(qū)動LED電路，能夠發(fā)揮LED的多個優(yōu)點(diǎn)。這次主要針對運(yùn)用脈沖調(diào)制的驅(qū)動電路進(jìn)行說明。 PWM是什么？ 脈沖調(diào)制英文表示是Pulse Width Modulation，簡稱PW

2、M。PWM是調(diào)節(jié)脈沖波占空比的一種方式。如圖1所示，脈沖的占空比可以用脈沖周期、On-time、Off-time表示，如下公式： 占空比On-time（脈沖的High時間）/ 脈沖的一個周期（On-time + Off-time） Tsw（一周期）可以是開關(guān)周期，也可以是Fsw=1/Tsw的開關(guān)頻率。 圖1 Pulse Width Modulation (PWM) 在運(yùn)用PWM的驅(qū)動電路中，可以通過增減占空比，控制脈沖一個周期的平均值。運(yùn)用該原理，如果能控制電路上的開關(guān)設(shè)計(jì)（半導(dǎo)體管、MOSFET、IGBT等）的打開時間（關(guān)閉時間），就能夠調(diào)節(jié)LED電流的效率。這就是接下來要介紹的PWM控制。

3、 PWM信號的應(yīng)用 PWM控制電路的一個特征是只要改變脈沖幅度就能控制各種輸出。圖2的降壓電路幫助理解PWM的控制原理。在這個電路中，將24V的輸入電壓轉(zhuǎn)換成12V，需要增加負(fù)載。負(fù)載就是單純的阻抗。電壓轉(zhuǎn)換電路的方法有很多，運(yùn)用PWM信號的效果如何呢？ 圖2 降壓電路 在圖2的降壓電路中取PWM控制電路，如圖3所示。MOSFEL作為開關(guān)設(shè)計(jì)使用。當(dāng)PWM信號的轉(zhuǎn)換頻率數(shù)為20kHz時，轉(zhuǎn)換周期為50s。PWM信號為High的時候，開關(guān)為On，電流從輸入端流經(jīng)負(fù)載。當(dāng)PWM信號處于Low狀態(tài)時，開關(guān)Off，沒有輸入和輸出，電流也斷掉。 這里嘗試將PWM信號的占空比固定在50，施加在開關(guān)中。 開

4、關(guān)開著的時候電流和電壓施加到負(fù)載上。開關(guān)關(guān)著的時候因?yàn)闆]有電流，所以負(fù)載的供給電壓為零。如圖4綠色的波形、V（OUT）可在負(fù)載中看到輸出電壓。 圖3 運(yùn)用PWM信號的降壓電路 圖4 解析結(jié)果 占空比：50 輸入電壓是直流，通過脈沖信號得到輸出電壓在負(fù)載的前端（開關(guān)的后端）插入平滑電路，就可以得到如圖4所示的茶色的波形。輸出脈沖的平均值約12V時，直流電壓可以供給負(fù)載。 但如果不是12V，而是想得到6V的輸出電壓時，應(yīng)該怎么做？PWM控制的優(yōu)點(diǎn)實(shí)際就在此。只需改變脈沖幅度就可以了。實(shí)際上，只需設(shè)定占空比為25就可以得到平均輸出6V的電壓。圖5和圖6表示的是這種情況下的電路和解析結(jié)果。 圖5 運(yùn)用

5、PWM信號的降壓電路 圖6 解析結(jié)果 占空比約25 以上結(jié)果標(biāo)明，降壓電路中，輸入輸出電壓的關(guān)系可以表示為： 輸出電壓PWM信號的占空比×輸入電壓 也就是說只要改變PWM信號的占空比，就可以得到任意的輸出電壓。接下來介紹在實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)中運(yùn)用降壓轉(zhuǎn)換器電路驅(qū)動LED的方法。 PWM驅(qū)動電路例子 如圖7所示，在前述的降壓電路中追加線圈、電容、二極管的電路。在這里沒有考慮反饋電路。這里使用的是飛利浦照明的LUXEON系列的LXM3-PW71 LED。LED（負(fù)載）的前端插入的線圈和電容構(gòu)成平滑電路，通過轉(zhuǎn)換使得脈沖輸出平均化。線圈前端的二極管即使在開關(guān)關(guān)著的時候也能持續(xù)向線圈供給電流。降壓

6、轉(zhuǎn)換器通常作為電壓轉(zhuǎn)換電路使用，但是在驅(qū)動LED時，則需要控制電流而不是電壓。 圖7 PWM驅(qū)動電路降壓轉(zhuǎn)換的例子 確認(rèn)圖7的電路構(gòu)成。當(dāng)脈沖信號處于On的狀態(tài)，也就是開關(guān)設(shè)計(jì)處于On的狀態(tài)時，電流按照輸入信號開關(guān)線圈負(fù)載的順序流動。當(dāng)開關(guān)設(shè)計(jì)處于Off的狀態(tài)時，電流按照二極管線圈負(fù)載的順序流動。因此要控制線圈中的電流實(shí)際上等同于控制LED中的電流。 在正極和負(fù)極間施加3.0V的電壓的話，可以從數(shù)據(jù)庫中看到，LXM3-PW71的電流約350mA。輸入電壓為12V時，設(shè)定脈沖波的占空比為25（12V×0.253V），就能得到3V的電壓。當(dāng)轉(zhuǎn)換頻率數(shù)為100kHz時，轉(zhuǎn)換周期為10s，脈

7、沖幅度為2.5s。但是，負(fù)載只在順阻抗的情況下成立，實(shí)際在負(fù)載中運(yùn)用LED時，根據(jù)電流大小負(fù)載特性也有變化，電流約為350mA時，脈沖幅度調(diào)制約為3.36s。驗(yàn)證電路的結(jié)果如圖8所示。 圖8 PWM驅(qū)動電路的驗(yàn)證結(jié)果 LED中的電流發(fā)生變化，線圈中的電流也變化。通過傳感電路檢測線圈電流的變化，只要控制開關(guān)的打開時間，就能夠使得LED負(fù)載中的電流恒定。增加PWM的占空比，就能增加LED中的電流，也能增加亮度。比較阻抗驅(qū)動型電路和恒定電流源型驅(qū)動電路，改變PWM的占空比比改變阻抗值和電路常量更高效，也因此能了解PWM控制的便利性。 這次介紹的降壓轉(zhuǎn)換器運(yùn)用于LED驅(qū)動中需要電壓比輸入電壓低的情況。

8、根據(jù)照明燈具、用途不同，有時需要同時驅(qū)動多個LED，這樣會出現(xiàn)所有的LED驅(qū)動中的必需電壓比輸入電壓高。這種情況下，就需要使用能夠制作比輸入電壓高的電壓的升壓轉(zhuǎn)換器。 在LED照明中，有效利用電力的同時還需要小型化。照明燈具中，將輸入電壓轉(zhuǎn)為LED驅(qū)動電壓的時候，會出現(xiàn)轉(zhuǎn)換損耗，轉(zhuǎn)換損耗越大越容易引起熱的問題。同時，如果開關(guān)頻率數(shù)增加，變壓器和線圈會變小，雖然整個線路板能夠?qū)崿F(xiàn)小型化，但由于高開關(guān)頻率數(shù)會導(dǎo)致轉(zhuǎn)換損耗，出現(xiàn)高次諧波問題。因此，在LED的PWM驅(qū)動電路中，力爭實(shí)現(xiàn)高效和少零部件。 為了保持照明燈具的亮度穩(wěn)定或者調(diào)節(jié)亮度，需要在傳感器中檢測負(fù)載電流、進(jìn)行控制演算、調(diào)整脈沖的占空比的

9、反饋控制電路。本文沒有對反饋控制電路進(jìn)行介紹，但是值得注意的是，反饋控制電路包含電壓控制、遲滯控制、類似遲滯控制、電流控制等多種。各種控制方式有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn)，需要我們根據(jù)照明燈具的作法和適用的電路方式選擇最佳的控制方式。PWM控制電路的基本構(gòu)成及工作原理開關(guān)電源一般都采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）技術(shù)，其特點(diǎn)是頻率高，效率高，功率密度高，可靠性高。然而，由于其開關(guān)器件工作在高頻通斷狀態(tài)，高頻的快速瞬變過程本身就是一電磁騷擾（EMD）源，它產(chǎn)生的EMI信號有很寬的頻率范圍，又有一定的幅度。若把這種電源直接用于數(shù)字設(shè)備，則設(shè)備產(chǎn)生的EMI信號會變得更加強(qiáng)烈和復(fù)雜。本文從開關(guān)電源的工作原理出發(fā)，探討抑制

10、傳導(dǎo)干擾的EMI濾波器的設(shè)計(jì)以及對輻射EMI的抑制。1 開關(guān)電源產(chǎn)生EMI的機(jī)理數(shù)字設(shè)備中的邏輯關(guān)系是用脈沖信號來表示的。為便于分析，把這種脈沖信號適當(dāng)簡化，用圖1所示的脈沖串表示。根據(jù)傅里葉級數(shù)展開的方法，可用式（1）計(jì)算出信號所有各次諧波的電平。式中：An為脈沖中第n次諧波的電平；Vo為脈沖的電平；T為脈沖串的周期；tw為脈沖寬度；tr為脈沖的上升時間和下降時間。開關(guān)電源具有各式各樣的電路形式，但它們的核心部分都是一個高電壓、大電流的受控脈沖信號源。假定某PWM開關(guān)電源脈沖信號的主要參數(shù)為：Vo=500V，T=2×105s，tw=105s，tr=0.4×106s，則其諧

11、波電平如圖2所示。圖2中開關(guān)電源內(nèi)脈沖信號產(chǎn)生的諧波電平，對于其他電子設(shè)備來說即是EMI信號，這些諧波電平可以從對電源線的傳導(dǎo)干擾（頻率范圍為0.1530MHz）和電場輻射干擾（頻率范圍為301000MHz）的測量中反映出來。在圖2中，基波電平約160dBV，500MHz約30dBV，所以，要把開關(guān)電源的EMI電平都控制在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值內(nèi)，是有一定難度的。2 開關(guān)電源EMI濾波器的電路設(shè)計(jì)當(dāng)開關(guān)電源的諧波電平在低頻段（頻率范圍0.1530MHz）表現(xiàn)在電源線上時，稱之為傳導(dǎo)干擾。要抑制傳導(dǎo)干擾相對比較容易，只要使用適當(dāng)?shù)腅MI濾波器，就能將其在電源線上的EMI信號電平抑制在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值內(nèi)

12、。要使EMI濾波器對EMI信號有最佳的衰減性能，則濾波器阻抗應(yīng)與電源阻抗失配，失配越厲害，實(shí)現(xiàn)的衰減越理想，得到的插入損耗特性就越好。也就是說，如果噪音源內(nèi)阻是低阻抗的，則與之對接的EMI濾波器的輸入阻抗應(yīng)該是高阻抗（如電感量很大的串聯(lián)電感）；如果噪音源內(nèi)阻是高阻抗的，則EMI濾波器的輸入阻抗應(yīng)該是低阻抗（如容量很大的并聯(lián)電容）。這個原則也是設(shè)計(jì)抑制開關(guān)電源EMI濾波器必須遵循的。幾乎所有設(shè)備的傳導(dǎo)干擾都包含共模噪音和差模噪音，開關(guān)電源也不例外。共模干擾是由于載流導(dǎo)體與大地之間的電位差產(chǎn)生的，其特點(diǎn)是兩條線上的雜訊電壓是同電位同向的；而差模干擾則是由于載流導(dǎo)體之間的電位差產(chǎn)生的，其特點(diǎn)是兩條線

13、上的雜訊電壓是同電位反向的。通常，線路上干擾電壓的這兩種分量是同時存在的。由于線路阻抗的不平衡，兩種分量在傳輸中會互相轉(zhuǎn)變，情況十分復(fù)雜。典型的EMI濾波器包含了共模雜訊和差模雜訊兩部分的抑制電路，如圖3所示。圖中：差模抑制電容Cx1，Cx20.10.47F；差模抑制電感L1，L2100130H；共模抑制電容Cy1，Cy2<10000pF；共模抑制電感L1525mH。設(shè)計(jì)時，必須使共模濾波電路和差模濾波電路的諧振頻率明顯低于開關(guān)電源的工作頻率，一般要低于10kHz，即在實(shí)際使用中，由于設(shè)備所產(chǎn)生的共模和差模的成分不一樣，可適當(dāng)增加或減少濾波元件。具體電路的調(diào)整一般要經(jīng)過EMI試驗(yàn)后才能有

14、滿意的結(jié)果，安裝濾波電路時一定要保證接地良好，并且輸入端和輸出端要良好隔離，否則，起不到濾波的效果。開關(guān)電源所產(chǎn)生的干擾以共模干擾為主，在設(shè)計(jì)濾波電路時可嘗試去掉差模電感，再增加一級共模濾波電感。常采用如圖4所示的濾波電路，可使開關(guān)電源的傳導(dǎo)干擾下降了近30dB，比CISOR22標(biāo)準(zhǔn)的限值低了近6dB以上。還有一個設(shè)計(jì)原則是不要過于追求濾波效果而造成成本過高，只要達(dá)到EMC標(biāo)準(zhǔn)的限值要求并有一定的余量（一般可控制在6dB左右）即可。3 輻射EMI的抑制措施如前所述，開關(guān)電源是一個很強(qiáng)的騷擾源，它來源于開關(guān)器件的高頻通斷和輸出整流二極管反向恢復(fù)。很強(qiáng)的電磁騷擾信號通過空間輻射和電源線的傳導(dǎo)而干擾

15、鄰近的敏感設(shè)備。除了功率開關(guān)管和高頻整流二極管外，產(chǎn)生輻射干擾的主要元器件還有脈沖變壓器及濾波電感等。雖然，功率開關(guān)管的快速通斷給開關(guān)電源帶來了更高的效益，但是，也帶來了更強(qiáng)的高頻輻射。要降低輻射干擾，可應(yīng)用電壓緩沖電路，如在開關(guān)管兩端并聯(lián)RCD緩沖電路，或電流緩沖電路，如在開關(guān)管的集電極上串聯(lián)2080H的電感。電感在功率開關(guān)管導(dǎo)通時能避免集電極電流突然增大，同時也可以減少整流電路中沖擊電流的影響。功率開關(guān)管的集電極是一個強(qiáng)干擾源，開關(guān)管的散熱片應(yīng)接到開關(guān)管的發(fā)射極上，以確保集電極與散熱片之間由于分布電容而產(chǎn)生的電流流入主電路中。為減少散熱片和機(jī)殼的分布電容，散熱片應(yīng)盡量遠(yuǎn)離機(jī)殼，如有條件的話

16、，可采用有屏蔽措施的開關(guān)管散熱片。整流二極管應(yīng)采用恢復(fù)電荷小，且反向恢復(fù)時間短的，如肖特基管，最好是選用反向恢復(fù)呈軟特性的。另外在肖特基管兩端套磁珠和并聯(lián)RC吸收網(wǎng)絡(luò)均可減少干擾，電阻、電容的取值可為幾和數(shù)千pF，電容引線應(yīng)盡可能短，以減少引線電感。實(shí)際使用中一般采用具有軟恢復(fù)特性的整流二極管，并在二極管兩端并接小電容來消除電路的寄生振蕩。負(fù)載電流越大，續(xù)流結(jié)束時流經(jīng)整流二極管的電流也越大，二極管反向恢復(fù)的時間也越長，則尖峰電流的影響也越大。采用多個整流二極管并聯(lián)來分擔(dān)負(fù)載電流，可以降低短路尖峰電流的影響。開關(guān)電源必須屏蔽，采用模塊式全密封結(jié)構(gòu)，建議用1mm以上厚度的鍍鋅鋼板，屏蔽層必須良好接

17、地。在高頻脈沖變壓器初、次級之間加一屏蔽層并接地，可以抑制干擾的電場耦合。將高頻脈沖變壓器、輸出濾波電感等磁性元件加上屏蔽罩，可以將磁力線限制在磁阻小的屏蔽體內(nèi)。根據(jù)以上設(shè)計(jì)思路，對輻射干擾超過標(biāo)準(zhǔn)限值20dB左右的某開關(guān)電源，采用了一些在實(shí)驗(yàn)室容易實(shí)現(xiàn)的措施，進(jìn)行了如下的改進(jìn)：在所有整流二極管兩端并470pF電容；在開關(guān)管G極的輸入端并50pF電容，與原有的39電阻形成一RC低通濾波器；在各輸出濾波電容（電解電容）上并一0.01F電容；在整流二極管管腳上套一小磁珠；改善屏蔽體的接地。經(jīng)過上述改進(jìn)后，該電源就可以通過輻射干擾測試的限值要求。4 結(jié)語隨著電子產(chǎn)品的電磁兼容性日益受到重視，抑制開關(guān)

18、電源的EMI，提高電子產(chǎn)品的質(zhì)量，使之符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，已成為電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)者越來越關(guān)注的問題。本文是在分析干擾產(chǎn)生機(jī)理、以及大量實(shí)踐的基礎(chǔ)上，提出了行之有效的抑制措施。PWM控制電路的基本構(gòu)成及工作原理1 開關(guān)電源產(chǎn)生EMI的機(jī)理    摘要：介紹了PWM控制電路的基本構(gòu)成及工作原理，給出了美國Silicon General公司生產(chǎn)的高性能集成PWM控制器SG3524的引腳排列和功能說明，同時給出了其在不間斷電源中的應(yīng)用電路。    關(guān)鍵詞：PWM SG3524 控制器引言開關(guān)電源一般都采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）

19、技術(shù)，其特點(diǎn)是頻率高，效率高，功率密度高，可靠性高。然而，由于其開關(guān)器件工作在高頻通斷狀態(tài)，高頻的快速瞬變過程本身就是一電磁騷擾（EMD）源，它產(chǎn)生的EMI信號有很寬的頻率范圍，又有一定的幅度。若把這種電源直接用于數(shù)字設(shè)備，則設(shè)備產(chǎn)生的EMI信號會變得更加強(qiáng)烈和復(fù)雜。本文從開關(guān)電源的工作原理出發(fā)，探討抑制傳導(dǎo)干擾的EMI濾波器的設(shè)計(jì)以及對輻射EMI的抑制。1 開關(guān)電源產(chǎn)生EMI的機(jī)理數(shù)字設(shè)備中的邏輯關(guān)系是用脈沖信號來表示的。為便于分析，把這種脈沖信號適當(dāng)簡化，用圖1所示的脈沖串表示。根據(jù)傅里葉級數(shù)展開的方法，可用式（1）計(jì)算出信號所有各次諧波的電平。式中：An為脈沖中第n次諧波的電平；Vo為脈

20、沖的電平；T為脈沖串的周期；tw為脈沖寬度；tr為脈沖的上升時間和下降時間。開關(guān)電源具有各式各樣的電路形式，但它們的核心部分都是一個高電壓、大電流的受控脈沖信號源。假定某PWM開關(guān)電源脈沖信號的主要參數(shù)為：Vo=500V，T=2×105s，tw=105s，tr=0.4×106s，則其諧波電平如圖2所示。圖2中開關(guān)電源內(nèi)脈沖信號產(chǎn)生的諧波電平，對于其他電子設(shè)備來說即是EMI信號，這些諧波電平可以從對電源線的傳導(dǎo)干擾（頻率范圍為0.1530MHz）和電場輻射干擾（頻率范圍為301000MHz）的測量中反映出來。在圖2中，基波電平約160dBV，500MHz約30dBV，所以，要

21、把開關(guān)電源的EMI電平都控制在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值內(nèi)，是有一定難度的。2 開關(guān)電源EMI濾波器的電路設(shè)計(jì)當(dāng)開關(guān)電源的諧波電平在低頻段（頻率范圍0.1530MHz）表現(xiàn)在電源線上時，稱之為傳導(dǎo)干擾。要抑制傳導(dǎo)干擾相對比較容易，只要使用適當(dāng)?shù)腅MI濾波器，就能將其在電源線上的EMI信號電平抑制在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值內(nèi)。要使EMI濾波器對EMI信號有最佳的衰減性能，則濾波器阻抗應(yīng)與電源阻抗失配，失配越厲害，實(shí)現(xiàn)的衰減越理想，得到的插入損耗特性就越好。也就是說，如果噪音源內(nèi)阻是低阻抗的，則與之對接的EMI濾波器的輸入阻抗應(yīng)該是高阻抗（如電感量很大的串聯(lián)電感）；如果噪音源內(nèi)阻是高阻抗的，則EMI濾波器的輸入阻抗

22、應(yīng)該是低阻抗（如容量很大的并聯(lián)電容）。這個原則也是設(shè)計(jì)抑制開關(guān)電源EMI濾波器必須遵循的。幾乎所有設(shè)備的傳導(dǎo)干擾都包含共模噪音和差模噪音，開關(guān)電源也不例外。共模干擾是由于載流導(dǎo)體與大地之間的電位差產(chǎn)生的，其特點(diǎn)是兩條線上的雜訊電壓是同電位同向的；而差模干擾則是由于載流導(dǎo)體之間的電位差產(chǎn)生的，其特點(diǎn)是兩條線上的雜訊電壓是同電位反向的。通常，線路上干擾電壓的這兩種分量是同時存在的。由于線路阻抗的不平衡，兩種分量在傳輸中會互相轉(zhuǎn)變，情況十分復(fù)雜。典型的EMI濾波器包含了共模雜訊和差模雜訊兩部分的抑制電路，如圖3所示。    圖中：差模抑制電容Cx1，Cx20.

23、10.47F；差模抑制電感L1，L2100130H；共模抑制電容Cy1，Cy2<10000pF；共模抑制電感L1525mH。設(shè)計(jì)時，必須使共模濾波電路和差模濾波電路的諧振頻率明顯低于開關(guān)電源的工作頻率，一般要低于10kHz，即在實(shí)際使用中，由于設(shè)備所產(chǎn)生的共模和差模的成分不一樣，可適當(dāng)增加或減少濾波元件。具體電路的調(diào)整一般要經(jīng)過EMI試驗(yàn)后才能有滿意的結(jié)果，安裝濾波電路時一定要保證接地良好，并且輸入端和輸出端要良好隔離，否則，起不到濾波的效果。開關(guān)電源所產(chǎn)生的干擾以共模干擾為主，在設(shè)計(jì)濾波電路時可嘗試去掉差模電感，再增加一級共模濾波電感。常采用如圖4所示的濾波電路，可使開關(guān)電源的傳導(dǎo)干擾

24、下降了近30dB，比CISOR22標(biāo)準(zhǔn)的限值低了近6dB以上。還有一個設(shè)計(jì)原則是不要過于追求濾波效果而造成成本過高，只要達(dá)到EMC標(biāo)準(zhǔn)的限值要求并有一定的余量（一般可控制在6dB左右）即可。3 輻射EMI的抑制措施如前所述，開關(guān)電源是一個很強(qiáng)的騷擾源，它來源于開關(guān)器件的高頻通斷和輸出整流二極管反向恢復(fù)。很強(qiáng)的電磁騷擾信號通過空間輻射和電源線的傳導(dǎo)而干擾鄰近的敏感設(shè)備。除了功率開關(guān)管和高頻整流二極管外，產(chǎn)生輻射干擾的主要元器件還有脈沖變壓器及濾波電感等。雖然，功率開關(guān)管的快速通斷給開關(guān)電源帶來了更高的效益，但是，也帶來了更強(qiáng)的高頻輻射。要降低輻射干擾，可應(yīng)用電壓緩沖電路，如在開關(guān)管兩端并聯(lián)RCD

25、緩沖電路，或電流緩沖電路，如在開關(guān)管的集電極上串聯(lián)2080H的電感。電感在功率開關(guān)管導(dǎo)通時能避免集電極電流突然增大，同時也可以減少整流電路中沖擊電流的影響。功率開關(guān)管的集電極是一個強(qiáng)干擾源，開關(guān)管的散熱片應(yīng)接到開關(guān)管的發(fā)射極上，以確保集電極與散熱片之間由于分布電容而產(chǎn)生的電流流入主電路中。為減少散熱片和機(jī)殼的分布電容，散熱片應(yīng)盡量遠(yuǎn)離機(jī)殼，如有條件的話，可采用有屏蔽措施的開關(guān)管散熱片。整流二極管應(yīng)采用恢復(fù)電荷小，且反向恢復(fù)時間短的，如肖特基管，最好是選用反向恢復(fù)呈軟特性的。另外在肖特基管兩端套磁珠和并聯(lián)RC吸收網(wǎng)絡(luò)均可減少干擾，電阻、電容的取值可為幾和數(shù)千pF，電容引線應(yīng)盡可能短，以減少引線電

26、感。實(shí)際使用中一般采用具有軟恢復(fù)特性的整流二極管，并在二極管兩端并接小電容來消除電路的寄生振蕩。負(fù)載電流越大，續(xù)流結(jié)束時流經(jīng)整流二極管的電流也越大，二極管反向恢復(fù)的時間也越長，則尖峰電流的影響也越大。采用多個整流二極管并聯(lián)來分擔(dān)負(fù)載電流，可以降低短路尖峰電流的影響。開關(guān)電源必須屏蔽，采用模塊式全密封結(jié)構(gòu)，建議用1mm以上厚度的鍍鋅鋼板，屏蔽層必須良好接地。在高頻脈沖變壓器初、次級之間加一屏蔽層并接地，可以抑制干擾的電場耦合。將高頻脈沖變壓器、輸出濾波電感等磁性元件加上屏蔽罩，可以將磁力線限制在磁阻小的屏蔽體內(nèi)。根據(jù)以上設(shè)計(jì)思路，對輻射干擾超過標(biāo)準(zhǔn)限值20dB左右的某開關(guān)電源，采用了一些在實(shí)驗(yàn)室

27、容易實(shí)現(xiàn)的措施，進(jìn)行了如下的改進(jìn)：在所有整流二極管兩端并470pF電容；在開關(guān)管G極的輸入端并50pF電容，與原有的39電阻形成一RC低通濾波器；在各輸出濾波電容（電解電容）上并一0.01F電容；在整流二極管管腳上套一小磁珠；改善屏蔽體的接地。經(jīng)過上述改進(jìn)后，該電源就可以通過輻射干擾測試的限值要求。4 結(jié)語隨著電子產(chǎn)品的電磁兼容性日益受到重視，抑制開關(guān)電源的EMI，提高電子產(chǎn)品的質(zhì)量，使之符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，已成為電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)者越來越關(guān)注的問題。本文是在分析干擾產(chǎn)生機(jī)理、以及大量實(shí)踐的基礎(chǔ)上，提出了行之有效的抑制措施。開關(guān)電源PWM控制電路實(shí)例分析開關(guān)電源被譽(yù)為高效節(jié)能電源，它代表著穩(wěn)壓電源的

28、發(fā)展方向。開關(guān)電源(Switched Mode Power Supply，SMPS)是一種由占空比控制的開關(guān)電路構(gòu)成的電能變換裝置。開關(guān)電源的核心為電力電子開關(guān)電路，根據(jù)負(fù)載對電源提出的輸出電壓或穩(wěn)流特性的要求，利用反饋控制電路，采用占空比控制的方法，對開關(guān)電路進(jìn)行控制。隨著控制技術(shù)和元器件技術(shù)的不斷發(fā)展，開關(guān)電源的各方面的性能都在不斷提高，容量也在不斷擴(kuò)大?？刂坪捅Ｗo(hù)電路主要處理信號，屬于“弱電”電路，但它控制著主電路中的開關(guān)器件，一旦出現(xiàn)失誤，將造成嚴(yán)重的后果，使電源停止工作或損壞。電源的很多指標(biāo)，如穩(wěn)壓穩(wěn)流精度、紋波、輸出特性等也與控制電路相關(guān)。因此，控制電路的設(shè)計(jì)質(zhì)量對電源的性能至關(guān)重

29、要。本文介紹了集成脈沖寬度調(diào)制方式(PWM)控制器(MB3759)的構(gòu)成與原理，詳細(xì)分析了以MB3759控制器構(gòu)成的開關(guān)電源的控制電路、驅(qū)動電路和保護(hù)電路，對開關(guān)電源的設(shè)計(jì)具有一定的價值。1 集成PWM控制器(MB3759)的構(gòu)成與原理11 PWM控制器(MB3759)的構(gòu)成PWM控制電路的作用是將在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化的模擬量信號轉(zhuǎn)換為開關(guān)頻率固定、占空比跟隨輸入信號連續(xù)變化的PWM信號。開關(guān)電源PWM控制集成芯片采用型號為MB3759(FUJITSU公司)，采用固定頻率的PWM控制方式，其MB3759芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖l所示，內(nèi)部電路主要由高頻振蕩器、PWM比較器、基準(zhǔn)電壓源、誤差電壓放大

30、器、驅(qū)動電路和封鎖電路等組成。控制芯片內(nèi)部有2個電壓比較器，管腳1、2和15、16是電壓比較器正負(fù)輸入端子，管腳3是電壓比較器統(tǒng)一輸出端。同時誤差放大器的輸出也可開放給用戶，用戶可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)成PI控制器。管腳5、6可接振蕩電容和電阻，振蕩器的振動頻率由外接電阻和電容決定，根據(jù)電路頻率而調(diào)節(jié)容值和阻值。管腳8為觸發(fā)脈沖輸出口，采用電流圖騰輸出，使得芯片可以直接驅(qū)動功率不大的開關(guān)管。T觸發(fā)器的作用是將輸出進(jìn)行分頻，得到占空比為50的頻率為振蕩器頻率的l2的方波，將T觸發(fā)器輸出的這樣兩路互補(bǔ)的方波同比較器輸出PWM信號進(jìn)行“或非”運(yùn)算，就可以得到兩路互補(bǔ)的占空比為O50的PWM信號，考慮死區(qū)時間

31、的存在，最大占空比通常為45475。管腳13為封鎖控制，管腳14為參考電壓，管腳12為工作電壓，管腳4為死區(qū)控制端，一旦高電平輸入，芯片輸出脈沖被封鎖，直流電壓輸出為零。12 PWM控制器(MB3759)的工作原理PWM控制器(MB3759)的反饋通道由電壓誤差放大器EA、PWM比較器和鎖存器及驅(qū)動電路組成。管腳1作為直流輸出電壓的反饋信號，管腳2與芯片輸出的參考電壓相連，作為誤差放大器的參考輸入，管腳3輸入主電路的電壓反饋。受時鐘脈沖觸發(fā)，功率管開通，電感(功率管)電流上升到由EA輸出決定的門限值時，PWM比較器翻轉(zhuǎn)，鎖存器復(fù)位，驅(qū)動脈沖關(guān)斷功率管，電感電流下降，直到下一個時鐘脈沖到來，鎖存器置位，開關(guān)管重新開通。輸入電壓變化時，電感電流的上升斜率變化，輸出占空比改變以抑制輸入電壓的變化，這是一個前饋調(diào)節(jié)過程，響應(yīng)極快