01-引言

PWM（PulseWidthmodulation）型開(kāi)關(guān)穩壓電源具有體積小、效率高的優(yōu)點(diǎn)，作為電源設備在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應用。但是，開(kāi)關(guān)三極管的工作狀態(tài)轉換持續期短、頻譜甚寬的尖峰干擾是其致命弱點(diǎn)，它不僅影響開(kāi)關(guān)電源本身，而且還會(huì )干擾鄰近的其它電子設備。

開(kāi)關(guān)穩壓電源工作時(shí)開(kāi)關(guān)三極管和續流二極管（亦可以是另一個(gè)開(kāi)關(guān)三極管）總是交替地導通或者截止，圖1中KQ和KD并非是理想器件，兩種狀態(tài)的轉換需要一定的時(shí)間，這就產(chǎn)生了尖峰干擾。在狀態(tài)轉變過(guò)程中，該導通的開(kāi)關(guān)沒(méi)有完全導通，而該截止的開(kāi)關(guān)卻又沒(méi)有截止的瞬間，電源到地有直接的通路，產(chǎn)生瞬態(tài)電流Is。該電流跟開(kāi)關(guān)三極管導通時(shí)的電流Imax及截止時(shí)的電流Icmin的差值、開(kāi)關(guān)KQ和KD同時(shí)導通的持續時(shí)間等因素有關(guān)。由于電路分布參數的影響，在波形上出現振鈴振蕩。

02-功率開(kāi)關(guān)管瞬時(shí)導通的持續時(shí)間對尖峰干擾的影響

晶體管的開(kāi)啟和關(guān)斷時(shí)間跟其截止頻率成反比。開(kāi)啟、關(guān)斷時(shí)間越短，開(kāi)關(guān)速度就越快。同時(shí)導通的持續時(shí)間取決于KQ和KD所使用的器件的開(kāi)關(guān)速度。用速度不同的開(kāi)關(guān)器件比較，開(kāi)關(guān)器件的速度越快，同時(shí)導通的持續時(shí)間越短，尖峰干擾越是寬度窄、幅度大。

03-減小變壓器漏感引起的電壓尖峰

變壓器的漏感越大，電壓尖峰越高，射頻干擾也就越大。特別是變壓器采取屏蔽后，由于耦合差，漏感也相應大一些。一般說(shuō)，用環(huán)型磁芯繞制的變壓器產(chǎn)生的漏感要比E型小些。另外，繞線(xiàn)工藝也很重要，較好的繞線(xiàn)方式是先繞初級總圈數的一半，再繞次級的全部圈數，最后再繞初級的剩余一半，即次級線(xiàn)圈在初級線(xiàn)圈的中間。這樣初級線(xiàn)圈保持有較好的耦合，使變壓器有較小的漏感。

04-功率管的開(kāi)關(guān)波形對尖峰干擾的影響與抑制

開(kāi)關(guān)波形Usr（t）的方正度影響尖峰干擾。矩形波的諧波幅度隨頻率增加而減小的速率為20dB十倍頻程，梯形波則為40dB？十倍頻程。有意識地改變矩形波的陡峭程度和兩角的鈍化程度可抑制高頻分量、減小尖峰干擾。故要合理地選擇開(kāi)關(guān)三極管和續流二極管的開(kāi)關(guān)速度。

對開(kāi)關(guān)三極管而言，有兩種方法可減小尖峰干擾，即增大Vce的上升時(shí)間和減小Ic的下降時(shí)間。圖2電路中，在確定了KQ之后，可從圖3看出，增大KD的開(kāi)啟時(shí)間、減小關(guān)斷時(shí)間可以減小尖峰干擾。

在開(kāi)關(guān)三極管的CE之間，或者在續流二極管的兩端并聯(lián)RC緩沖電路可使尖峰干擾明顯減小。圖3中，三極管T關(guān)斷時(shí)，集電極電壓上升，通過(guò)D和R1對C充電，使其上升速率變緩，選擇充電常數CR1的值可以控制上升速率。T導通時(shí)，D截止，C對R1和R2放電，限制了導通瞬間的峰值電流。該緩沖電路改變了負載線(xiàn)的形狀，減少了開(kāi)關(guān)三極管的損耗。在續流二極管兩端并上RC電路也同樣有效。圖3中，當用3DD11和2CK120C時(shí)，可并0.022LF左右的電容器（f=2kHz），該電容的容量有一最佳值，它的作用可以從圖4看出。圖4（a）是不加C的情況，將其在時(shí)間軸上放大后為圖4（b）。并上緩沖電容后分別見(jiàn)圖4（c）和（d）。

05-在輸入電網(wǎng)中，部噪聲的抑制方法

開(kāi)關(guān)穩壓電源中開(kāi)關(guān)快速通斷，didt很大，在供電系統的漏電感上產(chǎn)生幅度很大的瞬態(tài)壓降，使輸入電壓源有一個(gè)時(shí)間很短的瞬時(shí)跌落，破壞電網(wǎng)的正常波形、形成干擾。輸入電源中的干擾也會(huì )影響開(kāi)關(guān)穩壓電源。輸入濾波器具有一定的隔離作用，通常采用P型LC平衡濾波器，對脈動(dòng)干擾可以衰減20dB，尖峰干擾也能衰減6dB之多。電感量的計算式：

式中E尖峰是尖峰干擾電壓（Vp-p），f尖峰是尖峰干擾的頻率（Hz）。還應考慮到流過(guò)電感的直流電流值，以免飽和。

Isr是開(kāi)關(guān)穩壓電源的最大輸入直流電流（A），Usr是輸入直流電壓（V）。用市電供電的電源系統，濾波器應裝在一鋁質(zhì)密封小盒內，小盒放在機箱內，電源線(xiàn)進(jìn)入孔的旁邊，使電源線(xiàn)一進(jìn)入機箱就到濾波小盒，然后再引出至電源開(kāi)關(guān)、整流器。倘若在整流器之前采用變壓器，則應在其初、次級加隔離。

06-輸出電容器對尖峰干擾的影響

開(kāi)關(guān)穩壓電源的輸出電容量大，需用電解電容器。普通電解電容的高頻特性不好，存在著(zhù)較大的等效電感和電阻，故阻抗大，尖峰噪音也大。高頻電解電容器是具有優(yōu)良高頻特性的低電感器件，它對脈沖源及輸出電壓提供了很好的與接地回路的隔離，并提供良好的噪聲濾波。

目前有三種高頻電解電容器，一種是四端電容器，它的高頻特性良好，但是負載電流流過(guò)電容器內部使之發(fā)熱，故電流要限制在10A以下；二是大型高頻濾波電解電容器，它有承受大電流的能力但高頻特性不及前者好；第三種是高頻濾波電解電容器，優(yōu)點(diǎn)是體積小。不改變電路的其它參數，假若用普通電解電容器時(shí)尖峰干擾為150mVp-p，而用四端電容則為50mVp-p。用一定容量的聚碳酸脂電容或高頻陶瓷電容跟輸出電解電容并聯(lián)，可以進(jìn)一步降低尖峰干擾。

07-開(kāi)關(guān)穩壓電源布線(xiàn)對尖峰干擾的抑制

開(kāi)關(guān)穩壓電源工作時(shí)向空間輻射干擾。輻射噪音電平與輻射源的距離成反比。一般離5cm以外布線(xiàn)即可。若結構上不允許則應加屏蔽。電源輸入線(xiàn)周?chē)a(chǎn)生很強的電磁場(chǎng)，為減小輸入線(xiàn)和輸出線(xiàn)之間的電磁耦合，兩者必須遠離。

流過(guò)開(kāi)關(guān)大電流的導線(xiàn)應盡量短，并且不跟其它線(xiàn)交連。降壓型開(kāi)關(guān)穩壓電源的續流二極管或者升壓型的開(kāi)關(guān)三極管的接地端應以最短的引線(xiàn)直接與輸出電容的地端相連。圖5表示了布線(xiàn)的影響，尖峰干擾通過(guò)環(huán)路I輻射，故構成這一環(huán)路的各段連線(xiàn)的感性耦合必須最小，電容器的引線(xiàn)要短，以減小引線(xiàn)電感。

為減小輸出線(xiàn)上的損耗和尖峰干擾，輸出到負載的連線(xiàn)應短。圖6畫(huà)出了對三種不同長(cháng)度的輸出線(xiàn)，當負載電流為8A時(shí)，在負載端所測得的干擾波形。輸出線(xiàn)長(cháng)，尖峰干擾的幅度大、寬度也寬。相同長(cháng)度的輸出線(xiàn)，線(xiàn)徑粗則尖峰干擾幅度大、寬度寬。用雙絞線(xiàn)能有效地衰減電磁感應電勢，表1說(shuō)明對感應電勢衰減的數值隨扭距變短而增大。

08-結語(yǔ)

綜上所述，脈沖寬度調制開(kāi)關(guān)穩壓電源所產(chǎn)生的噪音的頻譜很寬，從幾赫茲到幾十兆赫茲，根據本文所分析的因素，按照以上所討論的方法，可以有效地抑制這些噪聲中的尖峰干擾。

對于個(gè)別電路，則采用其中的若干種進(jìn)行組合，往往就可奏效。目前，要使開(kāi)關(guān)穩壓電源的噪音達到毫伏峰-峰數量級，尚有許多難處。但是，隨著(zhù)元件的進(jìn)展、工藝水平的提高以及對噪音問(wèn)題的認識深化，開(kāi)關(guān)穩壓電源的輸出噪音是可能達到新水平的。