开关电源原理文档格式.docx

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若电源线中有噪声电流通过，电源线就相当于天线向空中辐射噪声。

而这些噪声都会影响设备的正常工作。

要想使其得到更广泛的应用，满足电磁兼容性的有关指标，就需要有效地抑制开关电源的干扰。

杂讯干扰的途径有两种，即传导干扰与辐射干扰。

以下分别对两种干扰的特性与抑制方法做一介绍。

1.1传导干扰及其抑制措施

从导线传入的干扰称为传导干扰，其干扰能量通过导电体进行传播，开关电源的输入、输出引线都是传导干扰的媒介。

开关电源产生的干扰会沿电源引线进入电网，污染电网，使同一电网的电子设备受到干扰。

同时电源的输出线还将把干扰噪声传递给负载，使作为电源负载的电子设备直接受到干扰，当这种干扰幅度若大到一定程度，会影响线性电路和一些小信号电路的正常工作。

由于传导干扰主要是通过输入输出引线进行传播，因而相对来说传导干扰的抑制要容易些，主要方法是加接输入输出滤波器。

在开关电源的输入侧要介入电容与电感构成的滤波器，用于抑制交流电源产生的EMI，而该滤波器也称为电磁兼容（EMI）滤波器。

其电路如图2-1所示。

图1-1输入端抑制传导干扰电路（EMI）

该滤波器是一典型的低通滤波器，使开关电源产生的一些高频脉冲干扰经过它后得到极大的衰减，能较好的滤除来源于电网或者传入电网的干扰，使其符合FCC、CE、VDE等标准。

图中L901、L902为共模扼流圈，它是绕在同一磁环上的两只独立的线圈，圈数相同，绕向相反，在磁环中产生的磁通相互抵消，磁芯不会饱和，主要抑制共模干扰，感值愈大对低频干扰抑制效果愈佳。

这样绕制的滤波电感抑制共模干扰的性能大大提高。

L901、L902分别选择感值为2.0mH和15mH的共模扼流圈。

C901、C902为共模电容，主要抑制差模干扰，即火线和零线分别与地之间的干扰。

电容值愈大对低频干扰抑制效果愈好，在这里选用102PF/250V。

C903、C904为差模电容，主要抑制共模干扰，即抑制火线和零线之间的干扰。

电容值愈大对低频干扰抑制效果愈佳，在这里选用0.47uF/300V。

有时为了降低成本也可将C904省去。

图中CN901为插座，接电网电压。

F901为保险丝，电路中采用了规格为2A/250V的保险丝，它在高压时熔断，可防止设备在突发的高压时引起的破坏。

NR901为负温度系数热敏电阻，开机瞬间温度低，阻抗大，防止电流对回路的浪涌冲击。

常温下其规格为5A/5Ω。

R901、R902对抗干扰电容起泄放作用，可于关机后迅速消耗掉C903储存的电能，防止带电损耗元件。

它们的规格都为1MΩ，一般采用金属釉材料。

对输出端的干扰抑制，主要也是靠高频滤波器，电路图如下所示。

图1-2输出端抑制传导干扰电路

滤波电感由于工作在直流大电流状态下，磁芯在较大的磁场强度下工作，容易包含，一旦饱和，电感即失去滤波作用。

因此必须采用饱和磁场强度很大的恒μ磁心，如铁鎳钼磁粉芯等金属磁芯。

[2]

由于输出干扰的频谱相当丰富，从几十赫兹到几十兆赫兹均含分量。

由于在高频的情况下，滤波电容等效由纯电容（C）、等效串联电阻（RES）和等效串联电感（LES）构成的串联电路。

在工作频率f超过电容器的自谐振频率fr时，电容器就起到电感的作用。

值大的滤波电容对低频干扰比较敏感，相反，值小的滤波电容吸收高频干扰的效果比较好。

因此不能光采用大电解电容滤波C916，还必须加接自谐振频率很高的陶瓷电容器C917。

此外，输出干扰的幅度还与PCB板的布线有很大关系，不合理的布线往往会使干扰幅度大几倍，尤其是接地点的安排特别重要。

1.2辐射干扰及其抑制措施

从空间传入的干扰称为辐射干扰，一般是指耦合干扰，即干扰能量通过空间介质进行近场感应。

由于开关电源一般工作在低压大电流情况下，因而磁场干扰大于电场干扰。

主要由开关变压器的漏感、开关功率管在开关转换时的大电流脉冲、开关二极管反向恢复的硬特性等引起。

辐射干扰的抑制主要靠屏蔽。

对电场可采用导电良好的材料，而磁场屏蔽则应采用导磁率较高的材料。

在本文中就不作详细论述。

抑制干扰最有效的方法，是尽量减少干扰源的干扰能量。

对开关电源变压器要减少其漏感，并选择开关参数优良的晶体管和软恢复的开关二极管。

脉宽调制控制器SG6841

2.1PWM控制器SG6841简介

目前，开关电源的集成化与小型化已成为现实，早期的PWMIC大多采用UC384X系列（如UC3842、UC3843），但由于新产品越来越积体化及环保和安规要求越来越严苛的趋势下，出现了384XG及684X等具有GreenFunction的IC。

GreenFunction为环保功能的意思，亦称之为BlueAngel，其要求是在满载70W以下的电源产品，当负载没有输出功率的情况下，输入电源仍照常供应时，电路消耗功率必需小于1W以下。

欧系的InfineonCoolsetICE2AXXX及ICE2BXXX系列不仅具有GreenFunction，并且把以往外加的功率开关集成在8DIP的IC内，以节省空间和制造流程。

SG6841是由SystemGeneral崇贸科技开发的一款高性能固定频率电流模式控制器，专为离线和DC－DC变换器应用而设计。

它属于电流型单端PWM调制器，具有管脚数量少、外围电路简单、安装调试简便、性能优良、价格低廉等优点，可精确地控制占空比，实现稳压输出，还拥有低待机功耗和众多保护功能，所以，为设计人员提供只需最少的外部元件就能获得成本效益高的解决方案，在实际中得到广泛的应用。

SG6841有下列性能特点：

1）在无负载和低负载时时，PWM的频率会线性降低进入待机模式以实现低功耗，同时提供稳定的输出电压。

2）由于采用BiCMOS，启动电流和正常工作电流减少到30μA和3mA，因此可大大提高电源的转换效率。

3）SG6841是固定频率的PWM控制器，它的工作频率通过一个外接电阻来决定，改变电阻值可轻易改变频率。

4）内建同步斜率补偿电路，可保证连续工作模式下电流回路的稳定性。

5）内建电压补偿电路可在一个较大的AC输入范围内实现功率限制控制，并提供过载、短路保护功能。

此外，还设有低电压锁定（UVLO）功能，使工作更稳定、可靠。

6）可通过外接一个负温度系数热敏电阻（NTCR）来传感环境温度以实现过温保护，也可利用该功能实现过压保护。

7）具有图腾柱（即推拉输出电路）输出极，可实现良好的EMI。

其最大输出电压钳位在18V。

常见的SG6841有8脚DIP和SO两种封装，其各引脚功能分别如下所示：

1）GND：

接地。

2）FB：

反馈电压输入端。

用于提供PWM调节信息，PWM占空比就是由它控制。

3）Vin：

启动电流输入端。

SG6841开始工作必须在该端要提供一个启动电压。

4）RI：

参考设置端。

通过连接一个电阻接地来为SG6841提供一个恒定的电流，改变电阻阻值将改变PWM的频率。

5）RT：

温度保护端。

该端输出一个恒定的电流。

在该端接一NTCR接地来传感温度，当该端电压下降到一定值时会启动过温保护。

在本设计中，该功能被用于高压保护。

6）Sense：

电流传感端。

当该端电压达到一个阈值时芯片会停止输出,从而实现过流保护。

7）VDD：

电源供电端。

8）Gate：

PWM脉冲输出端。

图腾柱（即推拉输出电路）输出极驱动功率开关管。

图2-1SG6841内部框图

2.2SG6841内部结构与工作原理

1）振荡器

SG6841的PWM频率范围为50KHz～100KHz。

RI端通过连接一个电阻Ri接地来为SG6841提供一个恒定的电流，改变电阻阻值将改变PWM的频率。

由IC內部放置電容CTB的充放電產生鋸齒波形，其上下限設定在2.7V與1.1V，如圖三所示。

當鋸齒波電壓VSAW大於2.7V，比較器CA1的輸出為低準位，Vpulse為高準位，Q1截止。

比較器CA2的輸出為高準位，Q2導通，CTB放電。

當VSAW小於1.1V，CA2的輸出為低準位，CA1的輸出為高準位，Vpulse為低準位，Q1導通，Q2截止，CTB充電。

藉由外加電阻RI與參考電壓VR可以產生一個參考電流IR，而鋸齒波的充電電流是IC內部很小的電流：

在本设计中，取Ri＝24k，SG6841的PWM频率为70.42kHz。

1）欠压锁定

SG6841采用了欠压锁定比较器来保证输出级被驱动之前，集成电路已完全可用。

欠压锁定回路其实质是一个滞回比较器，以防止在通过它们各自的门限时产生错误的输出动作。

它的开启电压为16V，关闭电压为10V。

在启动过程中，比较器反向输入端为16V，当VDD﹤16V时，比较器输出为低电平，SG6841无法工作。

当VDD升到16V时，欠压锁定器输出为高电平，SG6841正常工作，同时MOS管导通，使比较器反向输入端为10V。

当VDD下降至10V时，欠压锁定器的输出回到低电平，整个电路停止工作。

SG6841的7脚端设置了一个32V的齐纳二极管，保证内部电路绝对工作在32V以下，以防电压过高损坏芯片。

2）输出部分

SG6841的8脚为输出脚，它是一个单图滕柱输出级，专门设计用来直接驱动功率MOSFET的，具有降低热损耗、提高效率和增强可靠性的作用。

在芯片内部有一18V的稳压管与Gate端相连使输出电压钳位在18V（比如20V输入，稳压管被击穿，把电压钳位在18V保护MOS管子），可保护MOSFET免被击穿。

通过控制PWM脉冲的上升与下降时间，可有效减少开关噪声，提高电源的EMI，并提供稳定的MOSFET管Gate极驱动。

在1.0nF负载时，它能提供高达±

1.0A的峰值驱动电流和典型值为250ns的上升时间和50ns的下降时间。

还附加了一个内部电路，使得任何时候只要欠压锁定有效，输出就进入灌模式，这个特性使外部下拉电阻不再需要。

2）电流取样比较器和脉冲调制锁存器

SG6841作为电流模式控制器工作，输出开关导通由振荡器开始振荡起始，当峰值电感电流到达FB反馈端电平时终止。

这样在逐周基础上误差信号控制峰值电感电流。

所用的电流取样比较器-脉宽调制锁存配置确保在任何一定的振荡周期内，仅有一个单脉冲出现在输出端。

电感电流通过插入一个与输出开关Q901的源极串联的以地为参考的取样电阻Rs转换成电压。

此电压由电流取样输入端Pin6Sense监视，并与来自Pin2FB端电平相比较。

通常取样电阻Rs为一小电阻。

在