开关电源的抗干扰措施.doc

开关电源的抗干扰措施开关电源的抗干扰措施
1电路的隔离1．1开关电源电路隔离方式开关电源包括两部分，即变换部分与控制部分。前者属于功率流强电范畴，后者属于信息流弱电范畴。一般情况下前者是主电磁干扰源，后者是被干扰对象。为了使电力电子设备可靠地运行，除了解决变换部分与控制部分之间的电气隔离外，还要解决控制部分的抗电磁干扰的问题，特别是当变换部分处于高电压、强电流、高频变换情况下尤其重要。抗干扰问题实质上是解决电力电子设备的电磁兼容问题。隔离技术是电磁兼容性中的重要技术之一，并且随着数字式开关电源的研究与开发，也是提高单片机抗干扰能力的重要措施。在开关电源中，电路隔离主要有：模拟电路的隔离、数字电路的隔离、数字电路与模拟电路之间的隔离。主要目的是通过隔离元器件把噪声干扰的路径切断，从而达到抑制噪声干扰的效果。开关电源的模拟信号控制系统的隔离与测量系统中模拟信号的隔离类似，即交流信号一般采用变压器隔离，直流信号一般采用线性隔离器(如线性光电耦合器)隔离。数字电路的隔离主要有：脉冲变压器隔离、光电耦合器隔离等。其中数字量输入隔离方式主要采用脉冲变压器隔离、光电耦合器隔离；而数字量输出隔离方式主要采用光电耦合器隔离、高频变压器隔离(个别情况下采用)。在采用了电路隔离的措施以后，绝大多数电路都能够取得良好的抑制噪声效果，使开关电源符合电磁兼容性的要求。1．2变压器耦合隔离1．2．1变压器耦合变压器只能传输交流信号，不能传输直流信号。因此对地线的低频干扰具有较好的抑制能力，并且电路单元间传输的信号电流只能在变压器绕组中流过，不流经地线，也可以避免对其他电路的干扰，如图1所示。

1．2．2脉冲变压器隔离脉冲变压器的匝数较少，而且一次绕组和二次绕组分别绕于铁氧体磁心的两侧，这种工艺使得它的分市电容很小，仅为几个皮法，所以可作为脉冲信号的隔离元件。脉冲变压器传递输入、输雎龀逍藕攀保淮葜绷鞣至浚蚨谖⒌?子技术控制系统中得到了广泛的应用。一般地说，脉冲变压器的信号传递频率在lkHz～1MHz之间，新型的高频脉冲变压器的传递频率可达到10MHz。图2a是脉冲变压器的示意图。脉冲变压器主要用于晶闸管SCR、大功率晶体管CTR、MOSFET、

IGBT等可控器件的控制隔离中。图2b是脉冲变压器在开关电源中的应朋实例。

1．3光电耦合器隔离光电耦合器的特点如下：(1)由于光电耦合器的外壳是密封的，它不受外部光的影响，且光电耦合器的信号传递采取电光电的形式，发光部分与受光部分不接触，因此具有很高的绝缘电阻，光电耦合器的隔离电阻很大(约1012欧姆)，隔离电容很小(约几个皮法)，并能承受2000V以上的高压，因而被耦合的两个部分可以自成系统，也不需要“共地”，绝缘和隔离性都好，能够避免输出端对输入端可能产生的反馈和干扰。(2)光电耦合器的发光二极管是电流驱动器件，动态电阻小，对系统内外的噪声干扰信号形成低阻抗旁路，所以具有很强的抑制噪声干扰能力。(3)光电耦合器作为开关应用时，具有耐用、可靠性高和速度快等优点，响应时间一般在微秒以内，高速型光电耦合器响应时间有的甚至小于10ns。(4)由于光电耦合器的输入阻抗与一般干扰源的阻抗相比较小，因此分压在光电耦合器的输入端的干扰电压较小，它所能提供的电流并不大，不易使半导体二极管发光，可以避免产生反馈和干扰。由于以上特点，用光电耦台器把输入信号与输出信号隔离开来，把两电路问的地环回路完全隔断，更有效地抑制了地线干扰，提高了开关电源的抗干扰能力，如图3所示。

在图4的开关电源中我们采用电压环进行闭环调节实现输出电压的稳定输出，选用NEC公司的PS2501光电耦合器作为输入采样、反馈信号、输出驱动与单片机之间隔离器件，一方面光电耦合器可以起到隔离两个系统地线的作用，使两个系统的电源相互独立，消除地电位不同所产生的影响。另一方面，光电耦合器提高了系统的抗干扰能力，起

到了电磁兼容和隔离抗干扰的作用，不会因为电路中的高频电流的电磁干扰对单片机产生干扰，同时消除了电磁干扰而引起开关管误触发造成的损坏，而且线性度也比较好。TL431是一个基准电压稳压器电路，具有很低的输出噪声和仅为50ppm／0C的温度系数，可以降低温度的变化对光耦的影响，用作参考基准电源十分理想。在图4中电阻R11和电容C6组成地阻容网络在实际应用电路中是必不可少的，它主要用于频率补偿。