开关电源的尖峰抑制
开关电源电磁干扰(EMI)抑制措施总结
摘要：开关电源的电磁干扰对电子设备的性能影响很大，因此，各种标准对抑制电源设备电磁干扰的要求已越来越高。
对开关电源中电磁干扰的产生机理做了简要的描述，着重总结了几种近年提出的新的抑制电磁干扰的方法，并对其原理、应用做了简单介绍。
1 引言随着电子设备的大量应用，电源在这些设备中的地位越来越重要，而开关变换器由于体积小、重量轻、效率高等特点，在电源中占的比重越来越大。
开关电源大多工作在高频情况下，在开关器件的开关过程中，寄生元件（如寄生电容、寄生电感等）中能量的高频变化产生了大量的电磁干扰（ ElectromagneticInterference ， EMI ）。
EMI 信号占有很宽的频率范围，又有一定的幅度，经过在电路、空间中的传导和辐射，污染了周围的电磁环境，影响了与其它电子设备的电磁兼容（ ElectromagneticCompatibility ）性。
随着近年来各国对电子设备的电磁干扰和电磁兼容性能要求的不断提高，对电磁干扰以及新的抑制方法的研究已成为开关电源研究中的热点。
本文对电磁干扰产生、传播的机理进行了简要的介绍，重点总结了几种近年来提出的抑制开关电源电磁干扰产生及传播的新方法。
2 电磁干扰的产生和传播方式开关电源中的电磁干扰分为传导干扰和辐射干扰两种。
通常传导干扰比较好分析，可以将电路理论和数学知识结合起来，对电磁干扰中各种元器件的特性进行研究；但对辐射干扰而言，由于电路中存在不同干扰源的综合作用，又涉及到电磁场理论，分析起来比较困难。
下面将对这两种干扰的机理作一简要的介绍。
2.1传导干扰的产生和传播传导干扰可分为共模（ CommonMode CM ）干扰和差模（ DifferentialMode DM ）干扰。
由于寄生参数的存在以及开关电源中开关器件的高频开通与关断，使得开关电源在其输入端（即交流电网侧）产生较大的共模干扰和差模干扰。
2.1.1 共模（ CM ）干扰变换器工作在高频情况时，由于 dv/dt 很高，激发变压器线圈间、以及开关管与散热片间的寄生电容，从而产生了共模干扰。
抑制开关电源电磁干扰的措施
抑制开关电源电磁干扰的措施开关电源存在着共模干扰和差模干扰两种电磁干扰形式。
根据上篇分析的电磁干扰源，结合它们的耦合途径，可以从EMI 滤波器、吸收电路、接地和屏蔽等几个方面来抑制干扰，把电磁干扰衰减到允许限度之内。
1.交流输入EMI 滤波器滤波是一种抑制传导干扰的方法，在电源输入端接上滤波器可以抑制来自电网的噪声对电源本身的侵害，也可以抑制由开关电源产生并向电网反馈的干扰。
电源滤波器作为抑制电源线传导干扰的重要单元，在设备或系统的电磁兼容设计中具有极其重要的作用。
电源进线端通常采用如图1 所示的EMI 滤波器电路。
该电路可以有效地抑制交流电源输入端的低频差模骚扰和高频段共模骚扰。
在电路中，跨接在电源两端的差模电容Cx1、Cx2 （亦称X 电容）用于滤除差模干扰信号，一般采用陶瓷电容器或聚脂薄膜电容器，电容值通常取0.1~ 0. 47F。
而中间连线接地的共模电容Cy1和Cy2 （亦称Y 电容）则用来短路共模噪声电流，取值范围通常为C1=C2 # 2200 pF。
抑制电感L1、L2 通常取100~ 130H，共模扼流圈L 是由两股等同并且按同方向绕制在一个磁芯上的线圈组成，通常要求其电感量L#15~ 25 mH。
当负载电流渡过共模扼流圈时，串联在火线上的线圈所产生的磁力线和串联在零线上线圈所产生的磁力线方向相反，它们在磁芯中相互抵消。
因此，即使在大负载电流的情况下，磁芯也不会饱和。
而对于共模干扰电流，两个线圈产生的磁场是同方向的，会呈现较大电感，从而起到衰减共模干扰信号的作用。
2.利用吸收电路开关电源产生EMI 的主要原因是电压和电流的急剧变化，因而需要尽可能地降低电路中电压和电流的变化率（ du/ dt 和di/ dt ）。
采取吸收电路能够抑制EMI，其基本原理就是在开关关断时为其提供旁路，吸收积蓄在寄生分布参数中的能量，从而抑制干扰的发生。
可以在开关管两端并联如图2（ a）所示的RC 吸收电路，开关管或二极管在开通和关断过程中，管中产生的反向尖峰电流和尖峰电压，可以通过缓冲的方法予以克服。
大功率BUCK变换器电压电流尖峰的分析及抑制措施 (1)
Analysis and Restraining Solutions of Voltage and Current Spikesof the High-Power BUCK ConverterY ANG Shi-yan,HAN Ming-wu,KO NG Zhi-guo(H arbin I nstitute o f Technology,H arbin150001,China)Abstract:In high-power B uck converters,the circuit is in high switching mode.Since the distributed stray parame-ters of the lead and non-ideal performance of the devices,very high voltage and/or current spike appear on the switch-es,which reduced the reliability of the circuits.This paper analyzed the reasons of the two kinds of spike produced and their harm and proposed several RCL snubber circuits.The analysis and design methods of each parameter in the circuits are presented accordingly.The results of simulation and prac tical application prove that the snubber circuits have fine sof-t switch effec t and strong restraint function to the spikes.Key words:high-power converter;B UCK converter;voltage spike;current spikeEEACC:1290B;8360大功率BUCK变换器电压电流尖峰的分析及抑制措施杨世彦,韩明武,孔治国(哈尔滨工业大学,哈尔滨150001)摘要:在大功率Buck变换器中电路工作于高频开关状态,由于实际线路的寄生参数和器件的非理想特性的影响,开关器件两端会出现过高的电压和电流尖峰,严重地降低了电路的可靠性。
反激开关电源尖峰产生原理
反激开关电源尖峰产生原理全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：反激开关电源是一种常见的电源设计方案，常用于电子设备中。
与传统的线性电源相比，反激开关电源具有效率高、体积小、重量轻等优点，因此在各种领域都得到了广泛的应用。
然而，在使用过程中，人们常常会遇到一个问题，即电源输出端会产生尖峰，这会对电子设备的正常工作造成影响。
那么，这些尖峰到底是怎么产生的呢？本文将详细介绍反激开关电源尖峰产生的原理。
首先，我们需要了解一下什么是反激开关电源。
反激开关电源是一种采用开关管工作的供电方案，通过不断地打开和关闭开关管，来调节输出电压的大小。
反激电源的工作原理是，在输出电压低时，开关管会打开，电源将能量储存在电感上；当输出电压高时，开关管关闭，电源释放储存的能量，从而实现稳定的输出电压。
然而，尽管反激开关电源具有很多优点，但在实际使用中，会出现输出端产生尖峰的情况。
这些尖峰的产生原理主要有以下几种：1. 开关管驱动异常：在反激开关电源中，开关管的工作是由控制芯片进行控制的。
如果控制芯片工作异常，可能会导致开关管的开关动作异常，出现开关不稳定、频率不准等情况，从而产生输出端尖峰。
2. 负载变化：当电源的负载突然变化时，例如电阻突然接入或断开，会引起输出端电流的瞬间变化，这种变化也会导致输出端产生尖峰。
3. 输出环路设计不合理：反激开关电源的输出端通常包括电感和电容，如果输出环路设计不合理，可能会导致电流和电压的波动，进而产生尖峰。
4. 瞬态响应问题：在电源被瞬间加载或卸载时，如果电源的控制回路响应不及时，可能会导致输出端产生尖峰。
针对反激开关电源输出端产生尖峰的问题，我们可以采取以下一些措施来避免或减轻尖峰的产生：1. 合理选择开关管和控制芯片：选择质量好、可靠性高的开关管和控制芯片，尽量避免因器件质量问题而引起的尖峰问题。
2. 合理设计输出环路：合理设计输出环路，确保电感和电容的选取合理，电源工作稳定。
3. 设计适当的瞬态响应控制：设计良好的控制回路，确保在瞬态加载或卸载情况下，电源能够快速响应，减轻尖峰。
开关电源常见尖峰的产生原因和抑制方法
开关电源的尖峰干扰及其抑制电源纹波会干扰电子设备的正常工作，引起诸如计算机死机、数据处理出错及控制系统失灵等故障，给生产和科研酿成难以估量的损失，因此必须采取措施加以抑制。
产生尖峰的原因很多，以下着重说明滤波电路对二极管反向恢复时间所产生的纹波尖峰加以分析，并总结出几种有效的抑制措施。
2滤波电路为减小电源尖峰干扰需要在电源进线端和电源输出线端分别加入滤波电路。
2.1电源进线端滤波器在电源进线端通常采用如图1所示电路。
该电路对共模和差模纹波干扰均有较好抑制作用。
图中各元器件的作用：（1）L1,L2,C1用于滤除差模干扰信号。
L1,L2磁芯面积不宜太小，以免饱和。
电感量几毫亨至几十毫亨。
C1为电源跨接电容，又称X电容。
用陶瓷电容或聚脂薄膜电容效果更好。
电容量取0.22μF～0.47μF。
（2）L3，L4，C2，C3用于滤除共模干扰信号。
L3，L4要求圈数相同，一般取10，电感量2mH左右。
C2，C3为旁路电容，又称Y电容。
电容量要求2200pF左右。
电容量过大，影响设备的绝缘性能。
在同一磁芯上绕两个匝数相等的线圈。
电源往返电流在磁芯中产生大小相等、方向相反的磁通。
故对差模信号电感L3、L4不起作用（见图2），但对于相线与地线间共模信号，呈现为一个大电感。
其等效电路如图3所示。
由等效电路知：令L1=L2=M=L，UN=RCI1同时RC RL，则：图1电源进线端滤波电路(1)一般ωL RL，则：。
式（1）表明，对共模信号Ug而言，共模电感呈现很大的阻抗。
2.2输出端滤波器输出端滤波器大都采用LC滤波电路。
其元件选择一般资料中均有。
为进一步降低纹波，需加入二次LC滤波电路。
LC滤波电路中L值不宜过大，以免引起自激，电感线圈一般以1～2匝为宜。
电容宜采用多只并联的方法，以降低等效串联电阻。
同时采样回路中要加入RC前馈采样网络。
图2共模电感对差模信号不起作用如果加入滤波器后，效果仍不理想，则要详细检查公共地线的长度、线径是否合适。
开关电源尖峰的抑制措施
开关电源尖峰的抑制措施电源纹波会干扰电子设备的正常工作，引起诸如计算机死机、数据处理出错及控制系统失灵等故障，给生产和科研酿成难以估量的损失，因此必须采取措施加以抑制。
产生尖峰的原因很多，以下着重说明滤波电路对二极管反向恢复时间所产生的纹波尖峰加以分析，并总结出几种有效的抑制措施。
1 滤波电路为减小电源尖峰干扰需要在电源进线端和电源输出线端分别加入滤波电路。
1.1 电源进线端滤波器该电路对共模和差模纹波干扰均有较好抑制作用。
各元器件的作用：（1）L1L2C1 用于滤除差模干扰信号。
L1L2 磁芯面积不宜太小，以免饱和。
电感量几毫亨至几十毫亨。
C1 为电源跨接电容，又称X 电容。
用陶瓷电容或聚脂薄膜电容效果更好。
电容量取0.22μF～0.47μF。
（2）L3，L4，C2，C3 用于滤除共模干扰信号。
L3，L4 要求圈数相同，一般取10，电感量2mH 左右。
C2，C3 为旁路电容，又称Y 电容。
电容量要求2200pF 左右。
电容量过大，影响设备的绝缘性能。
在同一磁芯上绕两个匝数相等的线圈。
电源往返电流在磁芯中产生大小相等、方向相反的磁通。
故对差模信号电感L3、L4 不起作用，但对于相线与地线间共模信号，呈现为一个大电感。
一般wL >Rl，则：|UN/US|=0表明，对共模信号Ug 而言，共模电感呈现很大的阻抗。
1.2 输出端滤波器输出端滤波器大都采用LC 滤波电路。
其元件选择一般资料中均有。
为进一步降低纹波，需加入二次LC 滤波电路。
LC 滤波电路中L 值不宜过大，以免引起自激，电感线圈一般以1～2 匝为宜。
电容宜采用多只并联的方法，以降低等效串联电阻。
同时采样回路中要加入RC 前馈采样网络。
如果加入滤波器后，效果仍不理想，则要详细检查公共地线的长度、线径是否合适。
因为地线分布电感对抑制纹波极为不利。
导线长度l，线径d 与其电感量的关系为：L(μH)=0.002l[ln（4l/d)－1](2)2 二极管反向恢复时间引起之尖峰及其抑制以单端反激电源为例（见图4）Us 为方波，幅值为Um。
尖峰抑制器
德国V AC公司用于尖峰抑制器的钴基非晶磁芯VITROV AC6025Z的介绍一、基本介绍V AC公司的钴基非晶磁芯VITROV AC6025Z广泛地应用在开关电源（SMPS）、变频器、UPS等领域里面，用以有效地抑制由电流快速变化所产生的尖峰噪声。
尖峰抑制器通常由一个磁芯绕上一圈或很少的几圈铜线做成，它的构造和安装都非常简单，而对这种噪声的抑制却非常有效。
V AC的VITROV AC6025Z非晶磁芯具有非常低的磁芯损耗和非常高的矩形比，当电流为零时具有非常大的电感量。
这个很大的电感量有效地阻挡了由二极管产生的反向复位电流。
这种材料在很小的电流下就可以达到饱和。
应用简图：（红色为尖峰抑制器图示）二、尖峰抑制器的作用与基本工作原理图一：没有加尖峰抑制器时通过二极管的电流 图二：加尖峰抑制器后通过二极管的电流图三：尖峰抑制器磁滞回线示意图（工作过程原理）图三为VITROV AC6025Z非晶磁芯材料的磁滞回线。
尖峰抑制器的工作过程如下：到达1点之前（电流导通时），磁芯处于饱和状态，具有非常低的电感量。
当电流关断时，工作点到达剩磁点2。
二极管的反向恢复效应使得电流继续向小于零的方向减小，这时，由于这种非晶材料此时具有非常高的磁导率，因此它的电感量非常大，所以它能有效地抑制二极管的尖峰电流（图二为抑制后的电流），这就是所谓的“软恢复”。
I R为理论反向电流尖峰，对应理论工作点3.但由于尖峰抑制器的高电感值，阻碍了磁芯到达理论工作点3，而留在反向剩磁点4。
然后又被磁化开始另一循环。
三、基本设计和计算公式所需参数（数据）：二极管反向电压U R（V）二极管反向恢复时间Trr（S）通过二极管的电流I0（A）开关频率f (Hz)尖峰抑制器必须满足下面条件：(1)Wa=磁芯几何绕线面积S＝铜线电流密度f Cu＝铜线填充因素。
对于绕线磁芯电感，取f Cu＝0.3～0.4；对于铜线径d Cu≈磁芯内径I.D.取f Cu＝1对于具有中等线电流密度的绕线电感，公式（1）可简化为：（1a）线径计算：（2）所需的绕线圈数：（3）选择磁芯步骤：计算公式（1）或（1a）的右边，从标准规格系列里选择尺寸最小的磁芯来满足公式（1）或（1a）根据公式（2）决定线径根据公式（3）计算绕线圈数实验测试设计时应注意考虑：VITROV AC6025Z非晶磁芯的连续工作温度不能超过90℃，最高间断工作温度为120℃。
PWM开关稳压电源尖峰干扰详解
PWM开关稳压电源尖峰干扰详解中心议题：PWM开关稳压电源尖峰干扰解决方案：功率开关管瞬时导通的持续时间对尖峰干扰的影响减小变压器漏感引起的电压尖峰抑制功率管的开关波形对尖峰干扰抑制在输入电网中的部噪声输出电容器对尖峰干扰的影响PWM（PulseWidthmodulation）型开关稳压电源具有体积小、效率高的优点，作为电源设备在许多领域得到了广泛的应用。
但是，开关三极管的工作状态转换持续期短、频谱甚宽的尖峰干扰是其致命弱点，它不仅影响开关电源本身，而且还会干扰邻近的其它电子设备。
开关稳压电源工作时开关三极管和续流二极管（亦可以是另一个开关三极管）总是交替地导通或者截止，图1中KQ和KD并非是理想器件，两种状态的转换需要一定的时间，这就产生了尖峰干扰。
在状态转变过程中，该导通的开关没有完全导通，而该截止的开关却又没有截止的瞬间，电源到地有直接的通路，产生瞬态电流Is。
该电流跟开关三极管导通时的电流Imax 及截止时的电流Icmin的差值、开关KQ和KD同时导通的持续时间等因素有关。
由于电路分布参数的影响，在波形上出现振铃振荡。
功率开关管瞬时导通的持续时间对尖峰干扰的影响晶体管的开启和关断时间跟其截止频率成反比。
开启、关断时间越短，开关速度就越快。
同时导通的持续时间取决于KQ和KD所使用的器件的开关速度。
用速度不同的开关器件比较，开关器件的速度越快，同时导通的持续时间越短，尖峰干扰越是宽度窄、幅度大。
减小变压器漏感引起的电压尖峰变压器的漏感越大，电压尖峰越高，射频干扰也就越大。
特别是变压器采取屏蔽后，由于耦合差，漏感也相应大一些。
一般说，用环型磁芯绕制的变压器产生的漏感要比E型小些。
另外，绕线工艺也很重要，较好的绕线方式是先绕初级总圈数的一半，再绕次级的全部圈数，最后再绕初级的剩余一半，即次级线圈在初级线圈的中间。
这样初级线圈保持有较好的耦合，使变压器有较小的漏感。
功率管的开关波形对尖峰干扰的影响与抑制开关波形Usr（t）的方正度影响尖峰干扰。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
开关电源的尖峰抑制
摘要：介绍几种抑制尖峰干扰的方法。
通过产品试用表明，该方法有一定的实用性。
关键词：纹波滤波器二极管抑制
1 引言
电源纹波会干扰电子设备的正常工作，引起诸如计算机死机、数据处理出错及控制系统失灵等故障，给生产和科研酿成难以估量的损失，因此必须采取措施加以抑制。
产生尖峰的原因很多，以下着重说明滤波电路对二极管反向恢复时间所产生的纹波尖峰加以分析，并总结出几种有效的抑制措施。
2 滤波电路
为减小电源尖峰干扰需要在电源进线端和电源输出线端分别加入滤波电路。
2.1电源进线端滤波器
在电源进线端通常采用如图1所示电路。
该电路对共模和差模纹波干扰均有较好抑制
作用。
图中各元器件的作用：
（1）L1L2C1用于滤除差模干扰信号。
L1L2磁芯面积不宜太小，以免饱和。
电感
量几毫亨至几十毫亨。
C1为电源跨接电容，又称X电容。
用陶瓷电容或聚脂薄膜电容效果更好。
电容量取0.22μF～0.47μF。
（2）L3，L4，C2，C3用于滤除共模干扰信号。
L3，L4要求圈数相同，一般取10，电感量2mH左右。
C2，C3为旁路电容，又称Y电容。
电容量要求2200pF左右。
电容量过大，影响设备的绝缘性能。
在同一磁芯上绕两个匝数相等的线圈。
电源往返电流在磁芯中产生大小相等、方向相反的磁通。
故对差模信号电感L3、L4不起作用（见图2），但对于相线与地线间共模信号，呈现为一个大电感。
其等效电路如图3所示。
由等效电路知：
表明，对共模信号U
g而言，共模电感呈现很大的阻抗。
2.2输出端滤波器
输出端滤波器大都采用LC滤波电路。
其元件选
择一般资料中均有。
为进一步降低纹波，需加入二
次LC滤波电路。
LC滤波电路中L值不宜过大，以
免引起自激，电感线圈一般以1～2匝为宜。
电容宜
采用多只并联的方法，以降低等效串联电阻。
同时
采样回路中要加入RC前馈采样网络。
如果加入滤波器后，效果仍不理想，则要详细检
查公共地线的长度、线径是否合适。
因为地线分布电感对抑制纹波极为不利。
导线长度l，线径d与其电感量的关系为：
L(μH)=0.002l[ln（4l/d)－1](2)
3 二极管反向恢复时间引起之尖峰及其抑制
以单端反激电源为例（见图4）
Us为方波，幅值为Um。
功率管V截止时，V
D1导通，而VD2截止。
但当V导通时，Us极性
反转。
VD2导通，由于二极管之反向恢复特性，V
D1不能立即截止，而是VD1，VD2同时导通。
从
而激起一个很大的电流尖峰。
（1）VD1反向恢复前期等效电路如图5所示。
图中：
R0为次级绕线电阻，引线电阻及二极管导通电阻之和；
L0为变压器漏感和引线电感之和。
由等效电路可得：
i=Um/R0[1－e－(R0/L0)t](3)
假定R0=0.235Ω，L0=0.13μHUm=23V，而电流在0.3μs
内达到Im则可求出Im=41A。
如此大的电流尖峰，若不
加以抑制势必损坏器件。
（2）VD1在反向恢复后期，接近关断状态，等效为一个结电容CD1：由图6知CD1两端电压UC（t）为：
从以上各式看出，UC（t）是在Um基础上叠加
一个Uoe－atsin(ωt＋θ)的正弦衰减振荡。
在VD
1两端激起一个电压尖峰。
（3）由以上分析可看出，在反向恢复期间，
由于二极管的反向恢复特性，二极管的电流不
能突变。
此效应与一个电感等效。
为了抑制二
极管尖峰，需在二极管两端并联电容C或RC
缓冲网络。
RC网络的取值原则：C从0.01μF～0.1μF，由实验决定。
串联电阻用于限制电容C的放电电流，也为了阻止由于回路阻抗而引起的共振，起阻尼作用。
一般按下式选取：
U0/I0≤R≤(R不宜小于4Ω) (7)
4 几种噪声波的形成及抑制措施
图7给出几种常见噪声波形。
现对这些噪声波的形成原因及相应的抑制措施简述如下：（1）噪声波形如图7（a）所示。
形成原因：辅助电源或基准电压稳定性不够所致。
抑制措施：在相关部位并大电容。
（2）噪声波如图7（b）所示。
形成原因：布线不合理，引起交叉干扰。
抑制措施：调整布线。
（3）噪声波形如图7（c）所示。
形成原因：由于变压器漏磁对采样形成干扰而引起自激，导致出现正弦振荡。
抑制措施：变压器要适当加以屏蔽，且屏蔽层要接地。
改进变压器绕制工艺。
（4）噪声波形如图7（d）所示。
幅值变化随机、无规则。
形成原因：在于采样电阻所加电压过高或印制板绝缘不良。
抑制
措施：改进采样。
（5）噪声波形如图7（e）所示。
形成原因：整流二极管反向恢复期间引起的尖峰。
抑制措施：在
二极管上并电容C或RC。
5 结语
本文所述几种方法已成功地运用于我公司的产品PM48－25上。
但由于产生尖峰干扰原因很多，因而其抑制措施也要视具体情况而
定。
只要对具体电路作出具体分析，找出干扰源，采取相应的抑制
措施，就能取得较好的抑制效果。