时间：2023-05-30 10:46:01
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇开关电源，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词：开关电源；仿真；电磁干扰
在开关电源中，开关管的电压接近方波，含有丰富的高次谐波，同时，由于开关变压器的漏电感及分布电容以及开关器件的工作状态非理想，在高频开或关时，常常会产生高频、高压的尖峰高次谐波振荡，该谐波通过开关管的散热器对地之间的分布电容传送到输入端；也可以通过变压器初次级间的耦合电容及变压器的对地电容通过输出回路传送到输入端。因此，开关电源中存在着较严重的电磁干扰。
本文以12V、0.85A的反激式开关电源为例，见图1，应用仿真软件Pspice进行研究，仿真分析了开关电源中的电流和电压的特点，探究了电源的EMC问题的解决策略。
图1 12V，0.85A的反激式开关电源
图2 反激式开关电源的Pspice仿真电路
1 开关电路的电流、电压
下图3依次是开关管漏源电压、漏极电流、高频变压器原边电流、RCD吸收电路的电流、漏极对地电容的电流：
图3
由图3可以总结出此反激式开关电源波形的几个特点：（1）波形均为脉冲波形，频率为40KHz；（2）开关管的导通时间极短，此电路参数下为6uS左右。（3）除开关管的电流，都叠加着振荡波形，即文献资料中所说的“振铃”。
2 由漏电感引起的开关管的电压尖峰及高频振荡
图4是无RCD钳位电路时开关管漏源电压的波形。图中，开关管截止瞬间的电压尖峰和高频振荡由高频变压器的漏感引起，产生了659.055V的瞬间电压，这同有RCD钳位电路（图3）相比（最高电压为500V左右），高出了159V。
此开关管的额定电压为600V，且工作在高频状态，如果不采取措施，开关管很容易损坏，造成整个电源不能正常工作，作为设备的驱动装置，这是不允许的。
3 开关管漏极电压突变引起的干扰电流
由于开关管的漏源电压极高，且导通和截止的时间极短，使开关管漏极对地等效电容Cp产生了较大的干扰电流。由图5可知，开关管导通瞬间产生的最大电流为1.8985A，截止瞬间产生的最大电流为377.665mA。
图5 开关管漏极对地电容的电流波形
Cp在本电路中由开关管的散热片对地电容、变压器原边对地电容、变压器初次级间的耦合电容、变压器副边的对地电容、输出整流二极管的电容等构成。由于开关电源的共模干扰主要就是漏源高压的瞬间突变产生的，其电流的大小与漏源电压的变化率、电容的容量成正比，因此应采取一定的措施减小Cp。
4 输出电路的仿真分析
输出电路由整流二极管、滤波电路等构成。 图6依次为开关管漏源电压、输出整流二极管阳极电压、二极管电流、输出直流电压的波形。由图可知，整流二极管的阳极电压同开关管的漏极电压一样，也存在着瞬间突变，因此产生了干扰电流。
图6
为了减小输出端口对传导骚扰的影响可以采取如下措施：（1） 采用带屏蔽层的高频变压器，减小原副边的耦合电容。（2） 在输出“地”与输入“地”之间跨接一个高频电容，可以旁路一部分骚扰电流，使流向电源输入端的干扰电流减小。（3）在输出电路中加入共模、差模滤波电路，对输出端的高频干扰进行抑制。
参考文献
[1]沙占友等编著.新型单片开关电源设计与应用技术，电子工业出版社，2005.
关键词：电力电子；开关电源；高频开关。
1引言
我国电力电子技术中广泛引进信息电子技术以及半导体技术，这使得电力电子技术朝着高频方向发展。电力电子技术主要包括变流电路、电子器件、控制电路。开关电源主要借助电力电子技术，实现对半导体器件开通和关断的控制，保证电压输出稳定。开关电源相较传统的线性稳压电源占地较小且应用效率高，因此广泛应用于各类电子产品中。但与此同时，开关电源在实际应用过程中受到电磁干扰的影响，而且电路分布复杂，受到射频干扰程度较大。开关电源中的整机电路由控制电路以及主电路进行控制，其中，整机电路主电路复杂电网能量的转换和传递，包括输出整流滤波、输入整流滤波以及功率转换。本文中以当前较为常用的高频开关电源为例，阐述高频开关电源的应用特点，并分析电力电子技术在开关电源中的应用。
2高频开关电源的特点
2.1分类
根据开关电源的实际用途以及标准对其进行分类，有着多种分类方式。首先，根据开关电源的驱动方式进行分类，可将开关电源分成他励式、自励式两种[1]。如果按照开关电源的输出/入类型进行划分，则能够分为AC/DC以及DC/DC两种不同变换器。想要实现对开关电源进行精准控制，按照控制方式以及用途不同，可将开关电源分为PFM混合式、PWM脉冲宽度调制式等等。对开关电源进行电路划分，可将开关电源分为谐振型开关电源、非谐振型开关电源。
2.2应用
高频开关电源在实际应用过程中能够实现交流电源的转换工作，从而满足电气设备的供电需求。高频开关电源在运行时，电流经过大功率开关元件的逆变电路，进行低压转换，最终形成稳定的输出电压。一般来说，现代高频开关电源具有重量轻、体积小的显著特点。高频开关电源在使用过程中不需要借助工频变压器，这使得高频开关电源的质量和体积相较于其他开关电源更轻、更小，便于安装和使用。尽管高频开关电源体积以及重量不足其他开关电源的一半，但是高频开关电源却有着极大的功率系数，并且能够利用硅导通角对相变整流器实际功率进行控制。高频开关电源负载的变化也会影响到功率系数的变化，当负载产生变化变小时，对应的系数也会变小。此外，高频开关电源噪声较小也是一大特点[2]。高频开关电源在运行过程中的噪声还不到50db。相比之下，高频开关电源运行时的噪声比相控整流设备运行过程中的噪声降低了35%之多。而且，高频开关电源在开关的瞬间能源消耗较低，这有利于节能减排，并能够有效提升整机的运行效率。
3电力电子技术
3.1电力电子技术在高频开关电源中的应用
电力电子技术在高频开关电源中的应用十分广泛。高频开关电源支持大功率晶体管运行，并能够有效提升整流器功率容量。随着人们对于集成电路所展开的深入研发，促进了高频开关电源在电气工程领域的应用，也使得开关电源朝着模块化、微小化和高效化的方向发展。计算机技术以及通信技术的应用，使得高频开关电源设备更具稳定性。借助UPS经过整流器能够实现电流的直流输出，将交流电转换为两部分。开关电源中的一部分电流传送至转换开关、逆变器等元器，实现设备的正常工作，另一部分则流入电池，为电池进行充电。不间断电源借助大功率IGBT，能够有效降低噪声强度，并在一定程度上保提高了高频开关电源的系统稳定性。高频变频器主要应用于开关电源的电气传动系统中，能够实现对电机变频速度的调控。高频变频器电源经过高频变换器、大功率晶体管，实现电压转换，改变电压的频率、功率，具有节能减排的作用。借助现代高新技术，能够将开关电源中强电和弱电进行结合，能够有效降低开关电源研发的成本，具有节能减排、经济高效的应用优势[3]。
3.2技术优势
采用电力电子技术中的软开关技术能够有效降低开关电源的故障发生率。借助IGBT功率器件对开关电源中PWM进行控制，从而解决大功率电源逆变主电路结构的能源消耗问题，降低开关电源的能耗。应用谐振原理解决传统开关电源的浪涌电流问题，并有助于减缓电压尖峰，降低系统故障发生概率。谐振电路在进行开启和关闭时能够对高频变压器中的电容、电感进行吸收，降低开关电源的能耗，同时能够为晶体管等元件进行减压。相比于传统电路开关启动造成的巨大能耗损失，采用电力电子技术能够有效保证开关电源运行的稳定性，提高开关电源的利用率。此外，电力电子技术中的同步整流技术能够有效提高开关电源的运行效率。同步整流技术将整流开关二极管部位的金属绝缘体的二分之一进行反接，使同步电流通过零电压/电流开关，实现对同步整流的初始脉冲信号驱动，以这种方式实现零电压开关。通常情况下，同步整流技术适用于一些电压较低、电流较大的开关电源中。电力电子技术中的控制技术能够实现对多路电流/电压的控制。在控制技术实施过程中，主电路的设计需符合开关变换器结构要求，并具备离散非线性的特点。控制技术具有其动态性，能够利用时间周期的变化对开关电源进行控制。在开关电源控制技术中应用到的算法包括：基因算法、模糊算法、神经网络控制算法等等。这些算法的应用可以保证计算机的运行速度有所提升，并且使开关电源运行更加智能，实现开关电源的高效化、数字化、模块化。
3.3发展趋势
开关电源在运行过程中具备安全、高效、可靠、节能、低噪等显著优势，现阶段，常见的开关电源中采用双极性晶体管，这种型号的开关电源在频率控制上仍有待提高。因此，开关电源的应用趋势应以提升开关元器件的开关频率为主，这样才能够有效的保证开关电源的频率，达到节能减排的目的。考虑到提升开关电源的开关速度会对电路中分布电感和电容产生干扰，致使二极管存储电荷存在浪涌情况。为例对存储电荷的浪涌情况进行控制，可根据实际情况选择不同的应对方法。一般来说，可采用L-C缓冲器、磁缓冲器等辅助元器件控制浪涌。针对高频开关电源而言，可采用部分谐振转换电路技术对存储电荷涌浪情况进行控制。谐振式开关电源能够降低开关启动过程中的能源损耗，但在实际应用过程中，部分谐振转换电路技术在高频开关电源应用中仍存在诸多难以攻克的技术难题。现阶段，国际上针对开关电源的运行电流耗电情况，已经展开了相关研究，有学者通过降低开关电源运行电流的方式，辅助降低结温措施，控制开关电源中器件应力，从而保证开关电源产品的可靠性，能够解决开关电源存储电荷的涌浪以及噪声等问题，具有一定的实用性。当前，开关电源模块化发展推进了电力电子技术在开关电源中的应用成效。通过设置开关电源中的模块化电源组，能够将开关电源系统进行分布控制。为了能够降低模块化开关电源的开关功率，可在模块化开关电源设计过程中加入滤波器，能够实现对开关电源存储电荷的涌浪的有效控制，从而提高模块化开关电源的实用性。电力电子技术在开关电源中的应用使得开关电源性能更加稳定。
关键词开关电源电磁干扰抑制措施耦合
目前，许多大学及科研单位都进行了开关电源EMI（ElectromagneticInterference）的研究，他们中有些从EMI产生的机理出发，有些从EMI产生的影响出发，都提出了许多实用有价值的方案。这里分析与比较了几种有效的方案，并为开关电源EMI的抑制措施提出新的参考建议。
一、开关电源电磁干扰的产生机理
开关电源产生的干扰,按噪声干扰源种类来分,可分为尖峰干扰和谐波干扰两种;若按耦合通路来分,可分为传导干扰和辐射干扰两种。现在按噪声干扰源来分别说明：
1、二极管的反向恢复时间引起的干扰
高频整流回路中的整流二极管正向导通时有较大的正向电流流过,在其受反偏电压而转向截止时,由于PN结中有较多的载流子积累,因而在载流子消失之前的一段时间里,电流会反向流动,致使载流子消失的反向恢复电流急剧减少而发生很大的电流变化(di/dt)。
2、开关管工作时产生的谐波干扰
功率开关管在导通时流过较大的脉冲电流。例如正激型、推挽型和桥式变换器的输入电流波形在阻性负载时近似为矩形波,其中含有丰富的高次谐波分量。当采用零电流、零电压开关时,这种谐波干扰将会很小。另外,功率开关管在截止期间,高频变压器绕组漏感引起的电流突变,也会产生尖峰干扰。
3、交流输入回路产生的干扰
无工频变压器的开关电源输入端整流管在反向恢复期间会引起高频衰减振荡产生干扰。
开关电源产生的尖峰干扰和谐波干扰能量,通过开关电源的输入输出线传播出去而形成的干扰称之为传导干扰;而谐波和寄生振荡的能量,通过输入输出线传播时,都会在空间产生电场和磁场。这种通过电磁辐射产生的干扰称为辐射干扰。
4、其他原因
元器件的寄生参数，开关电源的原理图设计不够完美，印刷线路板（PCB）走线通常采用手工布置，具有很大的随意性，PCB的近场干扰大，并且印刷板上器件的安装、放置，以及方位的不合理都会造成EMI干扰。
二、开关电源EMI的特点
作为工作于开关状态的能量转换装置，开关电源的电压、电流变化率很高，产生的干扰强度较大；干扰源主要集中在功率开关期间以及与之相连的散热器和高平变压器，相对于数字电路干扰源的位置较为清楚；开关频率不高（从几十千赫和数兆赫兹），主要的干扰形式是传导干扰和近场干扰;而印刷线路板(PCB)走线通常采用手工布线,具有更大的随意性,这增加了PCB分布参数的提取和近场干扰估计的难度.
三、EMI测试技术
目前诊断差模共模干扰的三种方法：射频电流探头、差模抑制网络、噪声分离网络。用射频电流探头是测量差模共模干扰最简单的方法，但测量结果与标准限值比较要经过较复杂的换算。差模抑制网络结构简单（见图1），测量结果可直接与标准限值比较，但只能测量共模干扰。噪声分离网络是最理想的方法，但其关键部件变压器的制造要求很高。
四、目前抑制干扰的几种措施
形成电磁干扰的三要素是干扰源、传播途径和受扰设备。因而,抑制电磁干扰也应该从这三方面着手。首先应该抑制干扰源,直接消除干扰原因;其次是消除干扰源和受扰设备之间的耦合和辐射,切断电磁干扰的传播途径（见图2）;第三是提高受扰设备的抗扰能力,减低其对噪声的敏感度。目前抑制干扰的几种措施基本上都是用切断电磁干扰源和受扰设备之间的耦合通道，它们确是行之有效的办法。常用的方法是屏蔽、接地和滤波。
采用屏蔽技术可以有效地抑制开关电源的电磁辐射干扰。例如,功率开关管和输出二极管通常有较大的功率损耗,为了散热往往需要安装散热器或直接安装在电源底板上。器件安装时需要导热性能好的绝缘片进行绝缘,这就使器件与底板和散热器之间产生了分布电容,开关电源的底板是交流电源的地线,因而通过器件与底板之间的分布电容将电磁干扰耦合到交流输入端产生共模干扰,解决这个问题的办法是采用两层绝缘片之间夹一层屏蔽片,并把屏蔽片接到直流地上,割断了射频干扰向输入电网传播的途径。为了抑制开关电源产生的辐射,电磁干扰对其他电子设备的影响,可完全按照对磁场屏蔽的方法来加工屏蔽罩,然后将整个屏蔽罩与系统的机壳和地连接为一体,就能对电磁场进行有效的屏蔽。电源某些部分与大地相连可以起到抑制干扰的作用。例如,静电屏蔽层接地可以抑制变化电场的干扰;电磁屏蔽用的导体原则上可以不接地,但不接地的屏蔽导体时常增强静电耦合而产生所谓“负静电屏蔽”效应,所以仍以接地为好,这样使电磁屏蔽能同时发挥静电屏蔽的作用。电路的公共参考点与大地相连,可为信号回路提供稳定的参考电位。因此,系统中的安全保护地线、屏蔽接地线和公共参考地线各自形成接地母线后,最终都与大地相连.
在电路系统设计中应遵循“一点接地”的原则,如果形成多点接地,会出现闭合的接地环路,当磁力线穿过该回路时将产生磁感应噪声,实际上很难实现“一点接地”。因此,为降低接地阻抗,消除分布电容的影响而采取平面式或多点接地,利用一个导电平面(底板或多层印制板电路的导电平面层等)作为参考地,需要接地的各部分就近接到该参考地上。为进一步减小接地回路的压降,可用旁路电容减少返回电流的幅值。在低频和高频共存的电路系统中,应分别将低频电路、高频电路、功率电路的地线单独连接后,再连接到公共参考点上。
滤波是抑制传导干扰的一种很好的办法。例如,在电源输入端接上滤波器,可以抑制开关电源产生并向电网反馈的干扰,也可以抑制来自电网的噪声对电源本身的侵害。在滤波电路中,还采用很多专用的滤波元件,如穿心电容器、三端电容器、铁氧体磁环,它们能够改善电路的滤波特性。恰当地设计或选择滤波器,并正确地安装和使用滤波器,是抗干扰技术的重要组成部分。
EMI滤波技术是一种抑制尖脉冲干扰的有效措施,可以滤除多种原因产生的传导干扰。图3是一种由电容、电感组成的EMI滤波器,接在开关电源的输入端。电路中,C1、C5是高频旁路电容,用于滤除两输入电源线间的差模干扰;L1与C2、C4;L2与C3、C4组成共模干扰滤波环节,用于滤除电源线与地之间非对称的共模干扰;L3、L4的初次级匝数相等、极性相反,交流电流在磁芯中产生的磁通相反,因而可有效地抑制共模干扰。测试表明,只要适当选择元器件的参数,便可较好地抑制开关电源产生的传导干扰。
五、目前开关电源EMI抑制措施的不足之处
现有的抑制措施大多从消除干扰源和受扰设备之间的耦合和辐射,切断电磁干扰的传播途径出发，这确是抑制干扰的一种行之有效的办法，但很少有人涉及直接控制干扰源,消除干扰，或提高受扰设备的抗扰能力，殊不知后者还有许多发展的空间。
六、改进措施的建议
我认为目前从电磁干扰的传播途径出发来抑制干扰，已渐进成熟。我们的视点要回到开关电源器件本身来。从多年的工作实践来看，在电路方面要注意以下几点：
(1)印制板布局时,要将模拟电路区和数字电路区合理地分开,电源和地线单独引出,电源供给处汇集到一点;PCB布线时,高频数字信号线要用短线,主要信号线最好集中在PCB板中心,同时电源线尽可能远离高频数字信号线或用地线隔开。其次，可以根据耦合系数来布线，尽量减少干扰耦合。（见表1）
(2)印制板的电源线和地线印制条尽可能宽,以减小线阻抗,从而减小公共阻抗引起的干扰噪声。
(3)器件多选用贴片元件和尽可能缩短元件的引脚长度,以减小元件分布电感的影响。
Abstract: The paper introduces the principle of switch power which is composed by current control type PMW UC3842 and analyzes the shortage of protective circuit and proposes an improving idea.
关键词：UC3842；开关电源；保护电路
Key words: UC3842; switch power; protective circuit
中图分类号：TM56 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2010）36-0183-01
1UC3842的典型应用
UC3842的典型应用电路，该电路主要由桥式整流电路，高频变压器，MOS功率管以及电流型脉宽调制芯片UC3842构成。其工作原理为：220V的交流电经过桥式整流滤波电路后，得到大约+300V的直流高压，这一直流电压被MOS功率管斩波并通过高频变压器降压，变成频率为几十kHz的矩形波电压，再经过输出整流滤波，就得到了稳定的直流输出电压。其中高频变压器的自馈线圈N2中感应的电压，经D2整流后所得到的直流电压被反馈到UC3842内部的误差放大器并和基准电压比较得到误差电压Vr，同时在取样电阻R11上建立的直流电压也被反馈到UC3842电流测定比较器的同柑输入端，这个检测电压和误差电压Vt相比较，产生脉冲宽度可调的驱动信号，用来控制开关功率管的导通和关断时间，以决定高频变压器的通断状态，从而达到输出稳压的目的。R5用来限制C8产生的充电峰值电流。考虑到Vi及Vref上的噪声电压也会影响输出的脉冲宽度，因此，在UC3842的脚7和脚8上分别接有消噪电容C4和C2。R7是MOS功率管的栅极限流电阻。另外，在UC3842的输入端与地之间，还有34V的稳压管，一旦输入端出现高压，该稳压管就被反向击穿，将Vi钳位于34V，保护芯片不致损坏。
2UC3842保护电路的缺陷
2.1 过载保护的缺陷当电源过载或输出短路时，UC3842的保护电路动作，使输出脉冲的占空比减小，输出电压降低，UC3842的供电电压也跟着降低，当低到UC3842不能工作时，整个电路关闭，然后通过R6扦始下一次启动过程。这种保护被称为“打嗝”式（hiccup）保护。在这种保护状态下，电源只工作几个开关周期，然后进入很长时间(几百ms到几s)的启动过程，因此，它的平均功率很低。但是，由于变压器存在漏感等原因，有的开关电源在每个开关周期都有很高的开关尖峰电压，即使在占空比很小的情况下，辅助供电电压也不能降到足够低，所以不能实现理想的保护功能。
2.2 过流保护的缺陷UC3842的过流保护功能是通过脚3实现的。当脚3上检测的电压高于lV时，就会使UC3842内部的比较器翻转，将PWM锁存器置零，使脉冲调制器处于关闭状态，从而实现了电路的过流保护。由于检测电阻能感应出峰值电感电流，所以自然形成逐个脉冲限流电路，只要检测电阻上的电平达到lV，脉宽调制器立即关闭，因此这种峰值电感电流检测技术可以精确限制输出的最大电流，使得开关电源中的磁性元件和功率器件不必设计较大的余量，就能保证稳压电源的工作可靠。但是，通常我们采用的采样电阻都是金属膜或氧化膜电阻，这种电阻是有感的，当电流流过取样电阻时，就会感生一定的感性电压。这个电感分量在高频时呈现的阻抗会很大，因此它将消耗很大的功率。随着频率的增加，流过取样电阻的电流有可能在下一个振荡周期到来之前还没放完，取样电阻承受的电流将越来越大，这样将会引起UC3842的误操作，甚至会引起炸机。因此，UC3842的这种过流保护功能有时难以起到很好的保护作用，存在着一定的缺陷。
2.3 电路稳定性的缺陷电路中，当电源的占空比大于50％，或变压器工作在连续电流条件下时，整个电路就会产生分谐波振荡，引起电源输出的不稳定。变压器中电感电流的变化过程：没在t0时刻，开关开始导通，使电感电流以斜率m1上升，该斜率是输入电压除以电感的函数。t1时刻，电流取样输入达到由控制电压建立的门限，这导致开关断开，电流以斜率m2衰减，直至下一个振荡周期。如果此时有一个扰动加到控制电压上，那么它将产生一个I，这样我们就会发现电路存在着不稳定的情况，即在一个固定的振荡器周期内，电流衰减时闸减少，最小电流开关接通时刻t2上升了I+Im2/m1，最小电流在下一个周期t3减小到（I+Im2/m4）（m2/m1），在每一个后续周期，该扰动m2/m1被相乘，在开关接通时交替增加和减小电感电流，也许需要几个振荡器周期才能使电感电流为零，使过程重新开始，如果m2/m1大于1，变换器将会不稳定。
3保护电路的改进
针对上述分析，改进电路该电路具有：①通过在UC3842的采样电压处接入一个射极跟随器，从而在控制电压上增加了一个与脉宽调制时钟同步的人为斜坡，它可以在后续的周期内将I扰动减小到零。因此，即使系统工作在占空比大于50％或连续的电感电流条件下，系统也不会出现不稳定的情况。不过该补偿斜坡的斜率必须等于或略大于m2/2，系统才能具有真正的稳定性。②取样电阻改用无感电阻。无感电阻是一种双线并绕的绕线电阻，其精度高且容易做到大功率。采用无感电阻后，其阻抗不会随着频率的增加而增加。这样，即使在高频情况下取样电阻所消耗的功率也不会超过它的标称功率，因此也就不会出现炸机现象。③反馈电路改用TL43l加光耦来控制。我们都知道放大器用作信号传输时都需要传输时间，并不是输出与输入同时建立。如果把反馈信号接到UC3842的电压反馈端，则反馈信号需连续通过两个高增益误差放大器，传输时间增长。由于TL431本身就是一个高增益的误差放大器，因此，直接采用脚1做反馈，从UC3842的脚8（基准电压脚）拉了一个电阻到脚l，脚2通过R18接地。这样做的好处是，跳过了UC3842的内部放大器，从而把反馈信号的传输时间缩短了一半，使电源的动态响应变快。另外，直接控制UC3842的脚l还可简化系统的频率补偿以及输出功率小等问题。
4实验结果
UC3842检测电阻的电压波形和采样信号波形：经过改进后的电路，其采样信号的波形紧紧跟随检测电阻的电压波形，没有出现非常大的尖峰电压。因此，该电路能有效避免因变压器漏感等异常干扰引起的电源误操作的问题，也能有效避免因电源占空比过大而引起的系统不稳定的问题。
【关键词】开关电源 现状 发展趋势
前言
电源是对公用电网或某种电能进行交换和控制，并向各种用电负载提供优质电能的供电设备和动力装置。因此，电源的应用十分广泛，已深入到每个人的生产和生活领域。
直流电源应用很广泛，尤其在军事、医疗和煤矿等领域应用更为频繁。传统的直流电源往往采用线性电源技术，但是这种结构形式造成电源整体效率偏低，性能一般，体积较大，重量沉。因此，直流电源倾向于采用开关电源技术，使得直流电源变得效率高、性能更好、体积小、重量轻。据业内咨询机构统计，在2009年全球开关电源的市场规模都已达到160亿美元，并随着电力电子技术的高速发展，更促进了开关电源技术的快速发展和提高，应用领域也越来越广泛，在整个电源领域中开关电源所占据的比重愈来愈大。
1. 开关电源的现状
开关电源技术属于电力电子技术，它运用功率变换器进行电能变换。经过变换的电能，可以满足各种用电需求。当负载需要高要求的直流供电时，其供电电源采用开关电源。
开关电源具有功率转换效率高、稳压范围宽、重量轻等特点。开关电源由于采用大功率开关管的高频整流技术，不但可以方便地得到不同等级的电压，更重要的是甩掉了体积大、笨重的工频变压器及滤波电感电容。在传统开关电源中，由于功率器件工作在开关状态，器件常在高电压下开通，在大电流下关断时，也存在着一些问题，如射频干扰和电磁干扰大、开关损耗大、输出纹波大、器件的安全工作区窄、电路对分布系数比较敏感等缺点。随着电力电子技术的发展，特别是功率器件的更新换代、功率变换技术的不断改进、新型电磁材料的不断使用、控制方法的不断进步以及相关科学的不断融合，开关电源的缺点正逐步得到克服，射频干扰和电磁干扰已经被抑制在一个很低的水平上，输出纹波可以达到几毫伏以下。因此，开关电源是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。
2. 开关电源的发展趋势
开关电源的许多方面的运用已经趋于成熟，将来的发展趋势是高频，高可靠性，高性能，低耗，低噪声，模块化。文献介绍了功率的增加必然导致电源内部电磁环境的复杂，由此所产生的各种电磁干扰对电源本身和附近的其他电子设备的正常工作带来了严重的影响，即既是干扰源，又是扰者。电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，简写EMC）设计的目的是使开关电源在预期的电磁环境中实现电磁兼容。电磁兼容问题已成为当前研究的热点，一些发达国家已有EMC技术的规范和标准。我国虽然在EMC方面工作起步较晚，有关部门也正颁布相关指令，跟上国际步伐。
开关电源也对功率器件提出了更高的要求：耐压高、电流大、导通电阻小，恢复速度快。由于金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）具有很快的开关速度，因此开关电源的开关频率可以做得更高，重量更轻，功率密度更大，电源体积更小。提高器件耐压，同时减小导通电阻仍是今后MOSFET的主要研究方向。开关电源的性能指标，如纹波、精度、久冲、过冲等受到功率铁氧体材料技术及功率器件性能的限制，与电源发达国家还有很大的差距，
开关电源高频化是其发展方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。但是高频化存在一些新的问题有待解决，如开关损耗、无源元件损耗增大、高频寄生参数及高频电磁干扰增大等。
综上，开关电源的发展从来都是与半导体器件及磁性元件等的发展休戚相关。高频化的实现，需要相应的高速半导体器件和性能优良的高频电磁元件。发展功率MOSFET等新型高速器件，开发高频用的低损磁性材料，改进磁元件的结构及设计方法等，对于开关电源的发展有着巨大的推动作用。
3. 结束语
总的来说，在电力电子技术的不断发展与创新的背景下，开关电源技术在理论方面将取得更大的突破，其产业方面也有着广阔的发展前景，开关电源技术也更将趋于可靠、成熟、经济、适用。
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［8］付军，苏玉刚.宽压自适应开关电源的研制[D].重庆：重庆大学自动化学院， 2009.
Abstract： With the development of power electronic technology， higher requirements have been put forward for the design of LED switching power supply： safety performance， complete function， automation， small size. In LED switching power supply， the switch tube is working in on-off state， which will produce strong peaks and harmonic interference through its components. Electromagnetic interference will seriously affect the performance of the circuit， and at the same time can cause noise pollution. Aiming at this problem， EMI filter is proposed， which has greatly improved the performance of the circuit. And the effectiveness of the scheme is verified by experiment.
关键词：EMI滤波器；电磁干扰；LED的开关电源
Key words： EMI filter；electromagnetic interference；LED switching power supply
中图分类号：TN713 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）18-0133-02
0 引言
LED的开关电源已经被广泛的应用于家用电器、自动控制电路、计算机等领域，由于其具有效率高、体积小、重量轻、智能化、稳压范围较宽等优势。LED的开关电源具有与生俱来的比较强的电磁干扰现象，这些干扰会随着频率的升高而显著的增强，电磁干扰会严重影响电源的正常工作，会造成电源内部工作的不稳定，使电源性能下降，同时产生的噪声会造成噪声污染。为了抑制LED电源的噪声干扰，此处提出了电磁兼容性设计，很好的解决了噪声污染的问题。
1 电磁干扰分析
电磁兼容性是用来衡量电磁干扰的能力，指的是在电磁环境中，能正常工作，不受外界环境的干扰，也不会影响中卫环境的能力。其包括两个方面的含义，即系统产生的电磁干扰，不影响本身和其他系统的性能；本系统的抗干扰能力要使其不受其他系统干扰和影响。电磁兼容性不足就会引起电磁干扰，为了使LED电源发挥更大的优势，就必须改善电源的电磁兼容的性能。差模、共模干扰是电磁干扰的两种不同类型。两条电源线之间的电磁干扰，通常被称之为差模干扰，差模干扰受干扰的信号两根进线上的参考点方向相反，大小相同。电源线对大地之间的电磁干扰，通常被称之为共模干扰，共模干扰受干扰的信号电源线对大地的参考点方向相同，大小也相同。高频开关电源中电磁干扰主要是由于外部的高次谐波和内部的噪声干扰所引起的。只有解决好这两方面的电磁干扰，才能使得开关电源正常的工作。文章当中采用EMI滤波器来解决此问题。
6 结语
对LED开关电源中电磁干扰进行了分析，介绍了EMI滤波器的原理，在此基础上，给出了电磁兼容的设计和相应的实验结果。证明了EMI滤波器对于设计LED开关电源的重要性，很好的解决了噪声污染的问题。
参考文献：
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[3]何宏，魏克新，王红君，李丽.开关电源电磁兼容性[M].北京：国防工业出版社，2008：116.
关键词：EMI；抑制；测试；电源0 引言
随着现代科学技术的发展和电子产品种类的日新月异，各种电子设备和产品充斥着市场，机电、机械、微波、调频等等不同门类不同型号，使得人类的生活环境布满了各种频率和频段的电磁波谱和射线，这些射线相互影响、干扰已经严重威胁和影响了仪器设备的架设和正常使用，因此，EMC（电磁兼容）问题已经被广泛研究和高度重视。其中，开关电源传导干扰性问题也是不可以回避的问题。考虑到其与很多线性稳压电源不同，特别是效率高、功耗小、重量轻、体积小等问题，就更不能不进行相关抗干扰的研究。同时，考虑到其主要缺点是产生较强的电磁干扰（EMI），其信号具有宽频率范围和幅度的特点以及在传导和辐射时会污染电磁环境的特点，必须采取有效措施开展抑制传导干扰的工作和研究，为此首先要对产品进行电磁辐射波诊断，找出干扰源所在的具置以及相互干扰的方法和途径，然后比对测试与分析的结果，最后根据结果对设备进行屏蔽整改。
1 干扰产生机理
由于开关电源中的开关管频率较高，在开关开、闭过程中二极管和晶体管就会产生较高的电压和电流，这种跃变所产生的峰值脉冲会对包括储能电感线圈、高频变压器、导线、供电电源、机架、接地平面、互感或电容等产生不可忽略的影响，其中压器型功率转换电路以及电流高次谐波干扰产生的脉冲跃变电压的影响最为大。究其原因主要有：正弦波被整流器整流以后成为多频率的电流， 即单向脉动电流。该电流波形可以被分解成一个直流分量和一系列的交流分量。
分析产生这种脉冲干扰的原因发现 主要存在以下几个问题：一是，开关功率晶体管的负载一般是储能电感。在开关管导通的时候，变压器会出现较大电流造成尖峰噪声峰值。这个峰值噪声就是尖脉冲，轻者造成电流干扰，重者有可能会导致开关管被击穿；二是，输入电流的畸变会产生干扰。开关电源输入端一般会采用桥式整流电容滤滤电路（见图1） ，这种电路滤波电容的充电时间短， 从而形成幅度高而宽度窄的脉冲电流（见图2）。
通过傅氏变换可以得到：丰富的谐波成分包含在畸变的电流中。而且，数据表明辐射干扰和传导干扰都是由于高次谐波的输入而产生的，是丰富的谐波畸变；3） 整流二极管输出会产生干扰。因为，反向电流在恢复到零点时该段时间与结电容相关，其决定于输出整流二极管截止时。如果将反向电流迅速恢复到零点的二极管，这种情况下，分布参数包括二极管都会在变压器漏感影响下产生强高频干扰。
2 干扰抑制方法
EMI 是一种有效抑制尖脉冲干扰的滤波技术， 被广泛用于滤除多种原因产生的传导干扰。
图3所示为一种由电感和电容组成的EM I 滤波装置。该装置接入开关电源。从该图中可以看到： 高频电路电容（C1、C5）用以滤除掉两输入电源线间的差模干扰C2与L1、C4等组成的共模干扰滤波环节，同时由于L 3、L 4 的初次级匝数相等、交流电流、极性相反在磁芯中产生的磁通相反，我们可以将其用于滤除电源线与地之间非对称的共模干扰，从而实现有效抑制共模干扰。
3 整改实例分析
下面通过对某车载供电单元的整改实例加以分析（图4）为整改前测试结果，超标频段30kHz至60kHz和250kHz至400kHz。从测试结果可以看出，由于开关电源的总电流谐波含量比较高，导致谐波电流分别以传导干扰和辐射干扰的方式污染了电网， 造成相关仪器无法正常运行，（图5）为在DC28V滤波器入线端并连2.2μF电容一只。
桥式整流电容滤波电路有其自身特点的输入属性，其中，降低谐波含量是关键 ，同时也能提高线路功率。因为，电流谐波含量过高会导致功率因数发生重大变化，同时开关电源采用的该滤波电路也会导致电流谐波含量过高。在原滤波器基础上电源新输入端新增150μH共模电感一只、并连2.2μF电容一只，将其谐波含量降低。（图6）为整改后测试结果。将有效的滤波手段和方法用于对开关电源的控制， 以期达到电磁兼容性要求。
4 结论
由于开关电源导致谐波电流含量过高从而以以传导干扰、辐射干扰等方式造成电网被污染、导致一些相关电器设备无法正常运行。因此，在平时实验测试中只有正确选择滤波器元器件的参数， 才能有效地抑制开关电源产生的传导干扰，保障电网内设备的正常工作。
参考文献：
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关键词 电力工程；开关电源；反馈控制
中图分类号TM 591 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）69-0106-02
开关电源我们可认为是由功率级和控制电路所组成，功率级是功率变换的主体，主要通过开关器件、电感、电容等器件来实现功率变换的。开关电源的主体是开关型DC-DC变换器，它是开关电源整个变换核心。非隔离式和隔离式为DC-DC变换器的两种基本拓扑。在非隔离式变换器中，输入到输出之间是没有电气隔离的，非隔离式拓扑结构形式主要有:Buck, Boost ,Buck-Boost, Cuk''等。
首先介绍开关电源的控制方法：
根据DC-DC变换器工作方式，DC-DC变换器可分为下面几种:PWM变换器、谐振变换器、软开关PWM变换器等。
1脉宽调制技术
脉宽调制PWM技术由于其电路简单、控制也相对方便而得到广泛的应用。目前，应用PWM技术的变换器的运行最佳频率范围为30kHz~50kHz（使用MOSFET做开关管），在该范围内，整个系统不论体积、重量、可靠性或是价格都基本上实现了最佳。但是，常规的PWM技术的固有缺陷也在一定程度上限制了其高频化，这样人们另想办法，围绕着减小开关的损耗，消除或缓解其电路中寄生参数所造成的影响提出了谐振变换技术。
2谐振变换技术
谐振变换技术可以描述为开关器件在零压或零电流条件下可进行开关状态的转换。这样可以在一定程度上降低了开关损耗。谐振变换电路主要由串联谐振、并联谐振、准谐振、E类谐振和多谐振等。这类变换器主要利用谐振原理使开关管的两端电压或流过开关管的电流能够在一个周期内在某一时间段呈正弦规律变换，电压和电流的波形会错开，这样可实现零电压开关（ZVS）或零电流开关（ZCS）条件，使得开关管自然得到导通或关断。零电流开关的特点：能保证运行中的开关器件在关断信号来到之前，流经开关管的电流就已经下降为零，这样就保证了器件在零电流的条件下能断开;零电压开关的特点是能够保证运行中的器件在开通信号来到之前，开关管的端电压就已经下降为零了，从而能使开关管在零电压下导通。谐振式变换器有这样的缺点：1）功率电路拓扑较复杂，在不同负载条件下，存在不同工作模式；2）QRC, MRC都是变频控制，所以控制电路较复杂；3）谐振波形使开关管电压或其电流应力比PWM变换器还要大得多。针对以上局限性，人们提出了其他的软开关技术。
3软开关技术
软开关变换器为QRC和PWM开关变换器组合在一起的综合:在QRC变换器中若增加一个辅助开关，以控制谐振为网络工作，使变换器在整个周期内，一部分时间是按ZVS或ZCS准谐振变换器来工作，另一部分时间则按PVYM变换器来工作。因此它兼具有谐振变换技术或PWM变换技术共有的特点.
下面再来介绍控制电路：
控制电路我们采用ON Semiconductor（安森美）公司所生产的NCP1200芯片。NCP1200是种新型的高频开关电源芯片，它将开关电源中最为重要的两个部分即PWM控制集成电路和功率开关管MOSFET电路集成在一个芯片上，构成PWM/MOSFET二合为一的集成芯片，能使外部电路得到简化，让工作频率可达100kHz，交流输入电压为100V~250V，AC/DC转换效率可达到90％。对70W 以下开关电源，主功率器件采用NCP1200，与其他电路相比，重量轻、体积小、自我保护的又功能齐全，从而降低了开关电源在设计过程中的复杂性。特别适合于中小功率AC-DC电源、各类充电适配器、DVD电压等的设计。
4 EMI滤波器
EMI信号滤波器是可以滤除导线上各种工作时不需要的高频干扰成份，其可用在各种信号线（包括直流电源线）上当低通滤波器。最有效的接收和辐射天线是线路板上的导线，由于导线存在，这样会使线路板产生强电磁辐射。与此，这些导线还能接收外部来的电磁干扰，使电路相对干扰很是敏感。解决高频电磁的干扰辐射和接收最有效的办法是在导线上使用信号滤波器， 如不用信号滤波器时，脉冲信号的高频成份就很丰富，这些高频成份还可借助导线辐射，这样线路板的辐射就会超标。所以使用了滤波器以后，脉冲信号的高频成份就会消弱很多，正因为高频信号的辐射效率非常高，随着高频成份的减少，线路板的辐射会改善很多。按安装方式和外形信号滤波器可分为: 贯通滤波器、有线路板安装滤波器、连接器滤波器等。通常使用线路板安装滤波器较多，其具有经济性高、安装方便等优点。
5 TL431反馈电路
反馈的概念，是指将放大电路的输出量（电压或电流信号）一部分或全部，通过一定的方式（元件或网络）输送到输入回路，完成输出量与输入端回送的电路就称为反馈元件或反馈支路，具有反馈回路的放大电路即称反馈放大电路。
随着电子技术的不断高速发展,电源技术也跟着不断完善和提高。像自激型的开关稳压电源,在过去其输出的功率只能达到大概50W,而现在可以达到100W以上。这些变化是源于电路技术的进一步成熟和采用新型元器件的结果。
最后设计开关电源整体系统图：
电路如图所示：电源适配器由NCP1200构成6.5V、0.6A，它可为随身听、电动玩具或一般家电提供电源。该适配器对全部85~265V的交流电源均适用。交流电压经过桥式整流器（BR）、电磁干扰滤波器（L1、L2、R4、R5）和滤波电容（C1、C2），得到直流高压U1，分别连到NCP1200的HV端、高频变压器初级的一端。在刚获得电源时能降低输入滤波电容上的冲击电流。吸收电路由R6、C5、VD1组成的钳位电路和R7和C6构成，可吸收尖峰电压，这样就可降低电磁干扰。外部功率开关管是采用MTDIN60E型M0SFET管，最大漏极电流为IDM=1A，漏源击穿电压为U（BR）DS=600V，管子最大功耗为PDM=1.75W。输出整流滤波器是由VD2、C3、C4组成。光耦反馈电路是由限流电阻R1、光耦合器IC2（PC817A）和5.1V稳压管（1N5993B）组成的。输出电压是这3个元器件上的电压降之和。因IC2中LED的正向压降ULED≈1V，工作电流ILED设定为0.85mA， Rl=220Ω，故Uo=URl+UrrD+UDZ=(0.85×10-3×220)+1+5.1≈6.5V。高频变压器采用E16型磁芯，初级绕组的电感量Lp=2.9mH，漏感Lpo=80us，匝数比n=Np/Ns=12.5。
开关电源整体电路原理图
电源技术发展的趋势是开关电源高频化，高频化带来的优势是使开关电源装置空前微型化，并使开关电源应用领域更加广泛，特别是应用在高新技术领域，推动了高新技术产品的微型化、轻便化。另外开关电源在节约资源及保护环境方面的发展与应用更具有深远意义。
参考文献
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关键词：变换器；AC/DC变换；新技术
中图分类号：G710 文献标识码：A 文章编号：1003-2851（2012）-09-0220-01
开关电源已有几十年的发展史。早期产品的开关频率很低，成本昂贵。70年代后期以来，随着集成电路与制造技术的进步，各种开关电源专用芯片大量问世，这种新型节能电源才重获发展。目前，开关频率已从20kHz左右提高到几百千赫兹至几兆赫。
近20多年来，集成开关电源沿着下述两个方向不断反展。第一个方向式对开关电源的核心单元――控制电路实现集成化。1977年国外首先研制成功脉宽调制（PWM）控制器集成电路，美国摩托罗拉公司、硅通用公司、尤尼特德公司等相继推出一批PWM芯片，典型产品如MC3520、SG3524、UC3842。90年代以来，国外又研制出了开关频率达1MHz的高速PWM、PFM（脉冲频率调制）芯片，典型产品如UC1825、UC1864。第二个方向则是对中、小功率开关电压实现单片集成化。这大致分两个阶段：80年代初，意-法半导体公司率先推出L4960系列单片开关稳压器。该公司于90年代又推出了L4970A系列。其特点是将脉宽调制器、功率输出级、保护电路等集成在一个芯片中，使用时需配公频变压器与电网隔离，适于制作低压连续可调式输出（5.1～40V）、大中功率（400W以下）、大电流（1.0～10A）、高效率（可超过90%）的开关电源。但从本质上讲，它仍属于DC/DC电源变换器。
开关电源技术就是随着电力电子器件、开关频率技术发展的，两者相互促进推动着开关电源每年以超过两位数字的增长率向着体积小、重量轻、噪声小、可靠性高、抗干扰能力强的方向发展。开关电源按输出输入电压可分为AC/DC和DC/DC两大类。
一、DC/DC变换器
随着电力电子的发展，开关电源的DC/DC变换器形式和种类越来越多。
（1）反激式：电路托普简单，元件数少，因此成本较低。但该电路变换器的磁芯单向磁化，利用率低，而且开关器件承受的电流峰值很大，广泛用于数瓦～数十瓦的小功率开关电源中。由于不需要输出滤波电感，易实现多路输出。；（2）正激式：拓扑结构形式和反激式变换器相似，虽然磁芯也是单向磁化，却存在严格意义上的区别，变压器仅起电气隔离作用，而且电路变换器的工作点仅处于磁化曲线的第一象限，没有得到充分利用，因此同样的功率，其变换器体积、重量和损耗大于半桥式、全桥式、推挽式变换器。广泛用于功率数百瓦～数千瓦的开关电源中；（3）半桥式：电路结构较为复杂，但磁心利用率高，没有偏磁问题，且功率开关管的耐压要求低，不超过线路的最高峰值电压。克服了推挽式的缺点。适合数百瓦～数千瓦的开关电源中，高输入电压的场合；（4）全桥式：电路结构复杂，但在所有隔离型开关电源中，采用相同电压和电流容量的开关器件时，全桥电路可以达到最大的功率，目前，全桥型电路多被用于数百瓦～数千瓦的各种工业用开关电源中；（5）推挽式：电路形式实际上是两个对称正激变换器的组合，只是工作时相位相反。变压器磁心双向磁化，因此相同铁芯尺寸的输出功率是正激式的近一倍，但如果加在两个原边绕组上的V-S稍有偏差就会导致铁芯偏磁现象的产生，应用时需要特别注意。适合中功率输出。
今天，随着软开关技术的发展，DC/DC变换电路有了质的飞跃。解决了电路中的开关损耗和开关噪声问题，使开关频率可以大幅度提高，使DCIDC变换器进一步模块化、绿色化，且使变换器的重量减轻了。
二、AC/DC变换
AC/DC变换电路是指能够直接将交流电能变换为直流电能的电路，泛称整流电路。在所有的电能基本变换形式中，AC/DC最早出现，自20世纪20年代迄今己经历了以下几个发展阶段：
.旋转式变流机组（电动机-发电机组）
.静止式离子整流器（由充气闸流管和汞弧整流管组成）
.静止式半导体整流器（低频型、高频型）
整流电路可从各种角度进行分类，主要分类方法有：
1.按组成的器件被控程度可分为不可控、半控、全控三种；2.按电路结构可分为桥式电路和零式电路；3.按交流输入相数分为单相电路和多相电路；4.按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，又分为单拍电路和双拍电路。
AC/DC变换器输入为50/60HZ的交流电，其频率为工频，以致整流滤波时需要体积较大的滤波电容器，另外，整流器和电容滤波电路是一种非线性元件和储能元件的组合，因此，虽然输入交流电压为正弦波，但输入交流电流波形却严重畸变，呈脉冲状，交流输入则必须加EMC滤波及使用符合安全标准的元件，这样就限制AC/DC电源体积的小型化：同时，由于内部的高频、高压、大电流开关动作，使得解决电磁兼容（EMC）问题难度加大，也就对内部高密度电路设计提出了很高的要求，从而限制了AC/DC变换的模块化。
开关电源按控制方式可分为：1）电压控制型、2）电流控制型、3）VZ控制型三种。以下只对电压控制型和电流控制型方法作简要介绍。
关键词：单片开关电源快速设计
TOPSwithⅡ
TheWayofQuickDesignforSinglechipSwitchingPowerSupplyAbctract:Threeendssinglechipswitchingpowersupplyisnewtypeswitchingpowersupplycorewhichhasbeenpopularsince1990.Thispaperintroducesquickdesignforsinglechipswitchingpowersupply.
Keywords:Singlechipswitchingpowersupply,Quickdesign,TopswithⅡ
在设计开关电源时，首先面临的问题是如何选择合适的单片开关电源芯片，既能满足要求，又不因选型不当而造成资源的浪费。然而，这并非易事。原因之一是单片开关电源现已形成四大系列、近70种型号，即使采用同一种封装的不同型号，其输出功率也各不相同；原因之二是选择芯片时，不仅要知道设计的输出功率PO，还必须预先确定开关电源的效率η和芯片的功率损耗PD，而后两个特征参数只有在设计安装好开关电源时才能测出来，在设计之前它们是未知的。
下面重点介绍利用TOPSwitch－II系列单片开关电源的功率损耗（PD）与电源效率（η）、输出功率（PO）关系曲线，快速选择芯片的方法，可圆满解决上述难题。在设计前，只要根据预期的输出功率和电源效率值，即可从曲线上查出最合适的单片开关电源型号及功率损耗值，这不仅简化了设计，还为选择散热器提
η/％(Uimin=85V)
中图法分类号：TN86文献标识码：A文章编码：02192713(2000)0948805
PO/W
图1宽范围输入且输出为5V时PD与η，PO的关系曲线
图2宽范围输入且输出为12V时PD与η，PO的关系曲线
图3固定输入且输出为5V时PD与η，PO的关系曲线
供了依据。
1TOPSwitch－II的PD与η、PO关系曲线
TOPSwitch－II系列的交流输入电压分宽范围输入（亦称通用输入），固定输入（也叫单一电压输入）两种情况。二者的交流输入电压分别为Ui=85V～265V，230V±15％。
1．1宽范围输入时PD与η，PO的关系曲线
TOP221～TOP227系列单片开关电源在宽范围输入（85V～265V）的条件下，当UO=＋5V或者＋12V时，PD与η、PO的关系曲线分别如图1、图2所示。这里假定交流输入电压最小值Uimin=85V，最高
η/％(Uimin=85V)
η/％(Uimin=195V)
交流输入电压Uimax=265V。图中的横坐标代表输出功率PO，纵坐标表示电源效率η。所画出的7条实线分别对应于TOP221～TOP227的电源效率，而15条虚线均为芯片功耗的等值线（下同）。
1．2固定输入时PD与η、PO的关系曲线
TOP221～TOP227系列在固定交流输入（230V±15％）条件下，当UO=＋5V或＋12V时，PD与η、PO的关系曲线分别如图3、图4所示。这两个曲线族对于208V、220V、240V也同样适用。现假定Uimin=195V,Uimax=265V。
2正确选择TOPSwitch－II芯片的方法
利用上述关系曲线迅速确定TOPSwitch－II芯片型号的设计程序如下：
（1）首先确定哪一幅曲线图适用。例如，当Ui=85V～265V，UO=＋5V时，应选择图1。而当Ui=220V(即230V－230V×4.3％)，UO=＋12V时，就只能选图4；
（2）然后在横坐标上找出欲设计的输出功率点位置（PO）；
（3）从输出功率点垂直向上移动，直到选中合适芯片所指的那条实曲线。如不适用，可继续向上查找另一条实线；
（4）再从等值线（虚线）上读出芯片的功耗PD。进而还可求出芯片的结温（Tj）以确定散热片的大小；
（5）最后转入电路设计阶段，包括高频变压器设计，元器件参数的选择等。
下面将通过3个典型设计实例加以说明。
例1：设计输出为5V、300W的通用开关电源
通用开关电源就意味着交流输入电压范围是85V～265V。又因UO=＋5V，故必须查图1所示的曲线。首先从横坐标上找到PO=30W的输出功率点，然后垂直上移与TOP224的实线相交于一点，由纵坐标上查出该点的η=71.2％，最后从经过这点的那条等值线上查得PD=2.5W。这表明，选择TOP224就能输出30W功率，并且预期的电源效率为71.2％,芯片功耗为2.5W。
若觉得η=71.2％的效率指标偏低，还可继续往上查找TOP225的实线。同理，选择TOP225也能输出30W功率，而预期的电源效率将提高到75％，芯片功耗降至1.7W。
根据所得到的PD值，进而可完成散热片设计。这是因为在设计前对所用芯片功耗做出的估计是完全可信的。
例2：设计交流固定输入230V±15％，输出为直流12V、30W开关电源。
图4固定输入且输出为12V时PD与η，PO的关系曲线
η/％(Uimin=195V)
图5宽范围输入时K与Uimin′的关系
图6固定输入时K与Uimin′的关系
根据已知条件，从图4中可以查出，TOP223是最佳选择，此时PO=30W，η=85.2％，PD=0.8W。
例3：计算TOPswitch－II的结温
这里讲的结温是指管芯温度Tj。假定已知从结到器件表面的热阻为RθA(它包括TOPSwitch－II管芯到外壳的热阻Rθ1和外壳到散热片的热阻Rθ2)、环境温度为TA。再从相关曲线图中查出PD值，即可用下式求出芯片的结温：
Tj=PD·RθA＋TA(1)
举例说明，TOP225的设计功耗为1.7W，RθA=20℃/W，TA=40℃，代入式（1）中得到Tj=74℃。设计时必须保证，在最高环境温度TAM下，芯片结温Tj低于100℃，才能使开关电源长期正常工作。
3根据输出功率比来修正等效输出功率等参数
3．1修正方法
如上所述，PD与η，PO的关系曲线均对交流输入电压最小值作了限制。图1和图2规定的Uimin=85V，而图3与图4规定Uimin=195V（即230V－230V×15％）。若交流输入电压最小值不符合上述规定，就会直接影响芯片的正确选择。此时须将实际的交流输入电压最小值Uimin′所对应的输入功率PO′，折算成Uimin为规定值时的等效功率PO，才能使用上述4图。折算系数亦称输出功率比（PO′/PO）用K表示。TOPSwitch－II在宽范围输入、固定输入两种情况下，K与U′min的特性曲线分别如图5、图6中的实线所示。需要说明几点：
（1）图5和图6的额定交流输入电压最小值Uimin依次为85V，195V，图中的横坐标仅标出Ui在低端的电压范围。
（2）当Uimin′>Uimin时K>1，即PO′>PO，这表明原来选中的芯片此时已具有更大的可用功率，必要时可选输出功率略低的芯片。当Uimin′（3）设初级电压为UOR，其典型值为135V。但在Uimin′<85V时，受TOPSwitch－II调节占空比能力的限制，UOR会按线性规律降低UOR′。此时折算系数K="UOR′"/UOR<1。图5和图6中的虚线表示UOR′/UOR与Uimin′的特性曲线，利用它可以修正初级感应电压值。
现将对输出功率进行修正的工作程序归纳如下：
（1）首先从图5、图6中选择适用的特性曲线，然后根据已知的Uimin′值查出折算系数K。
（2）将PO′折算成Uimin为规定值时的等效功率PO，有公式
PO=PO′/K（2）
（3）最后从图1～图4中选取适用的关系曲线，并根据PO值查出合适的芯片型号以及η、PD参数值。
下面通过一个典型的实例来说明修正方法。
例4：设计12V，35W的通用开关电源
已知Uimin=85V，假定Uimin′=90％×115V=103.5V。从图5中查出K=1.15。将PO′=35W、K=1.15一并代入式（2）中，计算出PO=30.4W。再根据PO值，从图2上查出最佳选择应是TOP224型芯片，此时η=81.6％，PD=2W。
若选TOP223，则η降至73.5％,PD增加到5W，显然不合适。倘若选TOP225型，就会造成资源浪费，因为它比TOP224的价格要高一些，且适合输出40W～60W的更大功率。
3．2相关参数的修正及选择
（1）修正初级电感量
在使用TOPSwitch－II系列设计开关电源时，高频变压器以及相关元件参数的典型情况见表1，这些数值可做为初选值。当Uimin′LP′=KLP（3）
查表1可知，使用TOP224时，LP=1475μH。当K=1.15时，LP′=1.15×1475=1696μH。
表2光耦合器参数随Uimin′的变化
最低交流输入电压Uimin(V)85195
LED的工作电流IF（mA）3.55.0
光敏三极管的发射极电流IE（mA）3.55.0
（2）对其他参数的影响
关键词： 准谐振； 反激； CRM； DCM； FFM； UCC28600
中图分类号： TN710?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）21?0148?04
准谐振转换是十分成熟的技术，广泛用于消费产品的电源设计中。新型的绿色电源系列控制器实现低至150 mW的典型超低待机功耗。本文将阐述准谐振反激式转换器是如何提高电源效率以及如何用UCC28600设计准谐振电源。
1 常规的硬开关反激电路
图1所示为常规的硬开关反激式转换器电路。这种不连续模式反激式转换器 （DCM）一个工作周期分为三个工作区间：（[t0～][t1]）为变压器向负载提供能量阶段，此时输出二极管导通，变压器初级的电流通过Np：Ns的耦合流向输出负载，逐渐减小；MOSFET电压由三部分叠加而成：输入直流电压[VDC、]输出反射电压[VFB、]漏感电压[VLK。]到[t1]时刻，输出二极管电流减小到0，此时变压器的初级电感和和寄生电容构成一个弱阻尼的谐振电路，周期为2π[LC]。在停滞区间（[t1～][t2]），寄生电容上的电压会随振荡而变化，但始终具有相当大的数值。当下一个周期[t2]节点，MOSFET 导通时间开始时，寄生电容 （[COSS]和[CW]）上电荷会通过MOSFET放电，产生很大的电流尖峰。由于这个电流出现时MOSFET存在一个很大的电压，该电流尖峰因此会做成开关损耗。此外，电流尖峰含有大量的谐波含量，从而产生EMI。
2 准谐振反激式设计的实现
利用检测电路来有效地“感测”MOSFET漏源电压（[VDS]）的第一个最小值或谷值，并仅在这时启动MOSFET导通时间，由于寄生电容被充电到最低电压，导通的电流尖峰将会最小化。这情况常被称为谷值开关 （Valley Switching） 或准谐振开关。这种电源是由输入电压/负载条件决定的可变频率系统。换言之，调节是通过改变电源的工作频率来进行，不管当时负载或输入电压是多少，MOSFET始终保持在谷底的时候导通。这类型的工作介于连续 （CCM） 和不连续条件模式 （DCM） 之间。因此，以这种模式工作的转换器被称作在临界电流模式 （CRM） 下工作。临界模式下MOSFET漏源电压如图2所示。
在反激式电源设计中采用准谐振开关方案有着许多优点：
（1）降低导通损耗
由于MOSFET导通具有最小的漏源电压，故可以减小导通电流尖峰。减轻了MOSFET的压力，降低器件的温度。
（2）降低输出二极管反向恢复损耗
由于二次侧的整流管零电流关断，反向恢复损耗降低，从而提高电源整体效率。
（3）减少EMI
导通电流尖峰的减小以及在准谐振过程中存在频率抖动， 将会减小EMI 噪声，这就减少EMI滤波器的使用数量，从而降低电源成本。
3 基于UCC28600控制器的钨灯电源的设计
3.1 UCC28600控制器的主要特性
UCC28600控制器的主要特性有先进的绿色模式控制方式；低EMI及低损耗（谷底开关）的准谐振控制方式；空载损耗小于150 mW（低待机电流）；低启动电流（最大 25 μA）；可编程过压保护（输入电压和输出电压）；内置过温保护，温度回复后可自动重启；限流保护：逐周期限功率，过电流打嗝式重启；可编程软启动；集成绿色状态脚（PFC使能端）。
3.2 UCC28600工作原理
UCC28600内部集成了UVLO比较器，高频振荡器，准谐振控制器和软起动控制器，待机模式跳脉冲比较器，输入和输出过电压保护。其内部结构图如图3所示。
（1）UVLO比较器
UCC28600的[VDD]电压在13 V起动，在低于8 V时关闭， 有5 V的滞差电压， 可以提高UCC28600工作的稳定性。
（2）内部振荡器
UCC28600内部集成了一个40～130 kHz的振荡器。
（3）准谐振控制器和软起动控制器
UCC28600采用准谐振的开关变换器以提高转换效率，利用变压器的励磁磁通，在开关关断期间，检测变压器绕组的输出电压，如果电压偏低及处于振荡的波谷时，可以确认该时刻变压器励磁磁通耗尽，可以开启下一周期。该准谐振模式可分为临界导通模式（CRM）和不连续导通模式（DCM）以及频率调制模式（FFM）。
（4）待机模式和跳脉冲比较器
当功率继续减小，UCC28600进入待机模式；频率调制模式（FFM）频率下降到40 kHz，不再减小；当FB小于0.6 V时，开关脉冲输出关断，当FB大于0.7 V时，开关脉冲正常输出，从而得到跳脉冲模式的待机工作状态。
（5）输入和输出过电压保护
OVP引脚为过电压（线电压和负载电压）输入脚以及谐振开通的响应脚，此脚通过变压器初级偏置线圈来侦测输入过压，负载过压及谐振条件，其过压点可通过与此脚相连的电阻来灵活调节。
3.3 钨灯电源的技术指标
输入电压：95～260 V AC 50/60 Hz；输出电压：5 V；输出电流：4.3 A；可遥控关闭电源输出。
3.4 电源设计过程
钨灯电源电路图如图4所示，交流电源从左上角输入，经输入电源滤波器、整流桥、高压电容，转为约130～360 V的直流高压。[N14、][V30]组成高压侧主电路，将直流高压斩波为脉冲电压，通过变压器耦合，经[V12]整流输出，输出电容滤波为直流电压。
3.4.1 启动电路
由于UCC28600的启动电流非常小，典型值为12 μA，可以大大降低启动电阻的功耗，因而启动电阻由三个300 kΩ的贴片电阻串联而成。但由于[VDD]引脚需要一个足够的储能电容防止在工作时出现打嗝现象，带来的一个问题是[VDD]启动时电压上升过慢，电源启动时间过长。解决方法是[VDD]引脚采用小电容，反供绕组采用大电容，两者之间用[V34]（1N4148）隔离。
3.4.2 遥控电路
遥控电路用光耦TLP181安全隔离，当遥控信号输入CTL端加电流信号时，光耦输出端导通，通过[V33]将UCC28600的SS引脚拉低，关闭MOSFET的驱动信号；通过[R32]将[VDD]电压拉低，低于UCC28600的启动电压，避免芯片一直处于重启过程。
3.4.3 反馈电路
采用TL431采样输出端电压，通过光耦TLP181隔离后反馈到芯片的输入端。TL431的基准电压为2.495 V，通过[R84、][R85]的分压，将输出电压设定在11.5 V。由于负载为固定钨灯电源，所以不用考虑电源的瞬态相应，故TL431的补偿电容采用简单的Ⅰ类补偿，电路简单，稳定可靠。
3.4.4 变压器设计
设在最大负载时，UCC28600工作在准谐振模式，其最大占空比发生在最低输入电压时，在固定输入电压和输入功率的情况下：
初级绕组采用2×0.35漆包线，次级采用125 μm铜箔，采用三明治绕法，磁芯中心柱开气隙，使ALG为275 nH/T2。
3.5 测试数据
3.5.1 电源转换效率
电源在不同输入输出条件下效率如图5所示。
3.5.2 不同状态下的开关管波形
电源在不同状态下的开关管波形如图6所示。
由图6可以看出，当输出负载很小时，电源是工作于跳脉冲模式，这样可以降低开关损耗，提高轻载电源效率；随着负载加大，电源开始进入频率调制工作模式。在满载且输入电压较高时，电源工作于频率较高的准谐振模式；如果输入电压较低时，工作模式不变，但开关频率降低，维持开关管在波形谷底导通。
4 结 语
实践证明，基于UCC28600的准谐振反激式开关电源具有输入电压范围宽、输出电压精度高、高转换效率、低待机功耗等特点。本电源应用于钨灯电源中，最高效率达到86%，收到了良好效果。
参考文献
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1 引言
当今，社会、家庭和办公室中的各种装置的待机损耗已成为污染的重要来源。通常，电视接收机、监视器、打印机、传真机等家电产品的能量消耗都有两种截然不同的模式：即运行模式和待机模式。运行模式时，在保证同样系统性能的前提下，可以通过降低各部分能耗来实现节能（如电源交率直接影响系统总线耗等）。而待机模式则有所不同，这些电路中的唤醒单元是永久供电的，以便随时准备使整个系统重新运行。
对于任何由墙式电位插座供电的装置，待机模式的功耗目标为1W。传统的办法是断开负载而保持电源运行，即禁止模式，但此时系统的泄漏功率难以消除。为解决以上问题，可采取在待机模式期间完全断开电源，设置一个微功率副电源支持唤醒单元的办法来解决。MC44608控制器即可适应这种需求，利用它可设计出高效率的待机功耗绿色开关电源。
图1 MC44608的内部结构原理框图
2 MC44608的特点和构成
2.1 MC44608的特点
MC44608由于采用了有效的SMPS状态检测技术，因而可用次极重新配置来实现泄漏功率抑制。该器件的特点如下：
*采用了高效PWM和低功耗特机的脉冲模式技术；
*芯片振荡器开关频率有40kHz、75kHz和100kHz三种可供选用；
*具有占空比控制、欠压锁定、过压保护、去磁保护、内部热保护等多种功能；
*可用程序控制待机开关。
*具有较低的dV/dT，可保证较低的EMI辐射。
2.2 MC44608的构成
MC44608的内部结构如图1所示，它是一个功率MOSFET驱动器，采用DIP-8塑封，它具有反激SMPS控制器的所有基本功能，其中包括一具有500V电压能力的集成启动电源、一个内部固定频率振荡器（频率有三个：MC44608P40为40kHz，MC44608P75为75kHz，MC44608P100为100kHz）、一个保证断续电流模式工作的变压器去磁检测系统（亦可工作于自激振荡器SOPS或准谐振模式）、一个允许光闭环调整的并联调整器、一个用于两种模式（正常和脉冲模式）且完全可编程的过流检测和防止调整失控的过压保护等。
图2 MC44608的构成的待机功能为1W的80W TV电源电路
3 MC44608的应用电路
3.1 低待机动耗80W TV电源电路
图2是以MC44608为核心构成的一款低待机功耗80W TV电源电路。电路中采用箝位和缓冲网络降低了EMI辐射，从而提高了较高线电压功率开关的击穿安全容限。所用变压器为Thomson-OREGA公司生产的10642520-P1，其性能指标见表1所列。
表1 变压器的性能指标
项 目匝 数参数值引 脚初级40180mH1-3112V40-14-1216V6-11-108V3-9-8辅助绕组4-6-7初级峰值电流 3A 当工作于激励模式时，MC44608用于提供常规反激控制器性能。其中两个独立过压保护（一个感测Vcc，另一个感测备用绕组电压）可提供很高的安全电平。由于第二个OVP与Vcc平滑电容无关，故反应迅速。去磁检测可在安全间断电源模式时改善电路的短路特性。该电路在脉冲工作模式时的输出功率接近1W。此外，在待机模式下，还可以靠降低功率元件上的电压来提高安全电平。同时适当选择Ton和Toff周期和振荡器的开关频率可使电流运行在SOPS模式。
3.2 MC4408构成的SMPS电源电路
图3是由MC44608构成SMPS电源的实际应用电路原理图。该电路是一种以待机功耗为1W的150W SMPS电源为背景进行设计的。电路中的变压器初级采用光耦合器IPT1进行隔离，以避免初次级之间的相互影响。
112V输出被连接到TL431的分压器进行调整，其注入到光电隔离器件的电流正比于112V的dVout偏差电压。此电流通过光电隔离器件馈入MC44608的脚3后，再由MC44608内部的并联调整器变换为电压，以使电压模式PWM控制器控制功率开关。
在变压器次级，用与TO-92晶闸管MCR22-6串联的快速二极管和阻容网络（4.7kΩ、120pF）可使晶闸管占火与TMOS关断（在反馈电压的上升沿）同步。在SMPS正常模式，阻容网络产生的尖峰脉冲可通过待机开关直接到地。待机开关可由任何唤唤醒单元（如图2中μP等）控制。
图3 MC44608构成的SMPS电源电路
4 设计应用中的几个问题
4.1 SMPS次级的重新配置
SMPS变压器是通过初级/次级进行能量传输，并根据初级绕组与各次绕组间的匝比确定输出电压。在正常模式期间，其输出必须被调整列具有最好的稳定性。
次级重新配置的原理是对所希望调整输出的绕组匝数比进行调节，可采用SMPS次级开关来实现。这种开关结构建立了变压绕组与唤醒单元电源干线之间的连接。在待机模式，当开关闭合时，在ON周期存储在变压器初级组中的电流将不再传输给相应的输出高压绕组，而是注入到低压绕组。其结果是停止向高压输出供电，并迅速向低压输出供电。而在正常模式，通过TL431可以调整对能量需求的急剧增加，与TL431并联的齐纳二极管可确保低干线电压的调整。
4.2 脉并中模式工作时的SMPS负载禁止
SMPS次级重新配置对SMPS工作状态的另一个影响相当于电流源的高压绕组被偏置在低电压下，此时在112V输出端得到的电压将变为11.2V，16V输出变为1.6V，Vcc降到1.2V，显然在此条件下，MC44608将停止工作。因此，当达到欠压锁定电平时，芯片将进入等待状态。在等待状态结束时，芯片可借助启动Vcc平滑电容C7的重新充电过程和启动状态来重新启动电源，但若次级重新配置仍然工作，则将重复相同的关闭时序。
4.3 工作模式的启动选择
通过MC44608工作模式的自动选择特性可使待机电源自动检测SMPS次级是配置在正常模式还是脉冲模式。执行此功能不需通过芯片上的任何特殊引脚，也不需另外的元件。此原理是以每个能量包结束时的调整器状态存储为基础的。两种类型的脉冲模式各自对应于不同功能，其中打隔模式对应于次级过载，脉冲模式对应于次级重新配置启动。
图4 不同芯片的状态相
在打嗝模式期间，最重要的特性是确保器件不损坏。在此条件下，功率元件（变压器、MOSFET和二极管等）必须保持在一个可接受的温度范围内。为保证这种状态，脉冲占空因数只占脉冲周期的10％。不同芯片的状态相如图4所示。
