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  • PWM控制電路的基本構(gòu)成及工作原理

    時(shí)間:2024-10-18 20:06:54 理工畢業(yè)論文 我要投稿
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    PWM控制電路的基本構(gòu)成及工作原理

    摘要:介紹了PWM控制電路的基本構(gòu)成及工作原理,給出了美國Silicon General公司生產(chǎn)的高性能集成PWM控制器SG3524的引腳排列和功能說明,同時(shí)給出了其在不間斷電源中的應(yīng)用電路。

    引言

    開關(guān)電源一般都采用脈沖寬度調(diào)制(PWM)技術(shù),其特點(diǎn)是頻率高,效率高,功率密度高,可靠性高。然而,由于其開關(guān)器件工作在高頻通斷狀態(tài),高頻的快速瞬變過程本身就是一電磁騷擾(EMD)源,它產(chǎn)生的EMI信號有很寬的頻率范圍,又有一定的幅度。若把這種電源直接用于數(shù)字設(shè)備,則設(shè)備產(chǎn)生的EMI信號會變得更加強(qiáng)烈和復(fù)雜。

    本文從開關(guān)電源的工作原理出發(fā),探討抑制傳導(dǎo)干擾的EMI濾波器的設(shè)計(jì)以及對輻射EMI的抑制。

    1 開關(guān)電源產(chǎn)生EMI的機(jī)理

    數(shù)字設(shè)備中的邏輯關(guān)系是用脈沖信號來表示的。為便于分析,把這種脈沖信號適當(dāng)簡化,用圖1所示的脈沖串表示。根據(jù)傅里葉級數(shù)展開的方法,可用式(1)計(jì)算出信號所有各次諧波的電平。

    式中:An為脈沖中第n次諧波的電平;

    Vo為脈沖的電平;

    T為脈沖串的周期;

    tw為脈沖寬度;

    tr為脈沖的上升時(shí)間和下降時(shí)間。

    開關(guān)電源具有各式各樣的電路形式,但它們的核心部分都是一個(gè)高電壓、大電流的受控脈沖信號源。假定某PWM開關(guān)電源脈沖信號的主要參數(shù)為:Vo=500V,T=2×10-5s,tw=10-5s,tr=0.4×10-6s,則其諧波電平如圖2所示。

    圖2中開關(guān)電源內(nèi)脈沖信號產(chǎn)生的諧波電平,對于其他電子設(shè)備來說即是EMI信號,這些諧波電平可以從對電源線的傳導(dǎo)干擾(頻率范圍為0.15~30MHz)和電場輻射干擾(頻率范圍為30~1000MHz)的測量中反映出來。

    在圖2中,基波電平約160dBμV,500MHz約30dBμV,所以,要把開關(guān)電源的EMI電平都控制在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值內(nèi),是有一定難度的。

    2 開關(guān)電源EMI濾波器的電路設(shè)計(jì)

    當(dāng)開關(guān)電源的諧波電平在低頻段(頻率范圍0.15~30MHz)表現(xiàn)在電源線上時(shí),稱之為傳導(dǎo)干擾。要抑制傳導(dǎo)干擾相對比較容易,只要使用適當(dāng)?shù)腅MI濾波器,就能將其在電源線上的EMI信號電平抑制在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值內(nèi)。

    要使EMI濾波器對EMI信號有最佳的衰減性能,則濾波器阻抗應(yīng)與電源阻抗失配,失配越厲害,實(shí)現(xiàn)的衰減越理想,得到的插入損耗特性就越好。也就是說,如果噪音源內(nèi)阻是低阻抗的,則與之對接的EMI濾波器的輸入阻抗應(yīng)該是高阻抗(如電感量很大的串聯(lián)電感);如果噪音源內(nèi)阻是高阻抗的,則EMI濾波器的輸入阻抗應(yīng)該是低阻抗(如容量很大的并聯(lián)電容)。這個(gè)原則也是設(shè)計(jì)抑制開關(guān)電源EMI濾波器必須遵循的。

    幾乎所有設(shè)備的傳導(dǎo)干擾都包含共模噪音和差模噪音,開關(guān)電源也不例外。共模干擾是由于載流導(dǎo)體與大地之間的電位差產(chǎn)生的,其特點(diǎn)是兩條線上的雜訊電壓是同電位同向的;而差模干擾則是由于載流導(dǎo)體之間的電位差產(chǎn)生的,其特點(diǎn)是兩條線上的雜訊電壓是同電位反向的。通常,線路上干擾電壓的這兩種分量是同時(shí)存在的。由于線路阻抗的不平衡,兩種分量在傳輸中會互相轉(zhuǎn)變,情況十分復(fù)雜。典型的EMI濾波器包含了共模雜訊和差模雜訊兩部分的抑制電路,如圖3所示。

    圖中:差模抑制電容Cx1,Cx20.1~0.47μF;

    差模抑制電感L1,L2100~130μH;

    共模抑制電容Cy1,Cy2

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