2.2 变压器原边关断尖峰电压抑制
单片开关电源内部集成的MOSFET的高速开断,使得高频变压器原边漏感中储存的能量释放,在变压器原边叠加一个电压尖峰,使高频方波波形畸变,甚至由于尖峰电压全部加在TOPSwitch的D端(漏极)上,可能使芯片损坏。为抑制尖峰电压,在变压器原边绕组并联由瞬态电压抑制器(TVS)和超快恢复二极管(SRD)相串联组成的吸收电路。当MOSFET关断时,TVS反向击穿,SRD导通,漏感中的能量沿并联回路释放,使得MOS-FET两端的电压限定在TVS的击穿电压之内。结合图5的波形可以看出,在开关管关断瞬间,关断尖峰电压叠加在TOPswitch的D端上,使VD达到600V左右(直流高压450V加上TVS的击穿电压200V),TVS钳位电路导通,漏感能量沿并联通路释放,而且由于杂散电容和初级电感形成了谐振电路,产生衰减振荡,之后,VD回落并稳定在直流高压水平上。
2.3 输出二极管关断尖峰电压抑制
反激变换电路+5V主输出电路整流二极管选用SRl640超快恢复二极管(共阴对管),其反向恢复时间trr=35ns,平均整流电流Id=10A,反向峰值电压VRM=200V。电路工作频率在100kHz(周期10μs),选用超快恢复二极管可有效降低由于反向恢复电流而形成的关断电压尖峰。
另外,并联RC电路吸收高频纹波,100Ω的电阻同时作为假负载避免空载时输出电压升高。同时电路增加了一阶滤波器,其传递函数为在转折频率后以-40dB衰减高频谐波分量,如图9所示。
由于实际应用中一阶LC滤波会在截止频率附近产生振荡,所以,要合理选取L及C的参数,使其截止频率fc小于输出纹波的最低次谐波分量频率。
如果输出电压纹波达不到要求,可以在输出侧加一级共扼扼流圈以抑制共模干扰传导至输出端。
2.4 其他改进措施
1)采用变压器屏蔽技术,尽量减少其漏感引起的对外辐射噪声;
2)开关管两端并接RC网络,减缓漏源电压的上升斜率,以减小dv/dt对控制端的影响;
3)对PCB工艺进行改进,使其主电路与控制电路分开,对电磁辐射源和电磁敏感器件要注意隔离,以及合理的接地。
3 实验结果
经过以上EMC优化设计,基于TOP224Y设计的的反激变换电路实现输出电压调整率△Vo/Vo=0.1/5=2%(主输出+5V,满载20W,连续72h带载),达到了预期设计的要求。图10是输出电压直流分量与其交流分量波形。
4 结语
由于电磁兼容已经成为开关电源产业必须考虑的问题,所以,考虑EMC问题要有一定的设计理论依据。本文就噪声干扰产生的不同途径,给出抑制差模、共模干扰的滤波器模型,并结合原电路传导EMI测试曲线存在的问题推算出电路的参数,改进后的电路再次进行传导EMI测试,证实了插入滤波器的有效性。
在此基础上本文还提出了一些改进噪声干扰的措施,对输出电压的纹波幅值和开关漏源电压峰值起到一定的限制作用。