專利名稱：一種消除開關(guān)電源差模噪聲的設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種開關(guān)電源，更具體的說，涉及一種消除開關(guān)電源內(nèi)部差模噪聲的
設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
在電子產(chǎn)品快速發(fā)展的今天，幾乎在世界的每一個(gè)角落都存在著各種電子產(chǎn)品， 它們提高了我們的生活質(zhì)量。但是它們給我們的生活也帶來了很多麻煩，其中最令人頭痛 的是電磁干擾。如果一個(gè)電子產(chǎn)品的電子干擾比較嚴(yán)重，它會(huì)使它周圍的電子產(chǎn)品無法正 常工作，甚至發(fā)生我們意想不到的結(jié)果，給人們帶來危險(xiǎn)。 在很多國(guó)家，電磁干擾也被強(qiáng)制限制，比如中國(guó)的CCC認(rèn)證，歐洲的的CE認(rèn)證。在 現(xiàn)在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制下，為了進(jìn)一步提升自己產(chǎn)品的質(zhì)量，贏得更大的市場(chǎng)占有 率，很多公司都進(jìn)行電磁干擾方面的認(rèn)證。 電磁場(chǎng)是摸不著，看不到的東西，必須采用專用設(shè)備測(cè)試。這樣給設(shè)計(jì)人員帶來很 多困難，特別是缺乏測(cè)試設(shè)備的公司。 開關(guān)電源作為一種非常常用的電子產(chǎn)品，也存在著電磁干擾，其無疑對(duì)正常使用 產(chǎn)生一定的影響。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種消除開關(guān)電源差模噪聲的設(shè)計(jì)方法，該方法 能夠有效消除開關(guān)電源中產(chǎn)生的差模噪聲，降低開關(guān)電源的電磁干擾，而且可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)， 減少成本。 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下 —種消除開關(guān)電源差模噪聲的設(shè)計(jì)方法，包括減小開關(guān)電源輸入端電容的等效阻 抗以及在整流橋堆的前端設(shè)置由電感L和電容C組成的LC濾波器，還包括一個(gè)消除開關(guān)電 源振蕩頻率漂移的電路。 所述消除開關(guān)電源振蕩頻率漂移的電路是用晶振產(chǎn)生振蕩頻率，然后再采用計(jì)數(shù) 器降頻。 所述晶振的頻率是3 100MHZ，所述計(jì)數(shù)器采用一級(jí)或多級(jí)計(jì)數(shù)器。 更優(yōu)選方案是上述晶振的頻率是12MHZ，所述計(jì)數(shù)器采用一級(jí)計(jì)數(shù)器。 所述減小開關(guān)電源輸入端電容等效阻抗的方法是輸入電容采用多個(gè)等效小電容
并聯(lián)；或者，所述減小開關(guān)電源輸入端電容等效阻抗的方法是在輸入電容旁邊并聯(lián)一小
的聚酯電容，其一端放置于變壓器初級(jí)的輸入腳，其另一端放置于輸入電容的地端。
所述電感L和電容C組成的LC濾波器中電感和電容的計(jì)算方法是假設(shè)輸入電
容的等效串聯(lián)電阻為Rc，開關(guān)電源工作時(shí)的紋波電流為Isw，此時(shí)輸入電容兩端的噪聲電
壓為Vcv = Rcxlsw，同時(shí)假設(shè)此開關(guān)電源沒有差模濾波器，則此時(shí)頻譜分析儀測(cè)試到的噪
聲電流為IUSN = V/100 = Rcxlsw/100，其中100為頻譜分析儀的規(guī)定差模阻抗，為2個(gè)50歐姆電阻串聯(lián)，則在每一電阻上的噪聲電壓為Vn。ise = IUSNx50 = 0. 5xRcxIsw，將噪聲 電壓用dBiiV單位表示為601g(500xRcxIsw)，設(shè)開關(guān)電源的工作頻率為&，輸入電容在 頻率為fs時(shí)的串聯(lián)等效電阻為Rcfs，則這時(shí)的噪聲電壓為601g(500xRcfsxIsw)，那么在 測(cè)試起點(diǎn)頻率為150KHz時(shí)的噪聲為-201g(150 000/fs)+601g(500xRcfsxlsw)，根據(jù)歐標(biāo) CISPR22-B在此頻率時(shí)限制噪聲為66dBii V的標(biāo)準(zhǔn)，則必須衰減的噪聲為-201g(150 000/ f》+601g(500xRcfsxIsw)-66，設(shè)LC濾波器的截止頻率為fBK，同時(shí)此濾波器對(duì)噪聲的衰減 速率為40dB，則有-201g(150 000/fs)+601g(500xRcfsxIsw)-66 = 40xlg(150 000/fBK)由 此計(jì)算出LC濾波器的截止頻率f^而該截止頻率又可以表示為fBK = l/[2 (LC)"]，那 么LC = 1/(2 嚴(yán))2，這樣就可以計(jì)算出LC的值，然后先確定電容C的值，再確定電感L的 值。 從頻帶上來看，差模噪聲的基波頻率與開關(guān)頻率相同，目前多數(shù)開關(guān)電源的工作 頻率在150KHz以下，這一頻率在EMC測(cè)試以外，不用考慮。但是它的高次諧波卻在測(cè)試范 圍之中，導(dǎo)致有較寬的要處理的噪聲。另一方面，現(xiàn)在的開關(guān)電源的工作頻率振蕩器多為電 阻R和電容C組成的RC振蕩器，所以工作頻率隨著參考電壓及其溫度變化而變化。 一旦基 波頻率漂移，其高次諧波也跟著漂移。要在非常寬的頻帶上設(shè)計(jì)差模濾波器，比較困難，同 時(shí)也增加了成本。本發(fā)明采用晶振來產(chǎn)生電源的振蕩頻率，然后再用計(jì)數(shù)器降頻，而且頻率 越高，采用多級(jí)計(jì)數(shù)器降頻后的頻率越穩(wěn)定。該方案有效消除了 RC振蕩器的漂移缺陷，再 合理的設(shè)置整流橋堆前端的LC濾波器，使開關(guān)電源產(chǎn)生的差模噪聲得到有效消除，且本設(shè) 計(jì)方法簡(jiǎn)單合理，不增加成本。


以下通過附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案予以詳細(xì)描述 圖1是開關(guān)電源差模噪聲產(chǎn)生原理分析圖； 圖2是消除圖1開關(guān)電源噪聲源中振蕩頻率漂移的電路圖； 圖3是頻譜分析儀測(cè)試噪聲電流連線圖； 圖4是本發(fā)明設(shè)計(jì)方法實(shí)施例示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖l所示為開關(guān)電源輸入端濾除開關(guān)噪聲的電路簡(jiǎn)圖，圖中的Idm為差模噪聲電 流(差模噪聲電流的方向是變化的)，從圖上可以看到差模噪聲是由整流橋堆BDl傳出來 的。如果從整流橋堆BD1看進(jìn)去，差模噪聲的阻抗Zdm主要是輸入電容CI和C2的等效串 聯(lián)電阻ESR，假設(shè)輸入電容的等效串聯(lián)電阻ESR為零(忽略其它所有寄生電容參數(shù))，則就 沒有差模噪聲。 從時(shí)間上來看，差模噪聲的產(chǎn)生有兩個(gè)階段在開關(guān)電源的功率MOSFET高頻開關(guān) 的過程中，當(dāng)整流橋堆BD1其中的兩個(gè)二極管導(dǎo)通時(shí)，高頻開關(guān)電流及其高次諧波不能被 輸入電容CI和C2全部旁路掉，從而使這些噪聲傳到整流橋堆BD1的左側(cè)，此時(shí)差模噪聲表 現(xiàn)為電壓源的形式，如果在整流橋堆BD1的左側(cè)加一 X電容(如上圖的CXI)，就可以將差模 噪聲基本旁路掉。當(dāng)整流橋堆BD1的所有整流二極管全部關(guān)斷時(shí)，差模噪聲以電流源的形 式存在，它是通過暫時(shí)拉低整流橋堆BD1 二極管的陽極電壓而表現(xiàn)為電流源。差模噪聲的
4這種表現(xiàn)形式很難用電容CXI消除它。從上面的分析可以知道差模噪聲是以上述兩種模 型交替切換，其切換頻率是電網(wǎng)電壓的兩倍。而差模噪聲電流方向變化頻率與交流電流的 頻率相同。 圖2是圖1開關(guān)電源噪聲源中消除振蕩頻率漂移的電路圖。由晶振Y產(chǎn)生振蕩頻 率，再通過計(jì)數(shù)器的分頻，形成恒定的頻率輸出。 圖4是本發(fā)明設(shè)計(jì)方法實(shí)施例示意圖，從圖2中輸出的恒定頻率通過電源管理芯 片來控制功率M0SFET高頻開關(guān)管。圖4中電感Ldm以及電容CX2組成整流橋堆前端的LC 濾波器。在計(jì)算該電感Ldm以及電容CX2時(shí)，需要通過圖3所示的頻譜分析儀測(cè)試出噪聲 電流來進(jìn)行計(jì)算。
權(quán)利要求
一種消除開關(guān)電源差模噪聲的設(shè)計(jì)方法，包括減小開關(guān)電源輸入端電容的等效阻抗以及在整流橋堆的前端設(shè)置由電感L和電容C組成的LC濾波器，其特征在于還包括一個(gè)消除開關(guān)電源振蕩頻率漂移的電路。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除開關(guān)電源差模噪聲的設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述消除 開關(guān)電源振蕩頻率漂移的電路是用晶振產(chǎn)生振蕩頻率，然后再采用計(jì)數(shù)器降頻。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的消除開關(guān)電源差模噪聲的設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述晶振的頻率是3 IOOMHZ，所述計(jì)數(shù)器采用一級(jí)或多級(jí)計(jì)數(shù)器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的消除開關(guān)電源差模噪聲的設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述晶振 的頻率是12MHZ，所述計(jì)數(shù)器采用一級(jí)計(jì)數(shù)器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除開關(guān)電源差模噪聲的設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述減小開關(guān)電源輸入端電容等效阻抗的方法是輸入電容采用多個(gè)等效小電容并聯(lián)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除開關(guān)電源差模噪聲的設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述減小 開關(guān)電源輸入端電容等效阻抗的方法是在輸入電容旁邊并聯(lián)一小的聚酯電容，其一端放 置于變壓器初級(jí)的輸入腳，其另一端放置于輸入電容的地端。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一所述的消除開關(guān)電源差模噪聲的設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述電感L和電容C組成的LC濾波器中電感和電容的計(jì)算方法是假設(shè)輸入電容的 等效串聯(lián)電阻為Rc，開關(guān)電源工作時(shí)的紋波電流為Isw，此時(shí)輸入電容兩端的噪聲電壓 為Vcv = Rcxlsw，同時(shí)假設(shè)此開關(guān)電源沒有差模濾波器，則此時(shí)頻譜分析儀測(cè)試到的噪 聲電流為IUSN = V/100 = Rcxlsw/100，其中100為頻譜分析儀的規(guī)定差模阻抗，為2個(gè) 50歐姆電阻串聯(lián)，則在每一電阻上的噪聲電壓為Vn。ise = IUSNx50 = 0. 5xRcxIsw，將噪聲 電壓用dBiiV單位表示為601g(500xRcxIsw)，設(shè)開關(guān)電源的工作頻率為&，輸入電容在 頻率為fs時(shí)的串聯(lián)等效電阻為Rcfs，則這時(shí)的噪聲電壓為601g(500xRcfsxIsw)，那么在 測(cè)試起點(diǎn)頻率為150KHz時(shí)的噪聲為-201g(150000/f;)+601g(500xRcfsxIsw)，根據(jù)歐標(biāo) CISPR22-B，在此頻率時(shí)限制噪聲為66dBii V的標(biāo)準(zhǔn)，則必須衰減的噪聲為-201g(150000/ f》+601g(500xRcfsxIsw)-66，設(shè)LC濾波器的截止頻率為fBK，同時(shí)此濾波器對(duì)噪聲的衰減 速率為40dB，則有-201g(150000/fs)+601g(500xRcfsxIsw)-66 = 40xlg(150000/fBK)由此 計(jì)算出LC濾波器的截止頻率f^而該截止頻率又可以表示為fBK= 1/[2ji (LC)"]，那么 LC = 1/(2 k f^2，這樣就可以計(jì)算出LC的值，然后先確定電容C的值，再確定電感L的值。
全文摘要
一種消除開關(guān)電源差模噪聲的設(shè)計(jì)方法，包括減小開關(guān)電源輸入端電容的等效阻抗以及在整流橋堆的前端設(shè)置由電感L和電容C組成的LC濾波器，還包括一個(gè)消除開關(guān)電源振蕩頻率漂移的電路；所述消除開關(guān)電源振蕩頻率漂移的電路是用晶振產(chǎn)生振蕩頻率，然后再采用計(jì)數(shù)器降頻，輸出恒定的振蕩頻率；同時(shí)合理計(jì)算LC濾波器中電感L和電容C的取值，消除開關(guān)電源產(chǎn)生的差模噪聲，減少電磁干擾現(xiàn)象，且本方法設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，不增加成本。
文檔編號(hào)H02M1/00GK101741236SQ20091024776
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者蒲文旭 申請(qǐng)人:上海力申科學(xué)儀器有限公司