專利名稱：一種能夠抑制低頻噪聲的電源的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電源。
背景技術：
小型化微波接收機電源為接收機的一部分，實現(xiàn)一次電源和二次電源的電壓隔離變換及穩(wěn)定輸出。與大多數(shù)電子設備不同，接收機電路特別是其中的本振電路對供電電壓的交流噪聲(紋波)非常敏感，其交流噪聲的幅度直接決定了接收機能否具備超低雜波調(diào)制性能。相關資料和以往研制經(jīng)驗表明，當供電電壓噪聲幅度超過IOmV后，本振電路的雜波抑制能力便開始惡化，而國內(nèi)外常規(guī)DC/DC變換器的+12V輸出噪聲峰-峰值一般都在 30 75mV之間。雖然在本振電路的供電輸入端串聯(lián)L-C濾波器，能進一步衰減電源開關頻率的噪聲(100 500kHz)，但對低頻噪聲(< IOkHz)的效果則相當有限。通常要減少電源輸出電壓的低頻紋波主要是通過加強L-C濾波、采用電流控制型電路、輸出端串聯(lián)線性穩(wěn)壓器三種措施。加強L-C濾波器的低頻濾波效果，需要加大電感、電容的尺寸，這必將導致電源體積變大。采用電流控制型電路需要設計專門的電流采樣電路、斜坡補償電路等，電路相對復雜，而且實際效果還受電源占空比和功率大小等因素的影響。另外，據(jù)相關資料介紹，電流控制型控制電路不適宜在半橋式電路上采用。串聯(lián)線性穩(wěn)壓器可以改善低頻紋波的抑制能力，但不足以完全解決接收機相噪惡化的問題，而且其輸入-輸出壓差會產(chǎn)生較大的功耗，不能在所有輸出電壓上采用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種電源，在不改動電源拓撲結構、降低電路復雜程度、降低功耗的基礎上，改善電源低頻紋波的抑制能力。本發(fā)明包括如下技術方案一種能夠抑制低頻噪聲的電源，包括輸入濾波電路、半橋變換器、脈寬調(diào)制電路、功率變壓器、整流濾波電路和穩(wěn)壓采樣電路；其特征在于，輸入濾波電路包括電感LI，電阻R1、電容Cl、電阻R2 ;其中電感LI、電容Cl組成第一級差模濾波電路，電阻Rl與電阻LI并聯(lián)，電阻R2與電容Cl串聯(lián)；穩(wěn)壓采樣電路包括采樣電阻R3、運算放大器NI、補償環(huán)路、電阻R4和電容C3 ;電阻R4與電容C3串聯(lián)后，并聯(lián)在采樣電阻R3兩端；整流濾波電路輸出的電壓通過采樣電阻R3與運算放大器NI的反向輸入端相連，運算放大器的正向輸入端與基準電壓相連；同時，運算放大器NI的反向輸入端通過補償環(huán)路與運算放大器的輸出端相連。所述輸入濾波電路還包括電感L2、和電容C2，電感L2和電容C2組成第二級差模濾波電路。所述電源為微波接收機電源。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點本發(fā)明在既有電源方案的基礎上，通過大量實驗發(fā)現(xiàn)通過降低輸入濾波電路諧振點的增益、提高穩(wěn)壓采樣信號的反饋速度可以改善電源低頻紋波的抑制能力。本發(fā)明通過在輸入濾波電路并聯(lián)阻尼網(wǎng)絡，來降低諧振點的增益，減小諧振頻率附近的輸入交流信號或噪聲的放大程度；本發(fā)明在穩(wěn)壓采樣電路上并聯(lián)R-C網(wǎng)絡，優(yōu)化環(huán)路補償電路，提高穩(wěn)壓采樣信號的反饋速度?？傊?，本發(fā)明在不改動電源拓撲結構、降低電路復雜程度、降低功耗的基礎上，通過降低輸入濾波電路諧振點的增益、提高穩(wěn)壓采樣信號的反饋速度來改善電源低頻紋波的抑制能力。
圖I為電源原理框圖；圖2為現(xiàn)有的輸入濾波電路示意圖； 圖3為本發(fā)明的輸入濾波電路示意圖；圖4為現(xiàn)有的穩(wěn)壓采樣電路示意圖；圖5為本發(fā)明的穩(wěn)壓采樣電路示意圖；圖6為現(xiàn)有的輸入濾波電路濾波特性仿真結果示意圖；圖7為本發(fā)明的輸入濾波電路濾波特性仿真結果示意圖。
具體實施例方式下面就結合附圖對本發(fā)明做進一步介紹。下面以微波接收機的電源為例對本發(fā)明進行說明如圖I所示，微波接收機電源包括輸入濾波電路、啟動電路、保護電路、半橋變換器、功率變壓器、PWM脈寬調(diào)制電路、穩(wěn)壓采樣電路、輸出整流濾波電路等功能模塊組成。在電源的輸入端串聯(lián)保險絲，使得電源無論發(fā)生任何故障，都不會因為短路、過流等原因對衛(wèi)星電源造成損害。當電源接收到開機指令時，啟動電路工作，產(chǎn)生一個+12V電壓給脈寬調(diào)制器PWM供電，PWM啟動后產(chǎn)生300kHz的方波信號驅動半橋變換器，使之將直流電壓轉換為300kHz的交流方波電壓并通過功率變壓器傳遞到整流濾波電路，經(jīng)過整流濾波電路輸出多路直流電壓。其中一路電壓返回替代啟動電路給PWM供電，并通過穩(wěn)壓采樣電路給PWM提供穩(wěn)壓采樣信號。PWM通過內(nèi)部的負反饋系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)輸出驅動信號的占空比，從而調(diào)整輸出電壓，達到穩(wěn)壓的目的。開機指令的脈沖寬度為IOOmS,當其結束后，啟動電路停止工作。當電源出現(xiàn)過流、短路、輸入電壓異常下降等情況，電源過流保護電路向PWM發(fā)出保護信號，PWM停止輸出驅動信號，電源停止工作，達到保護關機的目的。電源接收到關機指令后，將信號輸入到保護電路，電源關機。由于開機指令和關機指令的指令回線與電源輸入電壓的回線隔離，所以開關機指令都需要通過光藕進行隔離傳輸。輸入濾波電路包括差模濾波器，差模濾波器包含兩方面作用，首先，它阻止開關電源噪聲通過母線影響衛(wèi)星其他設備，其次阻止母線上交流電壓分量和噪聲直接影響電源供電設備(如微波接收機)的正常工作。輸入電壓通過輸入濾波電路與半橋變換器相連。現(xiàn)有的輸入濾波電路主要追求盡可能低的截止頻率和盡可能高的噪聲衰減。其電路示意圖和仿真結果如圖2和圖6所示。其諧振點增益達到22.4dB/4.6kHZ。該增益將使得母線輸入端的低頻傳導噪聲在此頻率處得到放大，反映到電源輸出端就是輸出電壓的低頻噪聲被放大，所以需要在滿足濾波器總體性能的前提下，盡量減小。如圖3所示，本發(fā)明的輸入濾波電路包括電感LI，電阻R1、電容Cl、電阻R2、電感L2、和電容C2 ;其中電感LI、電容Cl組成第一級差模濾波電路、電感L2、電容C2組成第二級差模濾波電路；輸入電壓的正輸入端與電感LI的一端相連，電感LI的另一端與電阻R2和電感L2相連；電阻Rl與電感LI并聯(lián)，電阻R2與電容Cl串聯(lián)；電感L2與電容C2串聯(lián)；電容C1、C2分別與輸入電壓的負輸入端相連。圖3中的后級電路為與輸入濾波電路相連的電路，對應于圖I中的半橋變換器。本發(fā)明電源的輸入濾波電路在第一級差模濾波器設置阻尼電路，即LI上并聯(lián)電阻R1，Cl上串聯(lián)電阻R2，使得濾波器截止頻率處的增益降低。實際設計中，LI兩端并聯(lián)的電阻Rl阻值范圍一般在I 10Ω之間，與Cl串聯(lián)的 電阻R2范圍一般在O. I 3Ω之間。根據(jù)電源EMC指標、開關頻率、體積重量等要求，再進行進一步的仿真、調(diào)試。一般來說，Rl越大、R2越小，電路特性更接近傳統(tǒng)濾波器，即衰減特性越接近80dB/10倍頻程，諧振峰較大。反之，電路特性更接近40dB/10倍頻程，諧振峰較小。實際電路中，兩個電阻的取值分別為3Ω和0.33Ω(3個1Ω并聯(lián))。其仿真結果如圖7所示。從圖7可以看出，本電源諧振點增益由22. 4dB減小到7. ldB，大大減小了該頻率處輸入噪聲的放大程度。雖然高頻段的衰減特性略有下降(曲線斜率有所降低)，但對接收機的正常使用已經(jīng)足夠，濾波器的整體性能得到明顯改善?，F(xiàn)有的電源輸入濾波器設計希望電容的等效串聯(lián)電阻(即ESR)越小越好，但本發(fā)明的輸入濾波器中的Cl因為要串聯(lián)外接電阻，所以對ESR無特殊要求，可以選用價格便宜、容量密度大的電解電容。但在本發(fā)明中，因為衛(wèi)星對產(chǎn)品的高可靠要求，所以采用的是高可靠等級的瓷介電容。如圖4所示，現(xiàn)有的穩(wěn)壓采樣電路包括采樣電阻R3、運算放大器NI、和補償環(huán)路。通常通過調(diào)試補償環(huán)路參數(shù)，來實現(xiàn)合適的相位裕量和低頻增益。低頻增益為46. 8dB/100Hz、26. 8dB/lkHz，而此時的相位裕量較小，為30. 67。;如果，繼續(xù)提高增益，電源有可能在外界干擾下進入振蕩狀態(tài)。如圖5所示，本發(fā)明的穩(wěn)壓采樣電路除了包括采樣電阻R3、運算放大器NI、和補償環(huán)路外，還包括串聯(lián)的電阻R4和電容C3。電阻R4、電容C3組成的R-C網(wǎng)絡并聯(lián)在采樣電阻R3兩端。整流濾波電路輸出的電壓通過采樣電阻R3與運算放大器NI的負輸入端相連，運算放大器的正輸入端與基準電壓相連。同時，運算放大器的負輸入端通過補償環(huán)路與運算放大器的輸出端相連。采用上述結構，輸出電壓的任意波動都可以更快的反映到運算放大器的反向輸入端，使其響應速度加快。同時，交流輸入阻抗降低，使得誤差放大器的增益提高，電源對低頻干擾的抑制能力增強。同時改善了電源的相位裕量，提高了穩(wěn)定性。R-C網(wǎng)絡中電阻R4的取值范圍是100 1000 Ω，電容C3的取值范圍是4000pF
O.03uF。改進后的電源，IOOHz處的增益由46. 8dB增加到55. 3dB, IkHz處的增益由26. 8dB增加到38. 7dB，對低頻干擾的抑制能力得到明顯改善。而且相位裕量由30. 67°增加到41. 02°，電源的穩(wěn)定性也得到提高。本發(fā)明通過在輸入濾波電路上形成阻尼電路，在穩(wěn)壓采樣電路的采樣電阻上并聯(lián)R-C網(wǎng)絡，電源對低頻干擾的抑制能力得到明顯改善，接收機本振的雜波抑制能力接近理論情況下的最好水平。由于電源實際調(diào)試時存在一定的固有噪聲，示波器很難有效分辨IOmV以下的低頻紋波，所以實際改善效果均通過測試接收機本振鏈的雜波抑制進行驗證。實際測試結果見表I。表I實測接收機本振的雜波抑制能力
權利要求
1.一種能夠抑制低頻噪聲的電源，包括輸入濾波電路、半橋變換器、脈寬調(diào)制電路、功率變壓器、整流濾波電路和穩(wěn)壓采樣電路；其特征在于，輸入濾波電路包括電感LI，電阻R1、電容Cl、電阻R2 ;其中電感LI、電容Cl組成第一級差模濾波電路，電阻Rl與電阻LI并聯(lián)，電阻R2與電容Cl串聯(lián)；穩(wěn)壓采樣電路包括采樣電阻R3、運算放大器NI、補償環(huán)路、電阻R4和電容C3 ;電阻R4與電容C3串聯(lián)后，并聯(lián)在采樣電阻R3兩端；整流濾波電路輸出的電壓通過采樣電阻R3與運算放大器NI的反向輸入端相連，運算放大器的正向輸入端與基準電壓相連；同時，運算放大器NI的反向輸入端通過補償環(huán)路與運算放大器的輸出端相連。
2.根據(jù)權利要求I所述的電源，其特征在于，所述輸入濾波電路還包括電感L2、和電容C2,電感L2和電容C2組成第二級差模濾波電路。
3.根據(jù)權利要求I所述的電源，其特征在于，所述電源為微波接收機電源。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種能夠抑制低頻噪聲的電源，包括輸入濾波電路、和穩(wěn)壓采樣電路；其特征在于，輸入濾波電路包括電感L1，電阻R1、電容C1、電阻R2；其中電感L1、電容C1組成第一級差模濾波電路，電阻R1與電阻L1并聯(lián)，電阻R2與電容C1串聯(lián)；穩(wěn)壓采樣電路包括采樣電阻R3、運算放大器N1、補償環(huán)路、電阻R4和電容C3；電阻R4與電容C3串聯(lián)后，并聯(lián)在采樣電阻R3兩端；整流濾波電路輸出的電壓通過采樣電阻R3與運算放大器N1的反向輸入端相連，運算放大器的正向輸入端與基準電壓相連；同時，運算放大器N1的反向輸入端通過補償環(huán)路與運算放大器的輸出端相連。本發(fā)明在不改動電源拓撲結構、降低電路復雜程度、降低功耗的基礎上，改善電源低頻紋波的抑制能力。
文檔編號H02M1/12GK102916571SQ201210378109
公開日2013年2月6日 申請日期2012年9月29日 優(yōu)先權日2012年9月29日
發(fā)明者陽曉彬, 朱正賢, 劉永峰, 李俊平, 鄧向科 申請人:西安空間無線電技術研究所