解析PWM开关稳压电源尖峰干扰

　1　引言

　　PWM（PulseWidthmodulation）型开关稳压电源具有体积小、效率高的优点，作为电源设备在许多领域得到了广泛的应用。但是，开关三极管的工作状态转换持续期短、频谱甚宽的尖峰干扰是其致命弱点，它不仅影响开关电源本身，而且还会干扰邻近的其它电子设备。

　　开关稳压电源工作时开关三极管和续流二极管（亦可以是另一个开关三极管）总是交替地导通或者截止，图1中KQ和KD并非是理想器件，两种状态的转换需要一定的时间，这就产生了尖峰干扰。在状态转变过程中，该导通的开关没有完全导通，而该截止的开关却又没有截止的瞬间，电源到地有直接的通路，产生瞬态电流Is。该电流跟开关三极管导通时的电流Imax及截止时的电流Icmin的差值、开关KQ和KD同时导通的持续时间等因素有关。由于电路分布参数的影响，在波形上出现振铃振荡。

　　2　功率开关管瞬时导通的持续时间对尖峰干扰的影响

　　晶体管的开启和关断时间跟其截止频率成反比。开启、关断时间越短，开关速度就越快。同时导通的持续时间取决于KQ和KD所使用的器件的开关速度。用速度不同的开关器件比较，开关器件的速度越快，同时导通的持续时间越短，尖峰干扰越是宽度窄、幅度大。

　　3　减小变压器漏感引起的电压尖峰

　　变压器的漏感越大，电压尖峰越高，射频干扰也就越大。特别是变压器采取屏蔽后，由于耦合差，漏感也相应大一些。一般说，用环型磁芯绕制的变压器产生的漏感要比E型小些。另外，绕线工艺也很重要，较好的绕线方式是先绕初级总圈数的一半，再绕次级的全部圈数，最后再绕初级的剩余一半，即次级线圈在初级线圈的中间。这样初级线圈保持有较好的耦合，使变压器有较小的漏感。

　　4　功率管的开关波形对尖峰干扰的影响与抑制

　　开关波形Usr（t）的方正度影响尖峰干扰。矩形波的谐波幅度随频率增加而减小的速率为20dB十倍频程，梯形波则为40dB?十倍频程。有意识地改变矩形波的陡峭程度和两角的钝化程度可抑制高频分量、减小尖峰干扰。故要合理地选择开关三极管和续流二极管的开关速度。

　　对开关三极管而言，有两种方法可减小尖峰干扰，即增大Vce的上升时间和减小Ic的下降时间。图2电路中，在确定了KQ之后，可从图3看出，增大KD的开启时间、减小关断时间可以减小尖峰干扰。

　　在开关三极管的CE之间，或者在续流二极管的两端并联RC缓冲电路可使尖峰干扰明显减小。图3中，三极管T关断时，集电极电压上升，通过D和R1对C充电，使其上升速率变缓，选择充电常数CR1的值可以控制上升速率。T导通时，D截止，C对R1和R2放电，限制了导通瞬间的峰值电流。该缓冲电路改变了负载线的形状，减少了开关三极管的损耗。在续流二极管两端并上RC电路也同样有效。图3中，当用3DD11和2CK120C时，可并0.022LF左右的电容器（f=2kHz），该电容的容量有一最佳值，它的作用可以从图4看出。图4（a）是不加C的情况，将其在时间轴上放大后为图4（b）。并上缓冲电容后分别见图4（c）和（d）。