开关电源噪声的产生原因及抑制方法

交流电输入开关电源后,由桥式整流器V1~V4整理成直流电压Vi加在高频变压器的初级L1和开关管V5上。开关管V5的基极输入一个几十到几百千赫的高频矩形波,其重复频率和占空比由输出直流电压VO的要求来确定。被开关管放大了的脉冲电流由高频变压器耦合到次级回路。高频变压器初次级匝数之比也是由输出直流电压VO的要求来确定的。高频脉冲电流经二极管V6整流并经C2滤波后变成直流输出电压VO。因此开关电源在以下几个环节都将产生噪声,形成电磁干扰。
  (1)高频变压器初级L1、开关管V5和滤波电容C1构成的高频开关电流环路,可能
会产生较大的空间辐射。如果电容器滤波不足,则高频电流还会以差模方式传导到输入交流电源中去。如图1中的I1 。
  (2)高频变压器次级L2、整流二极管V6、滤波电容C2也构成高频开关电流环路会
产生空间辐射。如果电容器滤波不足,则高频电流将以差模形式混在输出直流电压上向外传导。如图1中的I2 。
  
  (3)高频变压器的初级和次级间存在分布电容Cd,初级的高频电压通过这些分布电
容将直接耦合到次级上去,在次级的二条输出直流电源线上产生同相位的共模噪声。如果二根线对地阻抗不平衡,还会转变成差模噪声。
  (4)输出整流二极管V6会产生反向浪涌电流。二极管在正向导通时PN结内的电荷
积累,二极管加反向电压时积累电荷将消失并产生反向电流。因为开关电流需经二极管整流,二极管由导通转变为截止的时间很短,在短时间内要让存储电荷消失就产生了反向电流的浪涌。由于直流输出线路中的分布电感,分布电容,浪涌引起了高频衰减振荡,这是一种差模噪声。
  (5)开关管V5的负载是高频变压器的初级线圈L1,是感性负载,所以开关通断时管子两端会出现较高的浪涌尖峰电压,这个噪声会传导到输入输出端去。
  (6)开关管V5的集电极与散热片K之间存在分布电容CI,因此高频开关电流会通过CI流到散热片K上,再流到机壳地,最终流到与机壳地相连接的交流电源线的保护地线PE中,从而产生共模辐射。电源线L和N对PE存在一定阻抗,如阻抗不平衡则共模噪声还会转变成差模噪声。如图1中的I3 。
  由以上分析可以知道开关电源中的噪声干扰源很多,干扰途径是多种多样的,影响较大的噪声干扰源可以归纳为以下三种:
  (1)二极管的反向恢复时间引起的干扰。
  (2)开关管工作时产生的谐波干扰
  
  功率开关管在导通时流过较大的脉冲电流,在截止期间,高频变压器绕组漏感引起的电流突变,也会产生尖峰干扰。
  (3)交流输入回路产生的干扰

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