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利用諧振解決電源電壓輸出尖刺問題

鉅大LARGE  |  點擊量:1107次  |  2019年12月28日  

眾所周知,開關電源與線性電源相比有許多優點,最突出的就是其效率高。高效率又帶來或造成了其他的許多優點。但是開關電源又有一個突出的缺點,就是輸出電壓中尖刺形成分很大,簡稱尖刺很大。


尖刺大造成了許多問題,它對輸入電網和輸出負載形成了高頻躁擾,影響負載和其它設備的工作。


這就在許多領域中限制了它的應用。本文論述如何利用諧振現象,以一個簡單的處理方法,達到減小尖刺的目的。


一、尖剌產生的原因尖刺是怎樣產生的呢


原來,實際上能做出來的電感、電容元件和安裝電路,自身總存在一定的分布電容和分布電感。


它們組成了比較復雜的電路,有一個或幾個諧振頻率點,在迂到同頻率的電壓諧波時,就會產生衰減振蕩,第一個正半波就是尖刺。在實際中,分布電容大約在幾個PF以下,分布電感大約在幾個MH以下。這種諧振頻率大約處于OMc以上的范圍內。由于濾波電路接受的是方波形的電壓,而這種電壓波形含有很豐富的高次諧波,也就是說高次諧波的幅值比較大。在現在常用的設計中,開關電源的基波頻率一般定在30至300Kc范圍內,那么在10Mc以上范圍的高次諧波就會有較大的幅值,因此形成尖刺幾乎是必然的。開關電源是由開關管產生占空比可變的方波電壓,然后通過LC電感電容濾波電路變成平直的直流輸出電壓,上面疊加著尖刺。問題在于,這種尖刺很難被濾除掉。這與電壓的大小、安裝電路的形狀等有關,一般在幾十mV至一百多mV。


二、減小尖剌的方法


怎樣才能減小尖刺、使它處于幾毫伏甚至小于一毫伏呢,從以上工業科技發展分析可以看出,在濾波環節上下功夫難以有很大的效果,因為要消除分布電容電感是做不到的。


采用多級濾波雖能減小尖剌,但使系統不穩定,容易造成自激。


可以在削弱開關波形的高次諧波幅值上想辦法。在富利葉級數展開后,可以看出:方波高次諧波的幅值是與次數成反比,


An=K/n


n是諧波次數,K是常數。


三角波高次諧波的幅值是與次數的平方成反比,


An=K/n2.


這就是說,三角波與方波相比,其高次諧波的幅值要小得多。


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