高频开关电源的干扰问题及解决途径

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□   中兴通讯股份有限公司  段珠平

    随着电源技术的发展，高频开关电源控制从最初的模拟电路逐渐发展到微处理器、DSP等高集成度的控制器件，这些器件体积小、精密度高，但开关电源内的电磁干扰、辐射相对其他通讯设备工作环境更强，这对辅助电源提出了更高的要求。本文对高频开关电源内辅助电源的工作特性和波形加以阐述，并着重根据实验数据来分析高频开关电源设计中应注意的问题和参数的选择。

一、高频开关电源的干扰问题
    在目前的智能开关电源中，都有机内微处理器或DSP，作机内监控和通讯之用。微处理芯片对供电电源要求很高，要求幅值相当稳定，更不能带有较大尖峰毛刺，造成电磁干扰，而且要求辅助电源的交流适应能力比整流器正常工作的范围更广。当整流器接上交流输入电时，必须是监控部分先正常工作，进行自检和各种状况的检测，以确定整流器能否开机；如遇极高或极低交流电压，整流器虽已停止工作，但监控部分仍要正常工作，保持正常的监控和通讯。
    某些电源产品运行过程中曾出现无故复位等现象，在进行大功率开关电源的辅助电源设计的时候，对其进行分析，发现其辅助电源在不同交流输入电压、不同负载条件下存在比较多的问题：交流适应范围窄，负载能力低，工作波形不稳且极不对称，出现偏磁，电磁干扰极严重等。
    一般开关整流器辅助电源的工作原理是：输入交流电经整流成为高压直流电，然后经变换电路成为低压高频方波，再经由整流滤波电路成为系统所需的平稳低压直流电，一般由三端稳压器稳压，由一路直流输出提供高频变换驱动脉冲控制环的电压反馈信号。由功率变换的主回路上串电阻采样作为电流反馈信号，功率变换管的驱动脉冲由UC3844等控制芯片及其外围电路产生。
    图1和图2是用示波器测试一辅助变压器其副边低压直流绕组的一些波形。
    （注：交流低压是辅助电源开始启动工作时最低输入电压实测值）
    图1中可以看到，在较低的交流输入电压、无电流反馈条件下辅助变压器已经不能正常工作，其波形的脉宽是不一样的，有的宽有的窄，而且发生抖动，示波器已无法稳定地抓住波形。图2则是有电流反馈，波形的脉宽也是有宽有窄，占空比达到了47%，而UC3844的最大占空比仅为50%，如果增加负载，输出电压会降低。
    从图3、图4、图5、图6中可以看到当交流输入电压到了高压（上限）带载后，其波形也不对称。
    如何使辅助电源能在交流输入的上极限、下极限电压下稳定工作，如何使辅助电源所带负载从空载到过载的全范围内能稳定正常工作，都有比较大的难度，这涉及几方面的技术难题：功率器件的耐压、过载能力；高频变压器的设计；驱动脉冲控制回路参数的选择。

二、解决方法
    技术人员通过一定的理论分析和实验摸索，对辅助变压器和控制回路作了相应的改进，终于解决了这个问题。解决办法是：调整辅助变压器的匝比，改变原边匝数Np，降低原副边匝比比例，使低电压时的占空比减小，远小于UC3844规定的上限45%；将UC3844的电流反馈环节的RC滤波网络进行参数调节，通过多次实验摸索，终于获得了比较理想的参数，滤波电容加大。再次在同样条件下测试辅助变压器的同一副边绕组，波形如图7、图8、图9、图10所示。
    从这4个波形图可以看到改进后的辅助电源无论在交流输入极高或极低的情况下（且启动工作电压较改进前要低一些），还是在空载或带重负载的情况下，其工作波形都较改进前更稳定，脉宽对称更均衡，而且带载能力明显优于改进前。对比图2和图8在低输入电压下，改进后的占空比相对改进前的占空比下降了7％，表明辅助电源的交流输入在增加负载的情况下，输出电压仍能保持稳定，带载能力明显强于改进前，辅助电源改进工作取得了明显效果。

三、经验总结
    在辅助电源的改进过程中，技术人员曾经从多个方面入手，包括改变电压反馈环的PI调节参数、改变脉冲频率、增大副边整流后的滤波电容等，但没有找到问题根源，在交流输入高低电压、轻载和过载等情况下，其波形仍然抖动厉害，直流输出电压不稳，在调节UC3844的电流反馈环节的RC滤波网络参数时，也进行了多次实验才找到了较为合适的匹配参数，由此可见，工程人员在进行理论分析之后仍需要通过不断实验来验证改进结果。
    以上结论对采用同样电路的其他小功率开关电源也有用处，用这种方法改变控制芯片的电流反馈环节的RC滤波网络参数后也取得了明显的效果，具体的参数因每个电路的区别而有所不同，但改进的方向是一样的。

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