浅析开关电源中的频率抖动
应用于开关电源芯片的频率抖动技术
应用于开关电源芯片的频率抖动技术孙大成【摘要】为了减小开关电源中的电磁干扰(EMI),研究了单片开关电源中的频率抖动技术,并简要介绍了频率抖动技术及其原理.设计一个具有频率抖动功能的弛张振荡器,分析了以弛张振荡器原理为基础具有频率抖动功能的振荡器结构设计和原理.通过HSPICE仿真分析电路频谱,结果表明频率抖动技术能有效削减方波的各次谐波幅值,从而达到抑制电磁干扰的效果.重点从抖动范围、抖动周期两方面讨论频率抖动模型,频谱对比分析结果表明抖动范围±7%、抖动周期为128T的抖动模型,其谐波至少下降6 dB以上,高次谐波的峰值下降更为明显,满足6 dB工程裕量的要求,能有效抑制电磁干扰.【期刊名称】《电子与封装》【年(卷),期】2016(016)003【总页数】4页(P37-40)【关键词】开关电源;脉冲宽度调制;频率抖动;电磁干扰;振荡器;频谱分析【作者】孙大成【作者单位】中国电子科技集团公司第47研究所,沈阳110032【正文语种】中文【中图分类】TN432开关电源诸多的优点和重要性使其得到大量应用,目前生产的开关电源多数采用脉冲宽度调制方式,要求其性能不断提高。
采用脉冲宽度(PWM)调制方式的开关电源的开关频率越来越高,在高频开关波形中的大量谐波峰值辐射成分通过传输线传播和空间电磁场向外传播,从而造成了不可忽视的传导和辐射干扰的问题。
如何减小电磁干扰(EMI)成为开关电源设计中的一个难点。
在EMI测试结果中可以发现,开关电源在开关频点及其倍频处通常容易超过EMI限值,而在其他频率点上却往往具有较大的裕量,因此人们从这一角度提出频率抖动技术[1]。
与常用的抗干扰技术相比,频率抖动技术(frequency jitter)是一种从分散谐波干扰能量着手解决电磁干扰(EMI)问题的新方法。
该方法采用频率调制技术,其原理是将主开关频率进行调制,在主频带周围产生一系列的边频带,从而将噪声能量分布在很宽的频带上,降低了干扰。
频率抖动技术在开关电源振荡器中的实现
DQ
Clk
OSC
Q
DQ Clk
Q
DQ Clk
Q
DQ Clk
Q
CLK_16
从(4)式可以看出,可以通过改变电容 Cc、充放电电流 I 和电压差值 BG2 - BG1 能够实现任意频率的振荡器。本文 中所设计的周期性频率抖动振荡器的中心频率为 100 kHz,抖 动范围为 ±4 kHz。 1.3 频率抖动控制模块
本文中所设计的频率抖动控制模块是通过计数器来控制 图 2 中 M6 ~ M12 开关管的通断来周期性的改变充放电电容的 大小来实现的。频率抖动控制模块的电路图如图 3 所示,由 7 个 D 触发器串联构成 512 分频触发器,第 8 个 D 触发器的 输出信号加入到异或门用于实现计数器 K4,K2,K1,K0 加减 法计数切换,保证加入到张弛振荡器中的电容不会出现瞬时
CLK_16
DQ Clk
Q
DQ Clk
Q
DQ Clk
Q K00
DQ
Clk
Q
K11
K22
DQ
D QK
0引言 开关电源以其小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于
几乎所有的电子设备,是当今电子信息产业飞速发展中不可缺 少的一种电源方式 [1-3]。但是随着开关电源工作频率的不断提 高,高频工作频率中所含有的高频谐波成分将会通过电源传 输线或是空间电磁场的方式向外部传播,造成传导干扰和辐 射干扰 [4,5]。近年来伴随通讯及控制技术的发展,各种高频数 字电路对开关电源电磁兼容性(EMC)的要求更加严格,如何 减小电磁干扰(EMI)已经成为开关电源设计中的一大难点。 目前提出的一些降低开关电源电磁干扰技术,例如 :PWM 随 机开关调制技术和混沌调制技术,电路结构都相对复杂且实 现成本大。本文中所采用的频率抖动技术相对以上两种技术 实现相对简单,其原理是 :通过将固定的开关工作频率设为 在一定范围内抖动的频率,使得本该集中在固定频率处的辐射 频谱分散到所设定的频带范围,以降低辐射电平满足电磁兼 容性的要求。 1 周期性频率抖动振荡器 1.1 振荡器的系统结构框图
开关电源中的频率抖动
在Onsemi的展会上,他们的工程师介绍了芯片中集成了这种功能,一时之间到不算太理解这项技术的意义,然后找了一些资料,然后找到两个分析电路进行大致介绍。
我们知道在固定频率PWM控制器中,窄带发射通常发生在开关频率,其连续谐波的能量会越来越低。
采用频率抖动技术(Frequency Jitter)的着眼点在于分散谐波干扰能量,我们使得开关电源的工作频率并非固定不变,而是周期性地变化,由于EMI发射分布在较广的频率范围而不是在窄带频率下工作,因此可降低E MI发射的峰值。
抖动振荡器也将降低谐波频率(即为开关频率倍数的频率)的峰值。
发射量的减少取决于调制频率的选择(抖动率)、抖动带宽以及接收器的分辨带宽。
注意:当然对降低高频非谐波发射起到的作用微乎其微。
这些发射是由于寄生L C电路、二极管反向恢复电流等在交换节点的振铃导致的。
添加缓冲器、栅极驱动电阻器或使用软恢复二极管是降低这些发射的常见的解决方法。
缺点:抖动振荡器将给输出电压添加少量纹波(纹波的频率等于抖动频率),通常远小于由于电容ESR和电感电流产生的输出电压纹波的频率(开关频率),抖动产生的输出纹波的幅度与额定输出纹波的幅度相比相对较低。
芯片内实现形式:
目前的PWM控制器一般使用外部电阻来设置工作频率。
通常工作频率随电阻值的降低而上升,控制器内部的振荡器编程引脚(RT)被调节为恒定电压。
连接到编程引脚的编程电阻设置从编程引脚输出的电流源。
比例电流还被馈送到内部的定时电容器,而定时电容器上斜坡电压的周期决定振荡器频率。
阿尔法5000型1.5kW变频器开关电源间歇振荡故障分析维修
阿尔法5000型1.5kW变频器开关电源间歇振荡故障分析维修大家都知道,采纳UC384x系列振荡芯片做成的开关电源,其典型过载/过压故障特征即是打融(间歇振荡)。
缘由是过载或过压故障信号将引发电路的停振动作,而停振又导致故障信号消逝,因而重新引发新一轮的振荡,再停振。
如此周而复始,即消失所谓的打嗝现象。
我要说,有的开关电源不会打嗝,大家都不太信任吧。
单独检修振荡小板时,给振荡芯片的7、5脚上电DC17V,再将电流检测信号输入脚(端子3)与端子5相短接后,一般应能在芯片的脉冲输出端6脚,测到约7V左右的脉冲电压(用直流电压挡时)。
可当你遭受如图一所示振荡小板时,以往很灵的方法,竟然无效了。
图一阿尔法5000型1.5kW变频器开关电源的振荡小板电路此时检测U1的2脚电压为5V,1脚电压为0.9V(低于1V过电压报警阈值),6脚无脉冲电压输出的根源即在于此。
2脚为电压反馈信号输入端,此时无反馈电压建立,为0V才对,怎么会有了5V的高电压呢?细看1脚与2脚外围攻,接有Q1、Q2两只贴片三极管,粗看之下,我也看不出个所以然来。
干脆将振荡小板画了一下,由此真相大白。
见图一。
振荡小板的1、2脚引入的是+5V反馈电压信号;5、6脚芯片供电引入;3、4脚分别为电流检测信号输入和开关管的激励脉冲输出。
这些都一目了然。
关键是U1的1、2脚外接电路有点简单啊。
先看1脚外接R1、R1、D1、Q1、C1等元件,构成了上电软起动电路。
R1、C1的延时作用,上电期间Q1有一个瞬间导通过程,实现了软起动掌握。
好了,可以把这部分电路放在一边儿,不用理它。
此外,一脚与反馈光耦U1的4脚相连接,当+5V有上升趋向时,U2导通,将1脚电压拉低,是个电压负反馈,稳压掌握,也没错,将U2、TL431,也可以放在一边儿了。
二脚与Q2的集电极连接,Q2的基极接U2的3脚,受光耦导通与否的直接掌握。
并且2、5脚之间接入了一只容量为10u的电容,Q2和C9是干嘛的呢?分析如下。
频率抖动技术在开关电源EMC设计中的应用分析
频率抖动技术在开关电源EMC设计中的应用分析作者:刘泽龙来源:《读书文摘(下半月)》2018年第04期摘要:频率抖动技术是现代科学技术不断发展的产物,已经广泛地应用于开关电源EMC 的设计中,对开关电源EMC设计水平的提高起到了巨大的促进作用。
本文首先阐述频率抖动技术的基本内容,如原理、特征等,然后简单分析开关电源噪音产生的原因,最后详细探讨频率抖动技术在开关电源EMC设计中的应用,希望能够为今后相关内容的研究提供一定的参考依据。
关键词:频率抖动技术;开关电源EMC设计;应用;探究随着社会经济的快速发展,科学水平的不断进步,越来越多的科学技术应用于社会各领域中,对社会各领域的生产和发展产生了十分积极的影响,推动了社会的进步。
频率抖动技术是科学技术产物,是科学技术水平不断提高的具体体现,是近年来比较流行的一种降低电路传导骚扰和辐射骚扰的技术。
在开关电源EMC的设计中,频率抖动技术已经逐渐应用于其中,极大地提高了频率抖动技术的设计水平。
为了进一步了解开关电源EMC设计中频率抖动技术的应用,本研究对此将展开详细的探讨。
1频率抖动技术的相关内容阐述1.1频率抖动技术的基本概念频率抖动技术是指开关电源的工作频率并非固定不变,而是周期性地变化来减小电磁干扰,这样的一种技术便称为频率抖动技术。
对噪声信号进行谐波分析,可得出谐波波形中各次谐波的幅值和相角。
周期干扰信号的频谱为离散型,各谱线高度为二次谐波、三次谐波、多次谐波的幅值,谱线间的距离为基波频率的整数倍。
1.2抖动频率和固定频率区别固定频率普通周期信号的频率十分稳定,正常情况下都保持在稳定的状态,很少会出现波动的情况。
抖动频率周期信号频率的稳定性则与固定频率不同,抖动频率周期信号频率是按照一定的规律发生变化的,处于不断的变化中,是人为因素是频率不断发生抖动,这种技术也用在数字周期信号电路中,即扩频调制技术。
2开关电源噪声产生的主要原因开关电源的种类比较多,根据不同的分类标准可以分为不同的种类。
机械开关抖动次数的测定及消抖方法
机械开关抖动次数的测定及消抖⽅法消除抖动可软件消除(写⼀端延时程序约5-10ms躲过抖动的时间);也可硬件消除(触发器,或单稳态电路)1 电路的设计 机械开关的触点从断开到闭合,或从闭合到断开,从表⾯上看只经过⼀次变化,实际上,开关的触点在此过程中将会发⽣抖动。
换句话说,从断开到稳定地闭合的过程中,开关要经过若⼲次的通和断;从闭合到完全断开过程中亦如此。
图1简单描绘了机械开关的动作,在电平发⽣变化时,其前后都有⽆数个⼩脉冲,都是因机械开关触点抖动⽽产⽣的。
这种变化很难⽤⾁眼和简单的仪表测出,但是可⽤计数器准确地测出机械开关的抖动次数,并以数字显⽰出来。
这⾥选⽤的计数器为4位同步⼗进制计数器74LS160,其逻辑功能参见表1。
计数器的输出接译码器74LS47,其输出可驱动七段数码管显⽰数字,数码管选⽤共阳型。
图1 机械开关的动作表1 74LS160计数器的逻辑功能表输 ⼊输 出CT P CT T CP D D D D Q3Q2Q1Q0X X X X X X X L L L LH H ↑X X X X计 数L X X X X X X保 持 由于1只⼗进制计数器只能表⽰出(0~9)10个数,⽽机械开关的实际抖动次数往往很⼤,因此我们根据计数器功能表,将4只⼗进制计数器级联应⽤,如图2所⽰。
这样它能表⽰1个4位的⼗进制数,计数范围0000~9999。
当第1只计数器(个位)计到9(1001)时,再来1个计数脉冲,计数器的状态由1001变为0000,第1只计数器⼜从0开始计数;与此同时,第1只计数器的进位输出端Oc输出1个进位脉冲,它加到第2只计数器(⼗位)的CP端,使10位的计数器加1。
依此类推,后⾯各级计数器亦如此。
也就是说,每当10n位的计数器计满10个数时,10(n+1)位计数器加1。
图2 计数器的级联及显⽰电路 第1只计数器CP端的脉冲来⾃机械开关,根据表1给出的计数器功能表可知,⼗进制计数器74LS160为上升沿触发;再由图1所⽰描绘的机械开关的动作可知,在每⼀个稳定的脉冲的上升沿之前和下降沿之后,都有⽆数个⼩脉冲即机械开关的抖动脉冲;⽽在这些抖动脉冲的上升沿处,图2所⽰的计数器组便加1。
开关电源振荡频率的确定
圈( 即开关管集 电极绕组 , 匝数为 ) 而使 正反馈线圈( , 匝数
为 Ⅳ )上感应 出基极电压 , 开关管 的基极 电流进 一步增 ^ 使 大, 由于这种雪崩式 的正反馈作用 , 开关 管在极短 的时间内就 进入饱 和导通状 态 , 因为开关管的饱和压降
开始线性增加 , 增加速率为 :
赛 ” 此外 , ; 还有一些 电子行业 内部和地方( 、 市 县级 ) 组织的 上
面
控制 路I-职 路 回 ÷ - 样回 1
图 l 自激式开关电源方框 图
单 端 自激 式 开 关 电源振 荡 回路
J o
比赛 。这些技 能竞赛 的开展 , 激励 培养 了大学 生对 电子设 计 与制作的兴趣 。开关 电源作为 一个 设计课题 , 因其应 用 的广 泛而得到电子制作爱好者们 的热情关 注。
式即为脉冲宽度调制方式( WM) 通过改 变导通 脉冲宽 度来 P ,
改变 占空比 , 从而改变输 出电压 , 激方式开关 电源的周期 恒 他 定 , 出稳定 , 输 因其频率 不变 , 滤波 电路设 计容易 , 且效率 比 自 激式高 5 以上 , % 但输出电压的调节 范围受 占空 比的最 小比例
流电流 i, 。此时开关变压 器把储存 的磁能 以电能 形式释放 , i
呈线性减小 , 减小的速率为 :
制输 出电压 , 出电压 的调节范 围宽 、 输 控制 回路简单 , 电路 但 计算 复杂 。 自激式开关电源的工作过程为 : 输入 回路将 电网 5 H 0 Z低 频交流 电转变成直流 , 给振荡回路提供直流 工作电压 , 振荡 回 路 把直流 电又转变成 高频交流 电流 , 出 回路 把高频 交流 电 输 进行整流滤波 , 变成 直 流输 出 , 时输 出信号 经 取样 回路取 同 样, 回送到控制 回路 , 控制 回路的输 出信号控制振荡 回路 中振 荡器 的振荡频率 , 使输出电路的输 出信 号稳 定、 可调 。
开关电源初级电流波形的振荡原因
开关电源初级电流波形的振荡原因下载提示:该文档是本店铺精心编制而成的,希望大家下载后,能够帮助大家解决实际问题。
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频率抖动原因及抑制措施
负载变化引起抖动
负载突变
负载突然增加或减少会导致系统输出电压波动,进而引起频率抖动。
负载分布不均
负载在系统中分布不均,使得各部分电压和电流存在差异,导致频率抖动。
振荡器失稳或漂移
振荡器老化
振荡器长时间工作后,元器件老化导致性能下降,使得输出频率不稳定。
温度变化
温度变化会影响振荡器内部元器件的参数,从而导致输出频率的漂移。
分类
根据抖动性质,可分为随机抖动 和确定性抖动;根据产生原因, 可分为热噪声抖动、闪烁噪声抖 动、电源噪声抖动等。
抖动幅度与频率关系
抖动幅度
指频率抖动的最大偏离值,通常以百 分比或绝对值表示。
频率关系
抖动幅度与信号频率密切相关,一般 情况下,信号频率越高,抖动幅度越 大。
影响因素及危害
影响因素
包括电路元件的非线性、电源噪声、 温度变化、机械振动等。
对各模块、子系统之间的交互和协同进行优化,提高整体系统的性 能和稳定性。
综合测试与验证
对集成后的系统进行全面的测试与验证,确保各项功能和性能指标符 合要求。
06
总结与展望
当前存在问题和挑战
1 2 3
抖动来源多样性
频率抖动可能由多种因素引起,如电源噪声、温 度变化、机械振动等,增加了分析和解决的复杂 性。
振荡器配置
根据系统需求,合理配置振荡器的参 数,如频率、幅度等,以满足系统性 能要求。
隔离保护措施应用
信号隔离
采用光电隔离、磁隔离等隔离技术,实现信号与 系统之间的隔离,防止干扰信号的侵入。
电源隔离
采用电源隔离变压器等措施,实现电源与系统之 间的隔离,提高系统的抗干扰能力。
过流过压保护
在系统中设置过流、过压保护电路,确保系统在 异常情况下能够安全稳定地运行。
某核电大口径电动闸阀微动开关频繁抖动原因浅析及处理
某核电大口径电动闸阀微动开关频繁抖动原因浅析及处理摘要:某核电一大口径电动闸阀,自设备调试阶段在阀门启闭瞬间电动执行机构微动开关出现频繁抖动现象,且机组在运行期间的定期试验时,也出现阀门开关超时现象。
本文通过对该现象原因进行分析并提出缓解措施和设计改进。
关键词:电动执行机构;微动开关;抖动;原因分析;1 引言安全壳对核电厂安全具有特别重要的意义,它是阻挡来自燃料的裂变产物及一回路放射性物质进入环境的最后一道屏障。
在发生一回路破口或安全壳内蒸汽管道破裂事故情况下,高温、高压的蒸汽喷放出来,使安全壳内压力和温度升高。
安全壳喷淋系统的功能就是通过喷淋冷凝蒸汽,使安全壳内压力和温度降低到可接受的水平,确保安全壳的完整性。
同时,安全壳喷淋系统是专设安全设施中唯一有冷源的系统,其供水分两个阶段:第一阶段(直接喷淋)从换料水箱取水,第二阶段(再循环喷淋)从安全壳地坑取水。
安全壳地坑吸水管线上的大口径电动闸阀(以下简称地坑隔离阀)在机组正常运行期间,需保证该阀门可用,以保证安全壳的完整性;在再循环喷淋阶段,需保证该阀门正常开启(阀门动作时间要求25s内),以保证安全壳喷淋系统的功能执行[1]。
2 背景某核电地坑隔离阀为大口径电动闸阀,阀门是DN400的W型楔式平行闸板阀;电动执行机构的型号为ST70\120\K3,额定力矩700N.m,输出转速为120r/min,设置的开关力矩分别为328N.m。
电动执行机构与阀门通过远传机构连接,使用关力矩开关控制阀门关闭、开限位开关控制阀门开启,并设置有开力矩开关的旁路控制回路。
具体布置方式如图1所示。
该套设备自安装调试阶段就存在电动执行机构微动开关频繁抖动现象,先后经过增大电动执行机构开关力矩和减少阀门盘根紧固力矩的方式处理,在一定程度上缓解了电动执行机构微动开关频繁抖动,但问题并未从根本上解决。
3 原因分析3.1 电动执行机构转速过高的分析将20rpm的电动执行机构安装在地坑隔离阀上进行试验,电动执行机构运行状态良好,微动开关未出现抖动现象,但阀门动作时间大于25s。
频率抖动技术
频率抖动技术(Frequency Jitter)是一种从分散谐波干扰能量着手解决EMI问题的新方法。
频率抖动技术是指开关电源的工作频率并非固定不变,而是周期性地由窄带变为宽带的方式来降低EMI,来减小电磁干扰的方法。
下面这篇文章通过一个例子讲述了频率抖动技术在电源设计中的巨大作用频率抖动技术介绍TOPGX系列芯片是一种内部集成了PWM控制电路和MOSFET的功率芯片,工作频率为132kHz,并周期性地以132kHz为中心上下变动4kHz。
在4ms周期(频率为250Hz)内,完成一次从128 kHz 至136 kHz之间的频率抖动,其频率变化和开关电压波形如图1所示。
图1:频率抖动示意图采用相同外围电路进行对比测量,当初级峰值电流相同时,应用了频率抖动技术的电源其EMI测量结果如图2右图所示,未采用频率抖动技术的电源其EMI测量结果如图2左图所示,通过比较左右两图的准峰值(QP)和平均值(AV),明显可以看出,未采用频率抖动技术时,各次谐波较窄而且离散,幅值在谐波频率处较高;采用频率抖动技术时,谐波幅值降低并且变得平滑,高次谐波接近连续响应。
减小EMI的效果十分显著。
图2:EMI传导测量对比分析频率抖动技术的工作原理时,先要解释EMI测试标准及其测量原理。
电磁干扰测试标准及原理国际无线电干扰特别委员会(CISPR),美国联邦通信委员会(FCC)分别制定的CISPR22和FCC标准,分别应用于欧洲和北美。
欧洲EN55022标准等同于CISPR22标准。
A级为工业级,B级为民用级,B 级标准比A级标准严格。
其中150kHz-30MHz为传导测量范围,30MHz-1GHz为辐射测量范围,如图3所示。
图3:EN55022A级和B级标准测量电磁干扰的原理是用干扰分析仪将噪声信号中的频率分量,以一定的通频带选择出来,予以显示和记录,当连续改变设定频率时就能得到噪声信号的频谱。
干扰分析仪以9kHz频宽扫描整个频带,测量出噪声信号的准峰值和平均值,如图4所示。
开关电源过流点不稳定的原因
开关电源过流点不稳定可能由多种原因导致:
1. 电子组件老化或损坏:随着时间的推移,开关电源中的电子组件如开关管、稳压器、滤波电容等可能会出现老化或损坏。
这可能导致它们的工作能力下降,无法提供足够的电流或电压来支持高负载。
2. 控制回路问题:开关电源的控制回路负责监测和调节输出电压和电流。
如果控制回路出现问题,可能导致误差放大或无法正确响应负载变化,从而降低负载能力。
3. 超过额定负载能力:如果开关电源超过其额定负载能力,可能会导致电源无法正常供电,从而使其带载能力下降。
4. 过热问题:开关电源在长时间高负载下可能会过热,特别是如果散热系统不足或出现故障。
高温会影响电子元件的性能和可靠性,导致负载能力下降。
5. 内部元件和散热器的温度过高:可能导致电路不稳定,造成带载能力下降。
6. 内部的MOSFET损耗太大:开关损耗太大,变压器的寄生电容太大,造成MOSFET的开通、关断电流与Vds的交叉面积大。
7. 进线电源问题:过压及欠压对开关电源造成的危害,主要表现在器件因承受的电压及电流应力超出正常使用的范围而损坏。
8. 输出电压端问题:如滤波电容或整流二极管失效等,也可能导致输出电压不稳定。
为了确保开关电源的稳定运行,需要定期检查、维护和更换老化或损坏的部件,并确保散热系统正常工作。
正激开关电源加载振荡的原因
正激开关电源加载振荡是因为以下几个原因造成的:1. 电感和电容的选择不合适正激开关电源中的电感和电容是振荡电路的重要组成部分,其选择不合适会导致加载振荡。
电感的大小和电容的质量决定了振荡频率和稳定性,如果选择不当,就会导致振荡频率偏离设计值,甚至出现加载振荡现象。
2. 负载变化当正激开关电源的负载发生变化时,会导致振荡频率的变化,甚至出现加载振荡。
特别是在负载突变的情况下,振荡电路无法迅速适应负载变化,就会产生加载振荡。
3. 环境干扰正激开关电源工作时,受到环境因素的影响,比如温度变化、电磁干扰等,都会对振荡电路产生影响,导致加载振荡的发生。
4. 工艺制造不足正激开关电源的制造工艺如果不足,会导致电路中元器件的参数不稳定或者不准确,这也是加载振荡的一个重要原因。
针对以上原因,可以采取以下措施来解决加载振荡问题:1. 合理选择电感和电容,根据设计要求选取合适的参数,以确保振荡电路的稳定性和准确性。
2. 加强对负载变化的控制,可以采用反馈控制等方法,使振荡电路能够快速适应负载变化,避免加载振荡的发生。
3. 加强对环境干扰的防护,采取屏蔽措施和良好的环境管理,减少外界因素对振荡电路的影响。
4. 加强制造工艺控制,确保电路中元器件的参数稳定和准确,从根本上解决加载振荡的问题。
通过对加载振荡原因的分析和解决措施的探讨,可以有效提高正激开关电源的稳定性和可靠性,确保其正常工作,为各种应用提供稳定的电源支持。
振荡是指一个系统在受到外界干扰或者内部参数变化的情况下产生的周期性变化。
在电子电路中,振荡是一种常见的现象,正激开关电源加载振荡就是其中之一。
加载振荡是指在正激开关电源工作过程中,由于各种外部和内部因素的影响,使得输出电压或电流出现周期性的波动,而这种波动并非由负载的变化引起的,而是电路本身的工作状态发生变化引起。
加载振荡的出现会严重影响正激开关电源的稳定性和可靠性,甚至在严重情况下可能会导致电路的失效。
开关电源的间歇振荡
开关电源的间歇振荡开关电源的间歇振荡,是一种较为常见的故障现象,故障率远远高于无输出电压、输出电压偏高或偏低,其检修难度和故障表现,也简单于上述三种故障。
其表现为:输出电压时高时低或时有时无,伴随稍微的“嗒、嗒”声,或“唧咦,唧咦”声。
假如简洁梳理一下,其故障缘由,可分述为过载型、欠电压型、空载型等三种状况。
1、过载型该型故障在四种故障中,较为常见,检修难度为二星级。
通常由开关变压器二次侧的整流二极管击穿、滤波电容漏电,或负载电路的IC 器件、散热风扇等损坏所致。
当解除相应负载支路后,或摘除电源本身故障元件后,电源即由间歇振荡转为正常输出状态。
①若属电压采样,如+5V负载支路或电源本身产生的故障(如滤波电容漏电),测其它支路的输出电压上冲最大值,可能会略超过额定电压,如+15V输出可能会上冲至+17V;②若属稳压采样以外的供电或负载支路产生的故障,则输出电压上冲最大值一般会小额定值。
如+15V输出上冲为8V。
虽属间歇振荡,但输出电压有肯定的幅度。
2、欠电压型通常由于3844的7脚供电支路不良,或开关变压器一次绕组所并联开关管反向电流汲取回路有漏电元件所造成,检修难度为三星级或四星级。
①由于3844的7脚供电支路不良,如整流二极管低效(测量正、反向电阻和导通压降,都是好的)、滤波电容失效,如从100u变为10u。
不能正常供应振荡芯片所需的工作能量(开关管的激励能量),马儿不能吃饱,也就拉不动车。
此类故障,假如确认其稳压环节尚属正常的话,为3844的7、5脚供应外加DC18V电源后,电源即由失常变为正常,若此时检查滤波电容无问题,要毫不迟疑地换掉整流二极管!②开关变压器一次绕组所并联开关管反向电流汲取回路有漏电元件,使自供电绕组的感生电压大为降低,也不足以供应振荡芯片和开关管所需的工作能量。
检查3844的7脚供电支路无特别后,检查重点,就应当转移至本电路上来。
故障产生的根源以高速高反压二极管或稳压管的漏电最为常见,而困难的是,测量二极管或稳压器,感觉又是好的。
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浅析开关电源中的频率抖动
我们知道在固定频率PWM控制器中,窄带发射通常发生在开关频率,其连续谐波的能量会越来越低。
采用频率抖动技术(Frequency Jitter)的着眼点在于分散谐波干扰能量,我们使得开关电源的工作频率并非固定不变,而是周期性地变化,由于EMI发射分布在较广的频率范围而不是在窄带频率下工作,因此可降低EMI发射的峰值。
抖动振荡器也将降低谐波频率(即为开关频率倍数的频率)的峰值。
发射量的减少取决于调制频率的选择(抖动率)、抖动带宽以及接收器的分辨带宽。
注意:当然对降低高频非谐波发射起到的作用微乎其微。
这些发射是由于寄生LC电路、二极管反向恢复电流等在交换节点的振铃导致的。
添加缓冲器、栅极驱动电阻器或使用软恢复二极管是降低这些发射的常见的解决方法。
缺点:抖动振荡器将给输出电压添加少量纹波(纹波的频率等于抖动频率),通常远小于由于电容ESR和电感电流产生的输出电压纹波的频率(开关频率),抖动产生的输出纹波的幅度与额定输出纹波的幅度相比相对较。