專利名稱：一種消除開關(guān)電源差模噪聲的設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種開關(guān)電源，更具體的說，涉及一種消除開關(guān)電源內(nèi)部差模噪聲的
設(shè)計方法。
背景技術(shù)：
在電子產(chǎn)品快速發(fā)展的今天，幾乎在世界的每一個角落都存在著各種電子產(chǎn)品， 它們提高了我們的生活質(zhì)量。但是它們給我們的生活也帶來了很多麻煩，其中最令人頭痛 的是電磁干擾。如果一個電子產(chǎn)品的電子干擾比較嚴重，它會使它周圍的電子產(chǎn)品無法正 常工作，甚至發(fā)生我們意想不到的結(jié)果，給人們帶來危險。 在很多國家，電磁干擾也被強制限制，比如中國的CCC認證，歐洲的的CE認證。在 現(xiàn)在競爭激烈的市場經(jīng)濟體制下，為了進一步提升自己產(chǎn)品的質(zhì)量，贏得更大的市場占有 率，很多公司都進行電磁干擾方面的認證。 電磁場是摸不著，看不到的東西，必須采用專用設(shè)備測試。這樣給設(shè)計人員帶來很 多困難，特別是缺乏測試設(shè)備的公司。 開關(guān)電源作為一種非常常用的電子產(chǎn)品，也存在著電磁干擾，其無疑對正常使用 產(chǎn)生一定的影響。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種消除開關(guān)電源差模噪聲的設(shè)計方法，該方法 能夠有效消除開關(guān)電源中產(chǎn)生的差模噪聲，降低開關(guān)電源的電磁干擾，而且可以簡化設(shè)計， 減少成本。 為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下 —種消除開關(guān)電源差模噪聲的設(shè)計方法，包括減小開關(guān)電源輸入端電容的等效阻 抗以及在整流橋堆的前端設(shè)置由電感L和電容C組成的LC濾波器，還包括一個消除開關(guān)電 源振蕩頻率漂移的電路。 所述消除開關(guān)電源振蕩頻率漂移的電路是用晶振產(chǎn)生振蕩頻率，然后再采用計數(shù) 器降頻。 所述晶振的頻率是3 100MHZ，所述計數(shù)器采用一級或多級計數(shù)器。 更優(yōu)選方案是上述晶振的頻率是12MHZ，所述計數(shù)器采用一級計數(shù)器。 所述減小開關(guān)電源輸入端電容等效阻抗的方法是輸入電容采用多個等效小電容
并聯(lián)；或者，所述減小開關(guān)電源輸入端電容等效阻抗的方法是在輸入電容旁邊并聯(lián)一小
的聚酯電容，其一端放置于變壓器初級的輸入腳，其另一端放置于輸入電容的地端。
所述電感L和電容C組成的LC濾波器中電感和電容的計算方法是假設(shè)輸入電
容的等效串聯(lián)電阻為Rc，開關(guān)電源工作時的紋波電流為Isw，此時輸入電容兩端的噪聲電
壓為Vcv = Rcxlsw，同時假設(shè)此開關(guān)電源沒有差模濾波器，則此時頻譜分析儀測試到的噪
聲電流為IUSN = V/100 = Rcxlsw/100，其中100為頻譜分析儀的規(guī)定差模阻抗，為2個50歐姆電阻串聯(lián)，則在每一電阻上的噪聲電壓為Vn。ise = IUSNx50 = 0. 5xRcxIsw，將噪聲 電壓用dBiiV單位表示為601g(500xRcxIsw)，設(shè)開關(guān)電源的工作頻率為&，輸入電容在 頻率為fs時的串聯(lián)等效電阻為Rcfs，則這時的噪聲電壓為601g(500xRcfsxIsw)，那么在 測試起點頻率為150KHz時的噪聲為-201g(150 000/fs)+601g(500xRcfsxlsw)，根據(jù)歐標 CISPR22-B在此頻率時限制噪聲為66dBii V的標準，則必須衰減的噪聲為-201g(150 000/ f》+601g(500xRcfsxIsw)-66，設(shè)LC濾波器的截止頻率為fBK，同時此濾波器對噪聲的衰減 速率為40dB，則有-201g(150 000/fs)+601g(500xRcfsxIsw)-66 = 40xlg(150 000/fBK)由 此計算出LC濾波器的截止頻率f^而該截止頻率又可以表示為fBK = l/[2 (LC)"]，那 么LC = 1/(2 嚴)2，這樣就可以計算出LC的值，然后先確定電容C的值，再確定電感L的 值。 從頻帶上來看，差模噪聲的基波頻率與開關(guān)頻率相同，目前多數(shù)開關(guān)電源的工作 頻率在150KHz以下，這一頻率在EMC測試以外，不用考慮。但是它的高次諧波卻在測試范 圍之中，導(dǎo)致有較寬的要處理的噪聲。另一方面，現(xiàn)在的開關(guān)電源的工作頻率振蕩器多為電 阻R和電容C組成的RC振蕩器，所以工作頻率隨著參考電壓及其溫度變化而變化。 一旦基 波頻率漂移，其高次諧波也跟著漂移。要在非常寬的頻帶上設(shè)計差模濾波器，比較困難，同 時也增加了成本。本發(fā)明采用晶振來產(chǎn)生電源的振蕩頻率，然后再用計數(shù)器降頻，而且頻率 越高，采用多級計數(shù)器降頻后的頻率越穩(wěn)定。該方案有效消除了 RC振蕩器的漂移缺陷，再 合理的設(shè)置整流橋堆前端的LC濾波器，使開關(guān)電源產(chǎn)生的差模噪聲得到有效消除，且本設(shè) 計方法簡單合理，不增加成本。


以下通過附圖對本發(fā)明技術(shù)方案予以詳細描述 圖1是開關(guān)電源差模噪聲產(chǎn)生原理分析圖； 圖2是消除圖1開關(guān)電源噪聲源中振蕩頻率漂移的電路圖； 圖3是頻譜分析儀測試噪聲電流連線圖； 圖4是本發(fā)明設(shè)計方法實施例示意圖。
具體實施例方式
圖l所示為開關(guān)電源輸入端濾除開關(guān)噪聲的電路簡圖，圖中的Idm為差模噪聲電 流(差模噪聲電流的方向是變化的)，從圖上可以看到差模噪聲是由整流橋堆BDl傳出來 的。如果從整流橋堆BD1看進去，差模噪聲的阻抗Zdm主要是輸入電容CI和C2的等效串 聯(lián)電阻ESR，假設(shè)輸入電容的等效串聯(lián)電阻ESR為零(忽略其它所有寄生電容參數(shù))，則就 沒有差模噪聲。 從時間上來看，差模噪聲的產(chǎn)生有兩個階段在開關(guān)電源的功率MOSFET高頻開關(guān) 的過程中，當整流橋堆BD1其中的兩個二極管導(dǎo)通時，高頻開關(guān)電流及其高次諧波不能被 輸入電容CI和C2全部旁路掉，從而使這些噪聲傳到整流橋堆BD1的左側(cè)，此時差模噪聲表 現(xiàn)為電壓源的形式，如果在整流橋堆BD1的左側(cè)加一 X電容(如上圖的CXI)，就可以將差模 噪聲基本旁路掉。當整流橋堆BD1的所有整流二極管全部關(guān)斷時，差模噪聲以電流源的形 式存在，它是通過暫時拉低整流橋堆BD1 二極管的陽極電壓而表現(xiàn)為電流源。差模噪聲的
4這種表現(xiàn)形式很難用電容CXI消除它。從上面的分析可以知道差模噪聲是以上述兩種模 型交替切換，其切換頻率是電網(wǎng)電壓的兩倍。而差模噪聲電流方向變化頻率與交流電流的 頻率相同。 圖2是圖1開關(guān)電源噪聲源中消除振蕩頻率漂移的電路圖。由晶振Y產(chǎn)生振蕩頻 率，再通過計數(shù)器的分頻，形成恒定的頻率輸出。 圖4是本發(fā)明設(shè)計方法實施例示意圖，從圖2中輸出的恒定頻率通過電源管理芯 片來控制功率M0SFET高頻開關(guān)管。圖4中電感Ldm以及電容CX2組成整流橋堆前端的LC 濾波器。在計算該電感Ldm以及電容CX2時，需要通過圖3所示的頻譜分析儀測試出噪聲 電流來進行計算。
權(quán)利要求
一種消除開關(guān)電源差模噪聲的設(shè)計方法，包括減小開關(guān)電源輸入端電容的等效阻抗以及在整流橋堆的前端設(shè)置由電感L和電容C組成的LC濾波器，其特征在于還包括一個消除開關(guān)電源振蕩頻率漂移的電路。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除開關(guān)電源差模噪聲的設(shè)計方法，其特征在于所述消除 開關(guān)電源振蕩頻率漂移的電路是用晶振產(chǎn)生振蕩頻率，然后再采用計數(shù)器降頻。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的消除開關(guān)電源差模噪聲的設(shè)計方法，其特征在于所述晶振的頻率是3 IOOMHZ，所述計數(shù)器采用一級或多級計數(shù)器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的消除開關(guān)電源差模噪聲的設(shè)計方法，其特征在于所述晶振 的頻率是12MHZ，所述計數(shù)器采用一級計數(shù)器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除開關(guān)電源差模噪聲的設(shè)計方法，其特征在于所述減小開關(guān)電源輸入端電容等效阻抗的方法是輸入電容采用多個等效小電容并聯(lián)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除開關(guān)電源差模噪聲的設(shè)計方法，其特征在于所述減小 開關(guān)電源輸入端電容等效阻抗的方法是在輸入電容旁邊并聯(lián)一小的聚酯電容，其一端放 置于變壓器初級的輸入腳，其另一端放置于輸入電容的地端。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一所述的消除開關(guān)電源差模噪聲的設(shè)計方法，其特征在于所述電感L和電容C組成的LC濾波器中電感和電容的計算方法是假設(shè)輸入電容的 等效串聯(lián)電阻為Rc，開關(guān)電源工作時的紋波電流為Isw，此時輸入電容兩端的噪聲電壓 為Vcv = Rcxlsw，同時假設(shè)此開關(guān)電源沒有差模濾波器，則此時頻譜分析儀測試到的噪 聲電流為IUSN = V/100 = Rcxlsw/100，其中100為頻譜分析儀的規(guī)定差模阻抗，為2個 50歐姆電阻串聯(lián)，則在每一電阻上的噪聲電壓為Vn。ise = IUSNx50 = 0. 5xRcxIsw，將噪聲 電壓用dBiiV單位表示為601g(500xRcxIsw)，設(shè)開關(guān)電源的工作頻率為&，輸入電容在 頻率為fs時的串聯(lián)等效電阻為Rcfs，則這時的噪聲電壓為601g(500xRcfsxIsw)，那么在 測試起點頻率為150KHz時的噪聲為-201g(150000/f;)+601g(500xRcfsxIsw)，根據(jù)歐標 CISPR22-B，在此頻率時限制噪聲為66dBii V的標準，則必須衰減的噪聲為-201g(150000/ f》+601g(500xRcfsxIsw)-66，設(shè)LC濾波器的截止頻率為fBK，同時此濾波器對噪聲的衰減 速率為40dB，則有-201g(150000/fs)+601g(500xRcfsxIsw)-66 = 40xlg(150000/fBK)由此 計算出LC濾波器的截止頻率f^而該截止頻率又可以表示為fBK= 1/[2ji (LC)"]，那么 LC = 1/(2 k f^2，這樣就可以計算出LC的值，然后先確定電容C的值，再確定電感L的值。
全文摘要
一種消除開關(guān)電源差模噪聲的設(shè)計方法，包括減小開關(guān)電源輸入端電容的等效阻抗以及在整流橋堆的前端設(shè)置由電感L和電容C組成的LC濾波器，還包括一個消除開關(guān)電源振蕩頻率漂移的電路；所述消除開關(guān)電源振蕩頻率漂移的電路是用晶振產(chǎn)生振蕩頻率，然后再采用計數(shù)器降頻，輸出恒定的振蕩頻率；同時合理計算LC濾波器中電感L和電容C的取值，消除開關(guān)電源產(chǎn)生的差模噪聲，減少電磁干擾現(xiàn)象，且本方法設(shè)計簡單，不增加成本。
文檔編號H02M1/00GK101741236SQ20091024776
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者蒲文旭 申請人:上海力申科學(xué)儀器有限公司