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利用谐振解决电源电压输出尖刺问题

导读: 众所周知,开关电源与线性电源相比有许多优点,最突出的就是其效率高。高效率又带来或造成了其他的许多优点。但是开关电源又有一个突出的缺点,就是输出电压中尖刺形成分很大,简称尖刺很大。

  众所周知,开关电源与线性电源相比有许多优点,最突出的就是其效率高。高效率又带来或造成了其他的许多优点。但是开关电源又有一个突出的缺点,就是输出电压中尖刺形成分很大,简称尖刺很大。

  尖刺大造成了许多问题,它对输入电网和输出负载形成了高频躁扰,影响负载和其它设备的工作。

  这就在许多领域中限制了它的应用。本文论述如何利用谐振现象,以一个简单的处理方法,达到减小尖刺的目的。

  一、尖剌产生的原因尖刺是怎样产生的呢

  原来,实际上能做出来的电感、电容元件和安装电路,自身总存在一定的分布电容和分布电感。

  它们组成了比较复杂的电路,有一个或几个谐振频率点,在迂到同频率的电压谐波时,就会产生衰减振荡,第一个正半波就是尖刺。在实际中,分布电容大约在几个PF以下,分布电感大约在几个MH以下。这种谐振频率大约处于OMc以上的范围内。由于滤波电路接受的是方波形的电压,而这种电压波形含有很丰富的高次谐波,也就是说高次谐波的幅值比较大。在现在常用的设计中,开关电源的基波频率一般定在30至300Kc范围内,那么在10Mc以上范围的高次谐波就会有较大的幅值,因此形成尖刺几乎是必然的。开关电源是由开关管产生占空比可变的方波电压,然后通过LC电感电容滤波电路变成平直的直流输出电压,上面叠加着尖刺。问题在于,这种尖刺很难被滤除掉。这与电压的大小、安装电路的形状等有关,一般在几十mV至一百多mV。

  二、减小尖剌的方法

  怎样才能减小尖刺、使它处于几毫伏甚至小于一毫伏呢,从以上工业科技发展分析可以看出,在滤波环节上下功夫难以有很大的效果,因为要消除分布电容电感是做不到的。

  采用多级滤波虽能减小尖剌,但使系统不稳定,容易造成自激。

  可以在削弱开关波形的高次谐波幅值上想办法。在富利叶级数展开后,可以看出:方波高次谐波的幅值是与次数成反比,

  An=K/n

  n是谐波次数,K是常数。

  三角波高次谐波的幅值是与次数的平方成反比,

  An=K/n2.

  这就是说,三角波与方波相比,其高次谐波的幅值要小得多。

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