開關(guān)電源的仿真分析

摘 要：建立了開關(guān)電源的Pspice仿真電路模型，著重仿真了開關(guān)電路及輸出電路的電壓、電流，較直觀地揭示了開關(guān)電源中電磁干擾產(chǎn)生及存在的本質(zhì)，提出了解決其電磁干擾問題的措施。

關(guān)鍵詞：開關(guān)電源；仿真；電磁干擾

在開關(guān)電源中，開關(guān)管的電壓接近方波，含有豐富的高次諧波，同時，由于開關(guān)變壓器的漏電感及分布電容以及開關(guān)器件的工作狀態(tài)非理想，在高頻開或關(guān)時，常常會產(chǎn)生高頻、高壓的尖峰高次諧波振蕩，該諧波通過開關(guān)管的散熱器對地之間的分布電容傳送到輸入端；也可以通過變壓器初次級間的耦合電容及變壓器的對地電容通過輸出回路傳送到輸入端。因此，開關(guān)電源中存在著較嚴(yán)重的電磁干擾。

本文以12V、0.85A的反激式開關(guān)電源為例，見圖1，應(yīng)用仿真軟件Pspice進(jìn)行研究，仿真分析了開關(guān)電源中的電流和電壓的特點，探究了電源的EMC問題的解決策略。

圖1 12V，0.85A的反激式開關(guān)電源

圖2 反激式開關(guān)電源的Pspice仿真電路

1 開關(guān)電路的電流、電壓

下圖3依次是開關(guān)管漏源電壓、漏極電流、高頻變壓器原邊電流、RCD吸收電路的電流、漏極對地電容的電流：

圖3

由圖3可以總結(jié)出此反激式開關(guān)電源波形的幾個特點：（1）波形均為脈沖波形，頻率為40KHz；（2）開關(guān)管的導(dǎo)通時間極短，此電路參數(shù)下為6uS左右。（3）除開關(guān)管的電流，都疊加著振蕩波形，即文獻(xiàn)資料中所說的“振鈴”。

2 由漏電感引起的開關(guān)管的電壓尖峰及高頻振蕩

圖4是無RCD鉗位電路時開關(guān)管漏源電壓的波形。圖中，開關(guān)管截止瞬間的電壓尖峰和高頻振蕩由高頻變壓器的漏感引起，產(chǎn)生了659.055V的瞬間電壓，這同有RCD鉗位電路（圖3）相比（最高電壓為500V左右），高出了159V。

此開關(guān)管的額定電壓為600V，且工作在高頻狀態(tài)，如果不采取措施，開關(guān)管很容易損壞，造成整個電源不能正常工作，作為設(shè)備的驅(qū)動裝置，這是不允許的。

3 開關(guān)管漏極電壓突變引起的干擾電流

由于開關(guān)管的漏源電壓極高，且導(dǎo)通和截止的時間極短，使開關(guān)管漏極對地等效電容Cp產(chǎn)生了較大的干擾電流。由圖5可知，開關(guān)管導(dǎo)通瞬間產(chǎn)生的最大電流為1.8985A，截止瞬間產(chǎn)生的最大電流為377.665mA。

圖5 開關(guān)管漏極對地電容的電流波形

Cp在本電路中由開關(guān)管的散熱片對地電容、變壓器原邊對地電容、變壓器初次級間的耦合電容、變壓器副邊的對地電容、輸出整流二極管的電容等構(gòu)成。由于開關(guān)電源的共模干擾主要就是漏源高壓的瞬間突變產(chǎn)生的，其電流的大小與漏源電壓的變化率、電容的容量成正比，因此應(yīng)采取一定的措施減小Cp。

4 輸出電路的仿真分析

輸出電路由整流二極管、濾波電路等構(gòu)成。 圖6依次為開關(guān)管漏源電壓、輸出整流二極管陽極電壓、二極管電流、輸出直流電壓的波形。由圖可知，整流二極管的陽極電壓同開關(guān)管的漏極電壓一樣，也存在著瞬間突變，因此產(chǎn)生了干擾電流。

圖6

為了減小輸出端口對傳導(dǎo)騷擾的影響可以采取如下措施：（1） 采用帶屏蔽層的高頻變壓器，減小原副邊的耦合電容。（2） 在輸出“地”與輸入“地”之間跨接一個高頻電容，可以旁路一部分騷擾電流，使流向電源輸入端的干擾電流減小。（3）在輸出電路中加入共模、差模濾波電路，對輸出端的高頻干擾進(jìn)行抑制。

參考文獻(xiàn)

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