同一組合內(nèi)模塊電源和線性電源的電磁兼容性的主要措施介紹
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摘要：介紹某雷達(dá)用低壓電源的研制，著重介紹同一組合內(nèi)模塊電源和線性電源的電磁兼容性。此組合電源研制成功后，經(jīng)使用表明，設(shè)計(jì)是可行的。 Electromagnetic Compatibility of Modular and Linear Power Supply in Same Assembly Abstract: This paper introduces preparation of low voltage power supply for use in a certain radar,emphatically introduces electromagnetic compatibility of modular and linear Power Supply in same assembly. After the assembly power supply is developped,it′ s practical result testifies this design being feasible. Keywords:Modular power supply,Linear power supply,Electromagnetic compatibility 中圖法分類號：TN97文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號：02192713(2000)0838002 1引言 線性穩(wěn)壓電源具有紋波小、干擾小等優(yōu)點(diǎn)，然而存在體積大、效率低、散熱難等缺點(diǎn)。開關(guān)電源頻率高，因而體積和重量大大減小。但是瞬態(tài)響應(yīng)較差、干擾大，因此開關(guān)電源的應(yīng)用受到一定限制。如果將兩者結(jié)合起來，取其各自優(yōu)點(diǎn)就可以滿足特定的任務(wù)要求（即多路輸出、體積小、指標(biāo)高），但電磁兼容問題需要考慮。 某雷達(dá)要求在一個(gè)較小的組合內(nèi)提供7路電源，具體電氣指標(biāo)如下： 輸入：單相400Hz，200V±5％； 輸出：7路直流輸出，如表1所示。 表1 7路電源的直流輸出序號 電壓（V） 電流（A） 調(diào)整范圍（V） 穩(wěn)定度（％） 紋波（mV） 用途 1 ＋15.0 2.0 ±0.75 0.1 2 接收機(jī) 2 －15.0 0.15 ±0.75 0.1 2 接收機(jī) 3 ＋5.0 1.0 ±0.25 0.1 2 接收機(jī) 4 －5.0 1.0 ±0.25 0.1 2 接收機(jī) 5 ＋8.0 2.0 ±0.25 0.1 2 A/D 6 －8.0 2.4 ±0.25 0.1 2 A/D 7 ＋5.0 30 ±0.25 0.5 80 CPU
前6路穩(wěn)定度指標(biāo)要求高，要用線性電源。串聯(lián)線性電源調(diào)整管與負(fù)載串聯(lián)，利用負(fù)反饋原理，通過改變調(diào)整管集電極、發(fā)射極間電壓來完成穩(wěn)壓。與分立器件穩(wěn)壓器相比，集成穩(wěn)壓器具有體積小、成本低、使用方便、性能指標(biāo)高等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)負(fù)載電流不同，選用性能優(yōu)異的集成三端穩(wěn)壓器LM150、LM117，電路見圖1，輸出電壓：
圖1串聯(lián)線性電源原理圖
UO=1.25×[(R2＋RP)/R1＋1]
設(shè)計(jì)時(shí)注意以下幾點(diǎn)：
（1）電阻R1直接焊接在集成穩(wěn)壓器的輸出管腳和調(diào)整管腳上，否則，將影響集成穩(wěn)壓器的負(fù)載調(diào)整率；
（2）電阻R1和R2選擇高穩(wěn)定性的同種材料電阻，RP也要用高穩(wěn)定性的電位器，以保證輸出電壓的穩(wěn)定度；
（3）電容C1容量滿足C1>2000×I0（μF），I0為負(fù)載電流。
5V/30A是用VICOR公司生產(chǎn)的模塊電源實(shí)現(xiàn)
的，電路見圖2。交流輸入經(jīng)整流模塊整流為未穩(wěn)直流電壓，經(jīng)直流/直流變換器變成所需的直流輸出。VICOR模塊電源具有體積小，其VI－200系列尺寸為11.68cm×6.1cm×1.27cm；效率高，超過80％；功率密度高達(dá)50瓦/立方英寸等優(yōu)點(diǎn)。
VICOR模塊電源的核心是零電流開關(guān)技術(shù)，其框圖及工作波形見圖3。
PWM開關(guān)電源，工作頻率固定，通過改變脈寬來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓，而VICOR模塊電源脈寬固定，改變開關(guān)頻率以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。PWM方式中，開關(guān)管工作電壓、電流波形為方波，開、關(guān)時(shí)工作電流較大，而VICOR模塊電源，當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，流過開關(guān)管的電流為半波整流正弦波，功率開關(guān)管在打開或關(guān)斷時(shí)的電流為零，大大地降低了開關(guān)損耗，這就是VICOR所謂的“零電流”開關(guān)技術(shù)。VICOR模塊電源的諸多優(yōu)點(diǎn)，就是得益于這一技術(shù)。
任何電源都會(huì)產(chǎn)生噪聲或干擾，尤其是開關(guān)電源，功率器件工作在開關(guān)狀態(tài)，存在較高的dv/dt和di/dt，容易形成干擾，VICOR模塊電源工作頻率隨負(fù)載不同從幾十千赫到幾兆赫變動(dòng)，干擾的頻帶寬。而接收機(jī)和A/D轉(zhuǎn)換都是雷達(dá)中對噪聲要求較高的單元，處理不好，會(huì)帶來諸多不良影響，那么如何降低電源噪聲，減小開關(guān)電源和線性電源的互相影響？
對于開關(guān)電源，隨著每單位體積輸出功率的增加，靜電場dv/dt和電磁場di/dt強(qiáng)度也隨之增加，干擾也就增大。VICOR電源模塊采用“零電流”技術(shù)，di/dt小，主要是dv/dt靜電場，屬近場，強(qiáng)度隨距離平方而減小。對此靜電場屏蔽是很有效的，在模塊上加了一個(gè)屏蔽罩，在與模塊相對的印制板上設(shè)有大面積接地平面，同時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，在開關(guān)電源和線性電源之間加以金屬板隔離，以減小干擾。
圖2 開關(guān)穩(wěn)壓電源原理圖
圖3零電流開關(guān)電源原理及波形圖
傳導(dǎo)干擾分共模干擾和差模干擾兩種。對VICOR模塊電源來說，共模干擾電流指的是加在模塊兩個(gè)輸入端的干擾同相分量，會(huì)產(chǎn)生磁場輻射。要在兩輸入端到模塊板加一LESR、LESL的“Y”電容，且引線要盡可能短，以減小寄生電感。本組合中，線性電源和開關(guān)電源共用同一相交流電源，選用合適的電網(wǎng)濾波器并正確安裝，可以防止射頻能量沿電源線傳播，污染電網(wǎng)。
差模干擾則是以反相或反向流進(jìn)以上兩端的干擾電流，在模塊兩輸入端要加一“X”電容，該電容盡可能靠近模塊，以減小耦合回路面積。
〖注〗有關(guān)“Y”電容及“X”電容，見本期P.375頁。
線性電源中，變壓器存在漏磁，低頻磁場很難屏蔽，在組合中，變壓器與印制板的最大距離不足3cm，是一個(gè)很大的干擾源。資料介紹，R型變壓器因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，而具有體積小、重量輕、損耗小、漏磁和分布電容小等優(yōu)點(diǎn)，其漏磁約為EI型的1/10，經(jīng)測試比較，在該電源中，選用了R型變壓器。
線性電源采用橋式整流，在半導(dǎo)體二極管的反向恢復(fù)時(shí)間內(nèi)，硅橋呈直通狀態(tài)，平滑濾波電容器通過直通硅橋快速放電效應(yīng)和變壓器寄生分量結(jié)合，就會(huì)使整流部分成為較嚴(yán)重的干擾源。減小整流部分干擾的方法除減小變壓器漏感外，可在整流橋兩交流端加一小電容，電源輸入線加電網(wǎng)濾波器，用雙絞線減小平滑濾波電容和硅橋充電回路的面積，以減小耦合。
另外，在組合內(nèi)部布線時(shí)，注意把攜有噪聲的器件和導(dǎo)線與干擾敏感布線隔開，用雙絞線代替平行線，交流線、高電位線，盡量與低壓直流線遠(yuǎn)離，不要扎在一個(gè)線束內(nèi)。
3結(jié)語
抑制干擾的措施很多，本文只介紹了本組合所用到的主要措施。電源做出來后，滿足了要求，用戶使用到今，比較滿意。
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