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电气噪声的来源和种类

控制高频噪声的产生和辐射是开关电源和生产系统设计中最为复杂的一门“墨盒”艺术。这是一门来源于书本的学科,并且它是阻碍产品进入市场领域的最后一个环节。

当电压或电流波形中有快速跳变时就会产生噪声。在开关电源中,许多波形是周期性的,也就是说,包含高频边缘的脉冲信号在可预知的脉冲重复频率(PRF)下重复。对于矩形波脉冲串,周期的倒数决定了波形的基波频率。一个矩形波的傅里叶变换中包含大量基频的谐波。两倍脉冲边缘上升时间或下降时间的倒数给出了这些边缘引起频率分量的频率,典型值在兆赫范围,而它的谐波频率就更高了。

在PWM开关电源中,矩形波脉冲宽度会随着设备的运行情况而连续变化。其结果是一种接近于白噪声的典型能量分布,基频谱显示为一些峰值,其振幅随着频率增加而起伏变化。频谱的成分会延伸到远高于100MHz以上。如果没有经过滤波和屏蔽,就会干扰消费者的其他电子设备。准谐振和谐振变换开关电源具有一个极具吸引力的辐射频谱形状。这是因为开关转换过程中电流、电压变化被谐振单元强制在一个较低的频率上,因此只有低频频谱成分可以显示出来(低于30MHz)。变换过程中电流、电压较低的变化率是形成上述现象的原因。较高频率的频谱成分几乎不存在。准谐振和软开关变换器很“静音”,易于滤波

传导噪声,也就是噪声电流,经电源线路及任何输入或输出线路流出产品外壳,以两种形式显示出来:共模方式和差模方式。共模方式的噪声不通过接地线,而通过输入电源线传输,并能够通过输入电源线路测量。差模方式的噪声只能通过从接地线到一条输入电源线测量得到。噪声电流实际上由接地导线流出。每种模式的噪声与滤波器拓扑有关,每种电源都需要有两种类型的输入滤波器。这些滤波器包含的电感和电容分别被称为“X”和“Y”元件。X元件在功率线路中滤掉共模噪声,而Y元件在功率线路和接地线之间,滤掉差模噪声。

检测机构要同时检查辐射和传导噪声。辐射噪声的检测是在离产品一定特定距离(1m)的地方旋转一个校准天线和接收器,关在吉赫区域内画出频谱。辐射噪声对其他设备产生干扰,而传导噪声使用电源线路和I/O线路来传递噪声,因此也需要检测。传导噪声的检测是将调频电流互感耦合到输入电源线路上,检测频谱上限达1GHz。


本文节选自《开关电源设计指南》,由镭之源光纤激光电源收集整理。
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