切换式电源供应器是利用电路中的功率组件做 ON/OFF 反复变化,将输入电压经过整流滤波后所得到之直流电压以一定的频率切换,再将其结果加以滤波,即可得一固定的输出电压。其主要目的是在已知的输入电压下,藉由功率开关的导通与截止动作来控制输出电压的大小,在固定的切换频率(fs=1/Ts=1/(ton+toff))下,输出电压的平均值可藉由ton和toff的大小来决定,此种控制方式也就是所谓的脉波宽度调变切换。 在固定切换频率下,控制开关的信号可由控制电压VC 和连续性的锯齿波Vst经由比较器而产生,控制电压VC为误差放大器的输出,其值可由参考电压Vref和实际输出电压Vo比较后的差值来控制。连续性锯齿波电压为一固定切换频率之波形,在一般的脉冲宽度调变切换控制下,其切换频率为 10KHz~200KHz。当误差放大器的控制电压 VC 大于连续性锯齿波 Vst时 ,控制开关讯号为高电位,使功率晶体管呈导通状态。反之,当误差放大器的控制电压 VC 小于连续性锯齿波 Vst 时,控制开关讯号为低电位,使功率晶体管呈截止状态,图2(a)为脉冲宽度调变切换控制功能方块示意图,图2(b)为脉冲宽度调变切换控制之相关波形图。
图3为一返驰切换式电源供应器电路图。这个电路是利用AIC3842来做脉冲宽度调变控制,RT、CT会提供一连续性三角波并与VREF做比较,比较过后的输出电压可用来切换晶体管UFN833,藉由晶体管的ON、OFF使变压器一次侧电压产生正负极性变化的动作,此时二次侧整流器会有顺偏、逆偏的动作,而使输出电压产生震荡,经过电容器的滤波后可得到一稳定的输出电压。
滤波器设计原理
图 4 为本文所使用之 π 型电磁干扰滤波器架构。图中包括了 CM 电感、DM 电感、X 电容及 Y 电容各两个以及一个泄放电阻。以下将分别针对共模及差模噪声之产生,将其简化成共模及差模等效电路。
CM等效电路
要将图 4 的电路简化成共模等效电路只需将 X 电容去掉,并以接地点为中性线将电路对折,此时电感值变为一半,而电容值由于并联的关系变成两倍,其等效电路简化流程如图5所示。
DM等效电路
要将图4的电路简化成差模等效电路只需将Y电容的接地拿掉,此时Y电容的值变成1/2倍,而共模电感LC以漏电感代替(这是因为共模电感在差模时只有其漏电感有作用),并将差模电感拿到一边,其等效电感量变为原来的两倍,其等效电路
流程如图6所示。
滤波器组件之设计
A、 利用量得的噪声大小来计算其所需的衰减量(VATT)
VATT=VACT-VlimIT(dB) (1)
其中VACT:实际所量测的噪声值
Vlimit:法规之限制值
B、 计算其转折频率
由于共模等效电路各有一个电感及电容 ,因此其衰减斜率可用40dB/decade来计算 ,得转折频率(fR)为
其中fnoise 为需要衰减的噪声频率
C、 计算滤波器组件值
首先考虑漏地电流(Ig的限制),进而求出CY电容的大小,其值可由下式计算得到