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PWM控制电路的基本构成及工作原理

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:介绍了PWM控制电路的基本构成及工作原理,给出了美国Silicon General公司生产的高性能集成PWM控制器SG3524的引脚排列和功能说明,同时给出了其在不间断电源中的应用电路。

    关键词:PWM SG3524 控制器

引言

开关电源一般都采用脉冲宽度调制(PWM)技术,(范文先生网www.fwsir.com收集整理)其特点是频率高,效率高,功率密度高,可靠性高。然而,由于其开关器件工作在高频通断状态,高频的快速瞬变过程本身就是一电磁骚扰(EMD)源,它产生的EMI信号有很宽的频率范围,又有一定的幅度。若把这种电源直接用于数字设备,则设备产生的EMI信号会变得更加强烈和复杂。

本文从开关电源的工作原理出发,探讨抑制传导干扰的EMI滤波器的设计以及对辐射EMI的抑制。

1 开关电源产生EMI的机理

数字设备中的逻辑关系是用脉冲信号来表示的。为便于分析,把这种脉冲信号适当简化,用图1所示的脉冲串表示。根据傅里叶级数展开的方法,可用式(1)计算出信号所有各次谐波的电平。

PWM控制电路的基本构成及工作原理

式中:An为脉冲中第n次谐波的电平;

Vo为脉冲的电平;

T为脉冲串的周期;

tw为脉冲宽度;

tr为脉冲的上升时间和下降时间。

开关电源具有各式各样的电路形式,但它们的核心部分都是一个高电压、大电流的受控脉冲信号源。假定某PWM开关电源脉冲信号的主要参数为:Vo=500V,T=2×10-5s,tw=10-5s,tr=0.4×10-6s,则其谐波电平如图2所示。

图2中开关电源内脉冲信号产生的谐波电平,对于其他电子设备来说即是EMI信号,这些谐波电平可以从对电源线的传导干扰(频率范围为0.15~30MHz)和电场辐射干扰(频率范围为30~1000MHz)的测量中反映出来。

在图2中,基波电平约160dBμV,500MHz约30dBμV,所以,要把开关电源的EMI电平都控制在标准规定的限值内,是有一定难度的。
PWM控制电路的基本构成及工作原理
2 开关电源EMI滤波器的电路设计

当开关电源的谐波电平在低频段(频率范围0.15~30MHz)表现在电源线上时,称之为传导干扰。要抑制传导干扰相对比较容易,只要使用适当的EMI滤波器,就能将其在电源线上的EMI信号电平抑制在相关标准规定的限值内。

要使EMI滤波器对EMI信号有最佳的衰减性能,则滤波器阻抗应与电源阻抗失配,失配越厉害,实现的衰减越理想,得到的插入损耗特性就越好。也就是说,如果噪音源内阻是低阻抗的,则与之对接的EMI滤波器的输入阻抗应该是高阻抗(如电感量很大的串联电感);如果噪音源内阻是高阻抗的,则EMI滤波器的输入阻抗应该是低阻抗(如容量很大的并联电容)。这个原则也是设计抑制开关电源EMI滤波器必须遵循的。

几乎所有设备的传导干扰都包含共模噪音和差模噪音,开关电源也不例外。共模干扰是由于载流导体与大地之间的电位差产生的,其特点是两条线上的杂讯电压是同电位同向的;而差模干扰则是由于载流导体之间的电位差产生的,其特点是两条线上的杂讯电压是同电位反向的。通常,线路上干扰电压的这两种分量是同时存在的。由于线路阻抗的不平衡,两种分量在传输中会互相转变,情况十分复杂。典型的EMI滤波器包含了共模杂讯和差模杂讯两部分的抑制电路,如图3所示。
PWM控制电路的基本构成及工作原理
    图中:差模抑制电容Cx1,Cx20.1~0.47μF;

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