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一种高电磁兼容性高压开关电源(论文)

第32卷第3期?60?2006年3月

高电压技术

HighVohageEngineering

Vo】.32Nn3

Mar.2006

一种高电磁兼容性高压开关电源

李洪春,苗立江,王玉峰

(大连理工大学电气工程系,大连116024)

摘要:研制了电磁兼容测试仪的高压开关电源,为克服开关电源易产生较强电磁干扰的缺点,采用吸收变压器抑制高频逆变器产生的电磁辐射.仿真分析证明该措施确实使电磁辐射大为减少。同时采用改进的滤波器抑制共模、差模信号的传播干扰,设计新型的光藕隔离触发电路以提高电路的整体抗干扰能力,使电源的电磁兼容性整体上提高.经运行证明其性能良好,可使用在复杂的电磁环境中。

关键词:高频变压器;开关电源;电磁兼容;共模信号;差模信号

中图分类号:TM51文献标识码:A文章编号:1003—6520(2006)03-0060-02

HighVoltageSwitchPowerSupplyofHighElectromagneticCompatibility

I。1Hongchun.MIAOI.ijiang.WANGYufeng

(DepartmentofElectricalandElectronicsEngineering,DalianUniversity

ofTechnology.Dalian116024.China)

Abstract:ThepaperintroducesahighvoltageswitchpowersupplyusedforEMCtestingequipment.Inordertore—strainstrongelectromagneticradiationandelectromagnetinterferencethatisproducedhyswhchpower,usingthebalancetransformertorestrainh[glrfrequencytransformersradiation-itisprovedbyanalyzingequivalentcircuitthatthismeasurecanreduceelectromagneticradiationgreatly.Usingimprovedfiltercorfli'Tlonmodeinterferenceanddifferencemodeinterferenceisrestrained.Inordertoimprovetie,,vieleantkinter{erenceleverofcircuit,new-typelotusrootisolatingisdesigned.AllthesemeasuresgreatlyimprovetheEMCofswitchpowersupply,makeopera—tionstableincomplicatedelectromagneticenvironmentItsgoodperformanceisprovedthroughoperation.

Keywords:high-frequencytransformer;switchpowersupply;eleetromngneticcompatibility;coaLrflonmodesignal;d|fferencemodesignal

0引言

传统的电磁兼容测试仪器一般采用兼容性较好的线性电源。但线性电源调整管工作在放大状态,因而发热量大,效率低(约35%),需要加体积庞大的散热片和工频变压器。而开关电源的调整管工作在饱和和截止状态,发热量小,效率>75%且省掉了大体积变压器。开关电源在高频下易产生电磁干扰,故相对于线性电源虽具有优势,但极易影响周围设备和自身可靠性。尤其是高压下电源高频变压器干扰更严重。为克服这一缺点,本文采用吸收变压器以抑制分布电容的危害,降低高频噪声辐射;采用滤波电路及光电隔离触发电路等措施提高电源抗干扰能力。使它在复杂的电磁环境下能稳定运行。

1交流EMI滤波电路

在设备电源线人口处安装电网滤波器可有效切断电磁干扰(EMI)传播途径。

本电源采用了改进的滤波器,见图1。与普通的滤波器相比,增加了差模扼流圈,地线扼流圈以及瞬态抑制器(VDR),同时在开关电源人El端引线端上用磁环套。实验表明,对上升沿5ns脉宽80n8的干扰脉冲有无扼流圈效果大不一样。如在受试设备不带滤波器、带波滤器、带有改进的滤波器时抗扰度电平分别为340、500和1300V。

Rl共膜扼流圈

丰ClC2

l兆膜扼流圈

c赘膜扼流圈

cI莲丝丝鎏圈

.!燃连竺

图1改进的滤波器

Fig.1Improvedfilter

2主电路设计

典型的PWM变换器式高频电源有单端反激、单端正激、推挽、半桥和全桥等5种形式,各具特点。其中半桥式逆变电源最突出的特点是抗不平衡能力强,变压器利用率高,电路简单,适合做高压电源。主电路结构见图2。相位差为180。的脉冲交替控制开关管的通断,将直流电压变换为交变的脉冲电压,经高频变压器变到所需电压,再经次级的倍压电路,

 万方数据万方数据

2006年3月高电压技术第32卷第3期?61?

图2主电路原理图图3等效电路Fig.2Principleof

maidFig.3Equivalentcircuit

circuit

得到最终需要的电压,在这里采用倍压电路可降低对变压器的绝缘要求。

半桥式功率转换电路高压开关管上施加的最高电压F二,对应最高输入电网电压时的直流输入电压为Em一220×(1+o.1)×√2—342.2V。考虑变压器漏感及回路引线电感在关断瞬间引起较大的反峰尖刺的影响,应给予适当的余量,故开关管的反向耐压应>500V。

电源功率转换效率按(80--85)%设计,工作频率为50kHz,最大脉冲占空比8—0.8,则输入功率为250W。在电网为一10%时,输入变换器的直流电压E一238V,脉冲电流幅值,。一2.63A。考虑到次级整流二极管反向恢复时间的影响及激光器容性负载引起的开关管开启时产生的电流尖峰,应取开关管承受的最大电流幅值j。。一5A。同时考虑50kHz高频工作条件,采用功率开关管参数为:开关管最大功耗P。。一125w;开关管最大反向耐压VI)Gm500V,最大电流,。≈8A,跨导Gm一0.8n,导通时升、降时问t。。≥100nS;截JE时升、降时问白,≤100DS。选取功率MOSFET开关管IRFP460完全符合要求。

3逆变器的设计

逆变器是开关电源产生电磁辐射的主要器件,在高频下逆变器的简化等效电路见图3。

绕组问分布电容c,z使变压器初次级产生耦合,使初级的高频噪声耦合到次级;分布电容C,、C:使变压器内部和主回路中产生高频振荡环流,变压器功率损耗增大,且产生高频电磁辐射。变压器设计中,绝缘材料的选择和绕制应尽量减小分布电容,并在初次极间加屏蔽层将c,z降为零。因高压电源变压器为升压型,分布电容c,相对于C2对电路影响较小。为减小次级分布电容C2的危害,把变压器的次级设计成双绕组,用吸收变压器把绕组间分布电容的谐振能量转移到主电路之外,见图4。

等效电路见图5因吸收变压器的存在,相当于在电容Cz两端各加了一个电阻,使电流尖峰减小,电路处于阻尼状态,减小电磁辐射。

“I

%z

图4变压器绕组结构图5图4的等效电路

F蟪4StructureofFig.5Equivalentcircuitof

tram胁transformerwindinginerwithabsorptionr醯tor当c2二二1nF,L^一15uH,Ul为f-50kHz,幅值为150V的正负方波时,利用PSPlCE仿真软件对变压器等效电路进行仿真分析。尺:一0n时,即未加吸收变压器时电流如波形见图6;R:一lkQ时,如见图7。吸收变压器大大降低了主电路环流的振荡电流峰值(从3A降低到160mA),使谐振电感与分布电容处于阻尼状态,将绕组问谐振电容的能量转移到R7。上,减小了电磁辐射。

图6未加吸收变压器

时‘:波形

Fig.6如waveform

oftransformer

withoutabsorption

4驱动电路

TI。494产生可调的pWM波经光藕6N】37隔离传送到驱动电路(见图8)驱动开关管。

+15

图8驱动电路

Fig.8DrMngcircuit

当光藕导通时,三极管Q,导通将7I、z管基极电压拉下来,使得L截止。功率管栅极经】00n电阻充电使它导通。当光藕器件截止时,Q,由二极管D。和电容c.组成的加速网络向三极管提供基极电流使三管导通将MOSEEq、的栅极接地使其关断。

为防止栅极过压击穿,在栅源问加稳压二极管保护。

(下转第7l页)熹露

 万方数据万方数据

2006年3月高电压技术第32卷第3期?7l?

根据仿真可知,电源输出脉冲尖峰电压值主要取决于负载等效电容C,的大小,G,越小U。越大,最大可达到两倍输人电压幅值。脉冲平均电压主要取决于兄的大小,兄越小Ua,越小。脉冲前沿上升tel'D1【i!l随cr,的减小而减小。负载的不匹配会导致能量在磁脉冲压缩网络中来回反射…,形成高频振荡。解决办法之一+是在磁脉冲压缩同路串联二极管。当磁开关非饱和电感与饱和电感的比值小于一定值时,脉冲陡化效果将不理想。当导通时间控制得当时,可得到较理想的输}【5陡化脉冲。

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啦稿¨刺20090106编蛄l蕻爱蛀

(上接第61页)

同时栅极串接约10n的阻尼电阻,防止栅极振荡过压,且阻尼电阻并联了加速电容。

5结语

为开发快速瞬变脉冲群发生器而研制的电源体积小,噪声小,抗干扰能力强,运行良好,基本达到了预期的技术指标。

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话:10411)8,1705873

收稿…H200506—05

编鞋}郭≈’球

 万方数据万方数据

一种高电磁兼容性高压开关电源

作者:李洪春, 苗立江, 王玉峰, LI Hongchun, MIAO Lijiang, WANG Yufeng

作者单位:大连理工大学电气工程系,大连,116024

刊名:

高电压技术

英文刊名:HIGH VOLTAGE ENGINEERING

年,卷(期):2006,32(3)

被引用次数:10次

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引用本文格式:李洪春.苗立江.王玉峰.LI Hongchun.MIAO Lijiang.WANG Yufeng一种高电磁兼容性高压开关电源[期刊论文]-高电压技术 2006(3)

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