天津大学
硕士学位论文
开关电容滤波器设计技术的研究
姓名：岳岩
申请学位级别：硕士
专业：信号与信息处理
指导教师：滕建辅
20020601
中文摘要
随着通信和ＶＬＳｌ技术的发展，开关电容网络的理论和应用发展很快，而开关电容网络理论的发展则是与滤波器理论的发展紧密相关的。开关电容网络最早的应用领域是滤波器领域，电路理论工作者和集成电路设计者对开关电容滤波器进行了大量的研究。由于开关电容滤波器精度高、可靠性强，并可采用大规模集成电路实现，同时还具有体积小、重量轻、实现灵活且不要求阻抗匹配等优点，因此获得了极为广泛的应用，遍布于信号处理系统的很多应用中。
本文从网络综合理论出发，研究了开关电容滤波器的设计与实现。文章首先阐述了开关电容网络的原理，从而，分析了目前主要的开关电容滤波器设计方法，并讨论了影响开关电容滤波器设计的影响因素。接着，文章重点阐述了开关电容滤波器设计的级联法和ＬＣ梯形模拟法，提供了～套完整的开关电容滤波器设计方法，给出了设计的具体实例以及仿真结果。最后，结合滤波器设计算法，开发了开关电容滤波器的计算机辅助设计程序。
文中完成电路仿真任务的是开关电容滤波器特性分析软件ＳＣＮＡＰ４。ＳＣＮＡＰ４由Ｃ语言编译而成，被认为是当前最快的开关电容网络分析软件。
本文还提供了大量的设计实例，不仅具体说明了开关电容滤波器的设计方法，而且表明了该方法设计开关电容滤波器的优越性。此外，文中还给出了完成电路仿真任务的ＳＣＮＡＰ４源文件，以便于验证。
文中完成的计算机辅助设计程序是在Ｗｉｎｄｏｗｓ９８环境下开发的开关电容滤波器设计系统，这套系统采用当前较为流行的编程环境和程序设计语言实现，比较全面地反映了开关电容滤波器的类型和特性。通过实例进行验证后，证明该系统能够运行正确．且界面友好，使用方便，是一个比较完善的开关电容滤波器设计系统。
关键词：开关电容滤波器，滤波器设计，ＳＣ网络分析
Ａｂｓｔｒａｃｔ
ＷｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎａｎｄＶＩＳＩｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅｔｈｅｏｒｙａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＳｗｉｔｃｈｅｄ—Ｃａｐａｃｉｔｏｒｎｅｔｗｏｒｋａｒｅａｌｓｏｄｅｖｅｌｏｐｅｄ，Ｓｗｉｔｃｈｅｄ—ＣａｐａｃｉｔｏｒＦｉｌｔｅｒｈａｓａｃｌｏｓｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｗｉｔｈｔｈｅＳｗｉｔｃｈｅｄ—ＣａｐａｃｉｔｏｒｎｅｔｗｏｒｋｗｈｏｓｅｆｉｒｓｔａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｈｉｓｔｏｒｙｉＳＳＣＦ．ＴｅｃｈｎｉｃｉａｎｓｉｎｃｉｒｃｕｉｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｄｅｓｉｇｎｅｒｉｎｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔｍａｋｅｇｒｅａｔｗｏｒｋｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆＳＣＦ．Ａｎｄ，ｓｉｎｃｅｔｈｅｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎａｎｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｅａｓｙｔｏｂｅｒｅａｌｉｚｅｄｂｙｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔｓ，ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎｔｏｌｅｓｓｖｏｌｕｍｅ，ｌｅｓｓｗｅｉｇｈｔ，ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｔｏｒｅａｌｉｚｅａｎｄｎｏｎ—ｉｍｐｅｄａｎｃｅｍａｔｃｈｉｎｇ，ＳＣＦｉｓｕｓｅｄｉｎｍａｎｙａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｗｈｉｃｈｉｎｖｏｌｖｅａｌｍｏｓｔａｌｌｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．
Ｉｎｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅ，ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｗｉｔｃｈｅｄｃａｐａｃｉｔｏｒｆｉｌｔｅｒｉｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｔｈｅｏｒｙｏｆｎｅｔｗｏｒｋｓｙｎｔｈｅｓｉｓ．Ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅｍａｉｎｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｔｈｅＳＣＦａｎｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｆａｃｔｏｒｓｉｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆＳＣＦａｒｅｅｘａｍｉｎｅｄ．Ｔｈｅｎ，ａｎａｌｙｚｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｏｆｃａｓｃａｄｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｌａｄｄｅｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｆｏｒＳＣＦｄｅｓｉｇｎａｒｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ．Ｅｘａｍｐｌｅｓａｎｄｒｅｓｕｌｔｓｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｒｅｐｒｏｖｉｄｅｄ．Ａｔｌａｓｔ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔＯｆｉｌｔｅｒｄｅｓｉｇｎｉｎｇａｒｉｔｈｍｅｔｉｃｓ，ａｓｙｓｔｅｍａｔｉｃＳＣＦｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄａｎｄａＳＣＦｃｏｍｐｕｔｅｒ—ａｉｄｅｄｄｅｓｉｇｎｓｏｆｔｗａｒｅｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．
Ｉｎｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅ，ＳＣＮＡＰ４ｉｓｕｓｅｄｔＯａｎａｌｙｚｅｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｔｈｅＳＣＦｓ．ＳＣＮＡＰ４ｉｓｗｒｉｔｔｅｎｉｎＣａｎｄｉｓｅｘｐｅｃｔｅｄｔｏｂｅｔｈｅｆａｓｔｅｓｔｓｗｉｔｃｈｅｄｎｅｔｗｏｒｋａｎａｌｙｓｉｓｓｏｆｔｗａｒｅｉｎｔｈｅｗｏｒｌｄ．
ＩｎｔｈｉＳｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ，ｓｏｍｅｄｅｓｉｇｎｅｘａｍｐｌｅｓａｒｅｐｒｏｖｉｄｅｄ．ＴｈｅｓｅｅｘａｍｐｌｅｓｎｏｔｏｎｌｙｅｘｐｌａｉｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｆｏｒＳＣＦ，ｂｕｔａｌｓｏｓｈｏｗｔｈｅｈｉｇｈｑｕａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒＳＣＦｄｅｓｉｇｎｉｎｇ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｉｎｐｕｔｆｉｌｅｓｏｆＳＣＮＡＰ４ａｒｅｌｉｓｔｅｄ．
Ｔｈｅｃｏｍｐｕｔｅｒ－ａｉｄｅｄｄｅｓｉｇｎｓｏｆｔｗａｒｅ，ｃａｌｌｅｄＳＣＦｉｌｔｅｒ，ｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｕｎｄｅｒＷｉｎｄｏｗｓ９８．ＴｈｉｓｓｏｆｔｗａｒｅｉｓｃｏｍｐｌｅｔｅｄｉｎＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ６．０，ａｎｄｉｔｒｅｆｌｅｃｔｓｔｈｅｔｙｐｅａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆＳＣＦｓａｎｄｈａｓｆｒｉｅｎｄｌｙｉｎｔｅｒｆａｃｅ．Ａｆｔｅｒｖａｌｉｄａｔｅｄｂｙｔｈｅｅｘａｍｐｌｅｓ，ｉｔｈａｓｂｅｅｎｐｒｏｖｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｃａｎｒｕｎｃｏｒｒｅｃｔｌｙａｎｄｂｅｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｔｏｕｓｅ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｗｉｔｃｈｅｄ—ｃａｐａｃｉｔｏｒｆｉｌｔｅｒ，ｆｉｌｔｅｒｄｅｓｉｇｎ，ＳＣｎｅｔｗｏｒｋａｎａｌｙｓｉｓ
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得叁洼盘堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
学位论文作者签名：签字日期：年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解鑫壅盘鲎有关保留、使用学位论文的爆定。特授权吞洼盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。
（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）
学位论文作者签名导师签名
签字日期：年月日签字日期：年月日
第一章绪论
第一章绪论
１．１开关电容滤波器的发展
电滤波器是由电路元件相互连接构成的一种选频网络。从ｌ９ｌ５年Ｗａｇｎｅｒ和Ｃａｍｐｂｅｌｌ分别首次提出滤波器的概念以来，滤波器经历了无源分立ＲＬＣ元件、集成线性元件，混合集成电路和单片全集成电路的发展历程，取得了长足的进步。今天，滤波器已遍及整个电子工业、通讯工程、仪器仪表、控制和计算机科学领域。
随着滤波器理论的发展，特别是１９７７年美国加州大学Ｂｅｒｋｅｌｅｙ分校的学者组成的研究小组集成了第一片单片ＭＯＳ开关电容滤波器，开关电容滤波器成为了滤波器理论中十分活跃的分支，受到了电路理论工作者和集成电路设计者的广泛关注。
开关电容滤波器（ＳＣＦ）电路其核心部分由模拟开关、电容器和运算放大器组成。其传输函数系统特性取决于电容容量比的准确性，易于用ＭＯＳ工艺实现。因此，７０年代末，ＭＯＳＩ艺发展迅速，ＭＯＳ器件在速度、集成度、相对精度控制和微功率等方面都有独特的优势，为开关电容滤波器电路的迅速发展提供了很好的条件。
国际上，７０年代末至８０年代中是ＳＣＦ大发展时期，完成了从原理、结构探讨至工业化过程，并被广泛应用于通讯等领域。国内在７０年代末至８０年代初，高校与研究所亦对ＳＣＦ开发投入了大量人力物力，取得不少成果。进入９０年代后期，高水准工艺线在国内陆续建成，急需系统的开关滤波器设计、分析技术，以便设计具有我国自主知识产权的电子产品。
目前，开关电容滤波器正向着集成度更高，功耗更低以及精度更好的方向发展，出现了很多的新方法来设计低电压…、低功耗、低电容比和运放增益灵敏度【２１的ＳＣ滤波器。而随着开关电容滤波器设计技术的日加成熟，开关电容滤波器的应用也更加广泛。从无限通讯到视频应用，再到集成电路设计，开关电容滤波器都越来越多的发挥着重要的作用。
同时，随着开关电容滤波器应用的广泛以及研究的深入，对它的研究不再只局限于电路层的优化，多层优化设计【３ｌ成为研究开关电容滤波器设计的主题。这种多层优化设计主要包含两大部分：高层优化设计和电路层优化设计。高层优化设计主要是指归纳出满足滤波器指标的开关电容滤波器电路的宏模型。主要由以下两部分组成：
第一步，由用户提供的设计指标（如截止频率、中心频率、带宽、频率衰减等）确定使用理想滤波器模型的阶数和电容值。
第二步，用非理想的宏模型确定运算放大器的参数（带宽、有限增益和输出阻抗）。
开关电容滤波器的工业化脚步正飞快的发展，像Ｍａｘｉｍ、ＬｉｎｅａｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ等众多公司都推出了不同型号、不同系列的开关电容滤波器来满足各种需要，这些开关电容滤波器都具有较高的性价比，从而受到了广泛的欢迎。
我国目前虽然已经引进了先进的开关电容滤波器生产线，但我国的软件技术水平还远未达到国际先进水平，这体现在开关电容滤波器设计中的高层优化设计的落后上。本文通过开关电容滤波器的高层阶段设计的研究，实现最终电路，对开观点容滤波器的工业生产具有较重要的现实意义。
１．２开关电容滤波器的原理及应用
１９７２年，弗雷特提出了用开关和电容模拟电阻的ＳＣ电路的理论
即当时钟频率远大于信号频率时，有Ｒ＝Ｉ／ｆｃＣＲ（其中ｆｃ为时钟频率）铲１＿～‘宇ｕ翠：
对于图１一ｌ（ａ）的ＪＦ关电容电路，当ｆＵ容ＣＲ充电至Ｖ１时，充电电荷Ｑｌ＝ｃＲｖｌ；当电容ｃＲ转接到Ｖ２时，它得到的电荷为Ｑ２＝ＣＲＶ２，因此，从Ｖｌ传到Ｖ２的电荷为
ＡＱ＝蜴一Ｑ２＝Ｃ。（＿一Ｋ）
当开关Ｓ的摆动频率厶远大于信号频率（即厶＞＞２可）的信号可被视为不变：由此可得电节点Ｉ－ＢＪ的等效电流
，。塑：
：厶。一％～
这表明图１—１（ａ）中的开关电容可近似为电阻
Ｒ。丘生：上
ｌｆｃＣＲ
（１—１）时，Ｋ和％两端
（１．２）
（１—３）
图ｌ—ｌ（ｃ）是使用ＭＯＳ方法来实现这种等效的电路。
这种用开关电容解决了连续时域集成滤波器设计中的两个主要问题：１．ＲＣ时间常数由电容和时钟常数确定：
ｒ。：上旦’（１．４）
、
ｊｃｃＲ
由于电容比的精确度可达到０．１％，而且，由晶体时钟发生器产生的时钟频率准确且稳定，所以，频率参数可以精确的得到，无需再设计调谐系数。
２．由公式（１．４）可以看出１０ＭＱ电阻可由１ｐＦ的电容和ｌ００ｋＨｚ的时钟频率近似，所占的芯片面积只是（５０ｕｍ）２，因此，这种开关电容方法大大简化了芯片面积。
开关电容电路省去了离散信号处理器中的Ａ／Ｄ和Ｄ／Ａ转换器，因此，可以用Ｚ变换的方法处理开关电容网络。在实际工作中，为避免频谱混叠，常在采样器前加一个保护性的反混叠滤波器：在开关电容滤波器后加一个重建滤波器以恢复输入信号；如果采样，保持过程中产生了幅度偏差，还需要加上一个Ｈ。（ｊ）＝１／Ｈ。，。（ｓ）的幅度均衡器。完整的开关电容滤波器网络如图１—２所示。
ｆ￡矗２是
豳１．２完整的辩关电容滤波嚣系统
｛．３本论文韵程务、研究弱的及意义
本论文主要任务是通过不同的方法设计并实现开关电容滤波器。根
撂联稳滋豹一套竞熬蕊滤波器稳遘理论，零文采篱缀联窝ＬＣ挟羧两秘方法实现了开关电容滤波器，并用计算机辅助分析软件ＳＣＮＡＰ４进行模拟验证。同时，根据上面的研究成果，本文还开发出了开关电容滤波器懿诗舅辍辕霹设诗软箨ＳＣＦｉｌｔｅｒ，竣诗入爱霹鼓菠爱这令程亭蠡凌设计电路。
综上所述，可以得出本谍慰的研究目标：一是通过研究掌握设计开
关电骞滤渡嚣教方法：熬练掌攘ＳＣＮＡＰ４，怒鞋分辑嚣关毫褰惑络豹蒋性。二鼹通过Ｗｉｎｄｏｗｓ环境下的编程，掌摄这种目前流行的编程环境，开发一凝开关电容设计软件，为设计人员提供良好的设计平台。
幽藏霉觅，本论文熬骚究爨义在于实现燕隆开关瞧褰滤波器。丽对，
利用计算机辅助分析工具，实现设计自动化，使设计人员从琐碎的设计计算中解放出来。由于我国引进了先进的超大规模生产线，本文的研究可以羹梭转讫杰产瑟投入枣场，从嚣对工娥生产具鸯熬要兹意义。嚣嚣所开发的设计软｛牛和所研究的设计技术，不但可以用于科研和生产，也可用于教学之中。
］一日习ｊ
宙胃甲
第一章开关电容滤波器的开发
第二章开关电容滤波器的开发
２．１频率变换
设计开关电容滤波器，首先要获得ｚ域传输函数。但一般情况下，滤波器的设计要求是在频率域给出的，因此得到的是Ｓ域传输函数。需要通过频率变换把ｓ域的传输函数变换为Ｚ域的传输函数。这种频率变换应该满足下列两个条件：
（１）Ｓ平面的左半平面映射到Ｚ平面的单位园内
（２）Ｓ平面的虚轴映射到Ｚ平面的单位园上
条件（１）保证变换所得的ｚ域传输函数是稳定的，条件（２）保证滤波器的增益特性得到保持。
用于综合开关电容网络的频率变换有四种方式：
’１一，一ｌ
１．双线性变换：ｓ＝÷?等
２．无耗离散积分（ＬＤＩ）变换；
３．后差变换（ＢＤ）：ｓ＝÷
』
４．前差变换（ＦＤ）：５＝鲁
１．一Ｉ
』Ｚ
通过分析不难看出双线性变换是完备的映射函数，经由双线性变换设计的开关电容滤波器完全保留了模拟滤波器原型的频率特性和稳定性。但必须指出，双线性变换的优越性是以频率轴的严重非线性畸变为代价的。换言之，经由双线性变换后所得的开关电容滤波器的频率特性只是与原型模拟滤波器的频率特性的形状相同，而不是完全一致。通带截至频率、过渡带边缘频率以及起伏的峰、谷点频率的位置都发生了非线性变化（压缩左移），尤其是在高端。这种非线性畸变当然是不希望的，在设计时只要将原型模拟滤波器的临界频率事先加以处理，即所谓预畸（ｐｒｅｗａｒｐ）就足以消除这种影响两获得满意的结果。预畸的方法是：在设计开关电容滤波器时，按离散域频率指标要求的∞
值（０＝ｒｏＴ），用式Ｑ＝熹喀詈进行预畸代换得到连续模拟域的频率指标要
１Ｚ
求，据此设计模拟滤波器原型，而后用双线性变换映射作传递函数或阻抗的代换便得符合要求的开关电容滤波器。
ＬＤＩ变换是把Ｓ平面上虚轴的一部分映射到了Ｚ平面的单位园上，看起来好像不满足条件（２）。但是ＬＤＩ变换型开关电容滤波器中，采样频率总是选的远大于有用信号频谱的最高频率，因此在有用信号范围内，ＬＤＩ变换也是一种完善的单值映射关系，但它也同样存在不足：（１）ＬＤＩ导致无法实现的终端负载，必须采用一些近似的方法来实现终端负载，这种近似会导致滤波器频率响应的偏差：（２）频率轴的非线性。在ＬＤＩ变换型开关电容滤波器的设计中，也是通过频率变量的
１ｏ
预畸来矫正非线性畸变的，即先把预畸的离散域指标经Ｑ＝素ｓｉｎ詈化为
』Ｚ
模拟域频率指标，然后设计选择模拟滤波器原型，最后由此原型变换得到满足预期指标的开关电容滤波器。
后差变换不满足第二个条件，前差变换对映射的两个条件都不满足，所以都不如双线性变换和ＬＤＩ变换完善，但由于一个重要的关系存在：
…７１一Ｚ叫１一Ｚ＿。ｌｌ—Ｚ＿１１ｌ—Ｚ一…、ｒ’７Ｚ一‘丁Ｚ一１７２‘ｒＺ一’７２
可以将实现后差变换和前差变换的无耗积分器配对级联，使它等效于一对ＬＤＩ积分器的级联。由于在梯形滤波器中积分器按跳耦方式连接，每个环路又一个前差变换离散积分器和一个后差积分器组成，因此，每个环路就有一个单位时延，这刚好与ＬＤＩ组态响应，也即每级都实现了ＬＤＩ变换，当然也就不存在无时延环路。同时，由于正负损耗因子的影响的抵消，使元件损耗引起的衰减误差为零。
２．２开关电容滤波器构成单元一一开关电容积分器有源ＳＣ积分器是构成开关电容滤波器中最基本最重要的单元电路。图２．１是由有源ＲＣ积分器通过用开关电容代替电阻得到的有源ＳＣ积分器。它有一个重要的缺点，那就是对寄生电容敏感。我们需要
重新构造ＳＣ积分器。图２－２是两种寄生不敏感无损积分器，它是开关电容滤波器中最重要的基本单元。有损积分器则是在反馈回路上并上开关电容。．
ＶＶＶ
：＝
图２—１有源ＳＣ积分器
（ａ）反相
??＝
（ｂ）同相
图２－２寄生不敏感积分器
根据由ｓ域到ｚ域变换的不同，我们也可把有源ＳＣ积分器分为：双线性积分器、ＬＤＩ积分器、前差积分器和后差积分器。图２—２（ａ）（ｂ）中的两个积分器就是后差积分器和前差积分器。
图２－３双线性积分器
第二章努燕电容滤波器熊：＝｝｝笈
图２—４ＬＤＩ积分器
从双线性积分器酌ｚ域流豳Ｗ着出：它肖～条无时延的前相同路，它会傻运算藏大器瓣脊隈增益带宽乘积∞。产生误差。敞线往番分嚣豹另一个缺点是对寄生电容灵敏，慝然也有对寄生电容不灵敏的电路，但要增加运算放大器的个数来实现。相比之下，ＬＤＩ积分器没有无时延藜囊薅经，瑟显对枣燕逛窖不灵毅。
２．３开荚电容滤波器二阶基本节的实观
ｕ加鬻协ｔ，逶誊，二除滤波器戆终翰丞鼗胃表示鸯：
Ｄ”
其中，参数Ｋ。，墨，Ｋ２，鳓和Ｑ檬定了滤波特往。
有源ＲＣ的低Ｑ值二阶基本节滤波器可由图２－５实现。
Ｖ
图２－５有源ＲＣ瓣低Ｑ僮二除纂奉节滤波器
中间的运算放大器和两个Ｒ所起的作用为单位反偏器，所以在构建开‰一加一幕Ｃ（２）ＣＡｓ２＋嘉ｓ＋１陋ｚ，关电路时，Ｒ３可被看成负电阻一坞。使用ＫＶＬ和ＫＣＬ分析电路可得：
所有的电阻可用理想开关电容等价来代替，即令ｌＲｌ：三…，＝鬻１陋ｓ，
图２－６低Ｑ值开关电容滤波器的基本节
由下面的信号流程图可对图２－６的电路做ｚ域的分析，
Ｖ
图２—７图２－６所示基本节的信号流程图
由此信号流程图，可得出Ｚ域传输函数
ｂ～一％等等鬈舞篆警箦争㈦。，同理，可以得出高Ｏ值二节基本阶滤波器，有源ＲＣ滤波器的实现形式如下：
Ｃ４
图２－８高Ｑ值二阶基本节
～一署蠹Ｃ（０１
（２—５）把Ｒｌ、Ｒ２、Ｒ３用开关电容来代替可得：
‰一加一詈器嚣１—２－６Ⅳｃ０枷神。ｏ）＝一————————１Ｌ———÷（）ｃ』ｃ口ｊ２＋ｃ３ｃ４÷ｓ＋ｃ２ｃ）去
信号流程图为Ｃ
ｖｊｎ
图２－９开关电容等效电阻
２图２－１０图２－９的信号流程图
则高Ｑ值二阶基本节的Ｚ域传输函数为：
％…∽一等察鬻篙嚣舞羞篡笋㈦?，
第二章开关电容滤波器的开发
２．４开关电容滤波器的设计方法
图２—１ｌ描绘了开关电容滤波器设计的一般步骤，开关电容滤波器的设计方法可分为两大类：
（１）级联实现。先得出满足频率特性要求的Ｓ域传输函数Ｈ（ｓ１，经ｓ域到ｚ域的频率变换后得出ｚ域传输函数（ｚ）。再将Ｈ（ｚ）分解成一阶、二阶函数乘积，分别用一阶、二阶ＳＣ基本节实现，然后级联成整个开关电容滤波器电路。由于双线性变换的完各性，级联法实现高阶ＳＣＦ多采用这种变换方法。这种级联实现法和有源ＲＣ滤波器中的级联法类似，根本问题是如何实现二阶基本节的问题。
滤波器指标
扫羔
综合
无源ＲＬＣ、ＬＣ、有源Ｉ惮
ｌｌ
Ｒｃ等滤波器的实现Ｊ．Ｉ
Ｈ（Ｚ）
变换（间接实现法）
直接实现法
ＳＣ滤波器
图２一１１开关电容滤波器的设计步骤
（２）无源梯形的有源ＳＣ模拟实现。这种方法可迸一步分为元件阻抗模拟和跳耦实现。前者以ＬＣ梯形滤波器为原型，用ＳＣ电路模拟原型中的阻抗元件而保持电压电荷关系不变。后者则通过用信号流程图表示ＬＣ梯形电路中的电压电流关系，然后用ＳＣ积分器实现开关电容滤波器。
１２
第二章开关电容滤波器的开发
自奥查特发现两端接负载的ＬＣ梯形网络通带灵敏度极小的性质后，无源梯形的有源模拟便成为了高阶滤波器的一个主要研究方向１４】【５】［６１。其中，有源跳耦结构是实现高选择性ＳＣＦ的最佳选择。因为这种跳耦滤波器不仅具有通带低灵敏度的特性，而且对寄生电容不敏感，因此深得集成电路设计者的欢迎。通过信号流程图法（ＳＦＧ），通过构建的同相、反相，有损、无损丌关电容积分器我们可以获得梯形电路。但这种系统方法有一个不足之处，那就是在ＬＣ电路原型的串臂中至少有一个电感存在，也就是说对于全极点高通ＳＣＦ，我们不能使用这种方法，而只能使用级联法来实现。
以上讨论的ＳＣＦ设计方法中的频率变换采用的都是双线性变换法。但是，在实际实现双线性变换ＳＣ耦合滤波器时，其中的基本单元电路必须采用双线性积分器，而这种积分器有两个缺点：一、有无时延路径：二、对寄生电容灵敏。虽然可以采用对寄生电容不灵敏的电路，但也要以增加运算放大器为代价。而ＬＤＩ变换跳耦滤波器电路，恰具有无无时延路径以及对寄生电容不灵敏的优点。因此人们自然会想到，如果能把双线性变换的理论优点与ＬＤＩ结构的实际优点结合起来，用ＬＤＩ变换滤波器的结构来实现具有奴线性传输函数的双线性跳耦滤波器，就能获得能为满意的ＳＣ滤波器。我们把用这种方法设计的滤波器称为预补偿设计法（ａ）双线性跳耦滤波器。结果表明，如果在ＬＣ模拟滤波器中的每个电感预先并上一个电容（Ｔ２／４Ｌ），则经过ＬＤＩ变换后等效于一个双线性电感。同时，这种补偿不改变滤波器的电压传输函数。电感预补偿后，所有ＬＤＩ元件经标定后分别与双线性元件等效。简单说，经电感预补偿的ＬＤＩ变换滤波器具有双线性变换的传递函数。
这种补偿方法也是可逆的，既可以对双线性元件预补偿，得出等效的ＬＤＩ元件，然后用ＬＤＩ结构实现ＳＣ跳耦滤波器。我们把这种补偿过程称作预补偿设计法（ｂ）。
无源梯形的有源ＳＣ模拟实现的另一种方法是，用ＳＣ电路代替原型中的各个元件阻抗而保持电荷电压关系不变。用这种方法设计的滤波器叫元件阻抗模拟ＳＣ梯形滤波器。由于使用的变换不同，所以又可分为双线性阻抗模拟和ＬＤＩ阻抗模拟ＳＣＦ两种。
双线性元件阻抗模拟ＳＣＦ的优点是：
（１）能获得模拟滤波器原型的低灵敏度特性；
第二章开关电容滤波器的开发
（２）所用的运算放大器的个数等于模拟滤波器的电感个数。比双线性
跳耦滤波器所需放大器的个数少（双线性跳耦滤波器所需的运算
放大器的个数等于阶数）。这有利于降低单片面积，噪声和支流
功率。
缺点是：
（１）电路特性易受寄生电容的影响。
（２）在很高的时钟频率下，模拟电感、谐振支路中的电容值因与Ｔ２
成正比而变的很小，电容分布范围很大。
（３）需要较复杂的四相时钟信号。
综上所述，这种滤波器的不如双线性跳耦滤波器优越。
ＬＤＩ元件阻抗模拟ＳＣＦ则克服了双线性双线性元件阻抗模拟ＳＣＦ
中因浮地电容而使寄生电容严重影响滤波器特性的不足。
另外，还有～种方法叫频变负阻（ＦＤＮＲ）模拟ＳＣＦ。对双端接负
载的ＬＣ梯形电路中的各元件阻抗用ｓ域进行标定，标定后的电压传输函数保持不变，而元件性质发生了变化，电阻变成电容，电感变成电阻，而电容变为频变负阻。ＦＤＮＲ可由通用阻抗变换器（Ｇ！Ｃ）来实现（图２．１２）。并把标定后的电阻用双线性电阻代替，就得到了双线性ＳＣＦ。这种设计方法非常简洁，但缺点是：存在模拟信号的直馈通路，因此在输入端需加抽样／保持（Ｓ／Ｈ）电路；由于浮地电容的存在，寄生电容的影响较大。因此这种方法不可取。
阿疆舯
Ｚ＝１／ｓ‘Ｄ图２－１２
ＦＤＮＲ的电路实现ｚ．：彳Ｌ：士（２－８）ｊｓｚＲｌＲ４Ｃ‘ｊｓ２Ｄ
最近，还出现了一种使用第二代电流传输器（ＣＣＩＩＳ）来代替开关电容滤波器中的运算放大器的设计方法【４１。使用ＣＣＩＩ设计开关电容滤波器有三方面的好处：
ｏ上｜Ｔ＿ｏ日
第一章，｝笑电容滤波器的ｊ＝Ｆ发
１．它爨鼍终了更赛静警宽，更ｔ蘧静摇率帮凇凑戆牲毯。
２．由予没有反馈电路，所以无需考虑稳定性的问题。
３．电流传输器可用于标准的数字ＭＯＳ处理，在这样的处理中，包含饕线性电容羚开关电容滤波器可班其寿良好的兼容惶。
对予圈２．１３ｆａ）的简单开关瞧容滤波器，使用运算放大篱化模黧的电路图为图２一ｌ３（ｂ），其中Ｒ，和Ｒ。分别代表输入阻抗和输出阻抗。由于倒相输入和ｖ２的关系己知，由Ｍｉｌｌｅｒ定理，电容Ｃ２可分解为侧楣输天帮建之麓的Ｃ２《１’鞠羧毒到遮之阗夔Ｃ２《孙。ｃ２㈥纛Ｃ２《２’懿篷分爱为：ｃＰ＝Ｇ／（１＋』）（２－９ａ）
ｃｉ２’＝一ｃ２代１＋爿）（２—９ｂ）当Ａ＞＞ｌ醛，寿Ｃ２｛’）群Ｏ，Ｃ２｛２）≈Ｃ２
对图２一１３（ｂ）做源变换褥到２一１４（ｃ），其中１２＝ＡＶ一／Ｒｏ。由于Ｃ２｛１ｊ＊Ｏ，我们可把它从图中去掉。如果我们令ＲＩ－Ｒｏ／Ａ，则通过Ｒｉ的平均开关电流ｌｌ（Ａｖｅｒａｇｅ）＝Ｖ一／Ｒｉ＝ＡＶ一／Ｒｏ＝１２。可见，乎均开关电流Ｉｌ由从ＣＩ传裂Ｃ２豹毫赫兹成。Ｊ舞黻，ｃ２上瓣邀压壶毫褰Ｃｌ、输入懑匿Ｖｌ露辩镑周期Ｔ确定。当Ａ和Ｒｏ足够大，且Ａ＞＞Ｒｏ时，ＣＣＩＩ可以直接用来代替运算放大器。通用的单位增益ＣＣＩＩ的ｘ端表现低输入阻抗特性，ｚ蠛表现褰辏爨疆抗特瞧。峦戴可｛；襻崮电路强２一１４（ｄ），瑟２。１４≤ｅ）交羧邋的ｃｃＩＩ表现。
Ｒｏ
礓Ｒｉ珂砚
第一章开关电容滤波器的开发
Ｚ
秽譬
分析图２—１３（ｄ）的电荷关系。如果开关的采样瞬间为ｔ２ｎＴ—Ｔ／２，月口么输出节点的电荷存储为：
ｃ：％（＂丁一ｉＴ）＝ｃ：％（ｎＴ－ｒ）－１２（”ｒ—ｉＴ）ｊＴ（２－１０）
在ｔ＝ｎＴ时，我们可得出：
ｃ：％（胛ｒ）＝ｃｙＡ疗ｒ一吾）一Ｌ伽丁）ｉＴ（２．１１）把式（２—１１）代入式（２．１０），可得：
ｃ：帅耻ｃ２巧（ｎＴ－Ｔ）一弘（ｎ争鹄（椰ｌ（２－１２）对于单位增益ＣＣＩＩ＋，有’
１２（ｎＴ一丁／２）＝“ｎＴ—ｒ／２）
＾（ｎＴ）＝１１．（、ｎ丁）（２－１３）
Ｉ。（ｎＴ—Ｔ／２）＝０‘
“ｎＴ）＝２ｃ，％ｌ（ｎＴ—Ｔ／２）／Ｔ
把上式代入式（２－１２），由圪ｌ（ｎＴ—ｒ／２）＝ＶＪ（ｎＴ—Ｔ／２）可得：
％（忉＝Ｖ２（ｎＴ－Ｔ）一鲁驰７１一ｉＴ）（２．１４）
对上式作Ｚ变换可得出我们熟悉的结果：
铷一导等㈦㈣
我们注意到式（２—１５）与无损离散积分器（ＬＤＩ）的传输函数相同。
使用电流传输器构建一阶、二阶模块的方法与用运算放大器构建同样直接。
一种使用ＣＣＩＩ构建一阶寄生不敏感模块如图２—１４所示。
电容/电感/霍尔式接近开关的工作原理 1、电感式接近开关工作原理 电感式接近开关属于一种有开关量输出的位置传感器，它由LC高频振荡器和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，使物体内部产生涡流。这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化，由此识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断。这种接近开关所能检测的物体必须是金属物体。工作流程方框图及接线图如下所示：
2、电容式接近开关工作原理 电容式接近开关亦属于一种具有开关量输出的位置传感器，它的测量头通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是物体的本身，当物体移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通和关断。这种接近开关的检测物体，并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体,在检测较低介电常数ε的物体时，可以顺时针调节多圈电位器（位于开关后部）来增加感应灵敏度，一般调节电位器使电容式的接近开关在0.7-0.8Sn的位置动作。工作流程方框图及接线图如下所示：
3、霍尔式接近开关工作原理 当一块通有电流的金属或半导体薄片垂直地放在磁场中时，薄片的两端就会产生电位差，这种现象就称为霍尔效应。两端具有的电位差值称为霍尔电势U， 其表达式为U=K·I·B/d其中K为霍尔系数，I为薄片中通过的电流，B为外加磁场（洛伦慈力Lorrentz）的磁感应强度，d是薄片的厚度。 由此可见，霍尔效应的灵敏度高低与外加磁场的磁感应强度成正比的关系。我门销售的霍尔开关就属于这种有源磁电转换器件，它是在霍尔效应原理的基础上，利用集成封装和组装工艺制作而成，它可方便的把磁输入信号转换成实际应用中的电信号，同时又具备工业场合实际应用易操作和可靠性的要求。 霍尔开关的输入端是以磁感应强度B来表征的，当B值达到一定的程度（如B1）时，霍尔开关内部的触发器翻转，霍尔开关的输出电平状态也随之翻转。输出端一般采用晶体管输出，和接近开关类似有NPN、PNP、常开型、常闭型、锁存型（双极性）、双信号输出之分。 霍尔开关具有无触电、低功耗、长使用寿命、响应频率高等特点，内部采用环氧树脂封灌成一体化，所以能在各类恶劣环境下可靠的工作。霍尔开关可应用于接近开关，压力开关，里程表等，作为一种新型的电器配件。 霍尔开关的功能类似干簧管磁控开关，但是比它寿命长，响应快无磨损，而且安装时要注意磁铁的极性，磁铁极性装反无法工作。 内部原理图及输入/输出的转移特性和接线图如下所示：
开关电源EMI滤波器典型电路 开关电源EMI滤波器典型电路 开关电源为减小体积、降低成本,单片开关电源一般采用简易式单级EMI滤波器,典型电路图1所示。图（a）与图（b）中的电容器C能滤除串模干扰,区别仅是图（a）将C接在输入端,图（b）则接到输出端。图（c）、（d）所示电路较复杂,抑制干扰的效果更佳。图（c）中的L、C1和C2用来滤除共模干扰,C3和C4滤除串模干扰。R为泄放电阻,可将C3上积累的电荷泄放掉,避免因电荷积累而影响滤波特性;断电后还能使电源的进线端L、N不带电,保证使用的安全性。图（d）则是把共模干扰滤波电容C3和C4接在输出端。 EMI滤波器能有效抑制单片开关电源的电磁干扰。图2中曲线a为加EMI滤波器时开关电源上0.15MHz～30MHz传导噪声的波形（即电磁干扰峰值包络线）。曲线b是插入如图1（d）所示EMI滤波器后的波形,能将电磁干扰衰减50dBμV～70dBμV。显然,这种EMI滤波器的效果更佳。
电磁干扰滤波器电路 电磁干扰滤波器的基本电路如图1所示。该五端器件有两个输入端、两个输出端和一个接地端,使用时外壳应接通大地 。电路中包括共模扼流圈（亦称共模电感）L、滤波电容C1～C4。L对串模干扰不起作用,但当出现共模干扰时,由于两 个线圈的磁通方向相同,经过耦合后总电感量迅速增大,因此对共模信号呈现很大的感抗,使之不易通过,故称作共模扼流 圈。它的两个线圈分别绕在低损耗、高导磁率的铁氧体磁环上,当有电流通过时,两个线圈上的磁场就会互相加强。L的 电感量与EMI滤波器的额定电流I有关,参见表1。需要指出,当额定电流较大时,共模扼流圈的线径也要相应增大,以便能 承受较大的电流。此外,适当增加电感量,可改善低频衰减特性。C1和C2采用薄膜电容器,容量范围大致是0.01μF～0.47μ F,主要用来滤除串模干扰。C3和C4跨接在输出端,并将电容器的中点接地,能有效地抑制共模干扰。C3和C4亦可并联在 输入端,仍选用陶瓷电容,容量范围是2200pF～0.1μF。为减小漏电流,电容量不得超过0.1μF,并且电容器中点应与大地接
随着开关电源类产品的日益增多，电磁兼容设计成为开关电源开发过程中至关重要的一个环节，相应的电磁兼容标准也成为开关电源类产品必须满足的性能指标。高频开关电源是严重的电磁干扰源，很多情况下需对其安装EMI电源滤波器。传统的滤波器设计方法计算繁琐、设计过程复杂、研发时间长。为了提高滤波器性能和缩短开发时间，本文针对DC-DC开关电源介绍了一种简单且效果良好的滤波器设计方法。本文在阐述开关电源电磁干扰基本特点的基础上，提出了电源传导加固技术。文中阐述了EMI电源滤波器的基本原理、拓扑结构、设计原则和滤波器件的高频特性，分析了网络理论及其在EMI电源滤波器设计中的应用。本文以某一航空产品中的DC-DC开关电源项目为依托，设计EMI电源滤波器。通过了解开关电源需要满足的电磁兼容标准，测试分析其电磁干扰信号特点，提出滤波器性能指标。利用网络理论设计分析滤波电路，通过编程实现对滤波电路参数的设计。建立滤波器插入损耗仿真模型，编写仿真程序，对设计结果进行分析，最后通过实际测试，验证设计方法的J下确性。同时，在EMI电源滤波器设计的基础上，对滤波器进行了拓展功能的电路设计，主要针对开关动作所引起的浪涌电压。通过讨论应用于EMI电源滤波器中的软磁铁氧体材料的特性，提出了铁氧体磁芯的选择原则和应用方法，同时讨论了主要滤波器件的选择和设计。深入研究EMI电源滤波器在工程设计中的关键技术及滤波器封装技术，并提出封装过程测试方法及工程应用时安装使用应注意的主要问题。 随着开关电源的迅速发展和广泛应用,它们引起的电磁泄露和电磁辐射问题越来越严重。电源EMI滤波器作为开关电源的辅助器件,可以有效地抑制开关电源中的传导干扰。无源元件的高频非理想特性使无源EMI滤波器高频特性变差,而无源元件同样影响有源EMI滤波器的高频特性。因此对EMI滤波器高频特性的研究具有现实意义。对于无源EMI滤波器,本文研究了几种改善自感寄生参数的方法的有效性,分析了元件间的互感耦合和电容的自感寄生参数分别对π型共模滤波器的影响。提出利用部分互感耦合改善电容的自感寄生参数的优化措施。对于有源EMI滤波器,本文分析了一种有源EMI滤波器在分别连接纯电阻、感性和容性负载时的插损,分析了反馈环路中各个模块的作用和影响。最后,对有源EMI滤波器注入环节中的电容进行了改进,改善了它的高频特性。 本文首先介绍了利用傅立叶变换估算开关电源噪声频谱的方法,接着分别论
不同种类接近开关 1、无源接近开关 这种开关不需要电源，通过磁力感应控制开关的闭合状态。当磁或者铁质触发器靠近开关磁场时，和开关内部磁力作用控制闭合。特点：不需要电源，非接触式，免维护，环保。触发必须为铁，镍之类的磁性材料。 2、涡流式接近开关 这种开关有时也叫电感式接近开关。它是利用导电物体在接近这个能产生电磁场接近开关时，使物体内部产生涡流。这个涡流反作用到接近开关，使开关内部电路参数发生变化，由此识别出有无导电物体移近，进而控制开关的通或断。这种接近开关所能检测的物体必须是导电体。翼闸闸板上就用到了这种接近开关。 3、电容式接近开关 这种开关的测量通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是开关的外壳。这个外壳在测量过程中通常是接地或与设备的机壳相连接。当有物体移向接近开关时，不论它是否为导体，由于它的接近，总要使电容的介电常数发生变化，从而使电容量发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通或断开。这种接近开关检测的对象，不限于导体，可以绝缘的液体或粉状物等。 4、霍尔接近开关 霍尔元件是一种磁敏元件。利用霍尔元件做成的开关，叫做霍尔开关。当磁性物件移近霍尔开关时，开关检测面上的霍尔元件因产生霍尔效应而使开关内部电路状态发生变化，由此识别附近有磁性物体存在，进而控制开关的通或断。这种接近开关的检测对象必须是磁性物体。 5、光电式接近开关 利用光电效应做成的开关叫光电开关。将发光器件与光电器件按一定方向装在同一个检测头内。当有反光面（被检测物体）接近时，光电器件接收到反射光后便在信号输出，由此便可“感知”有物体接近。 6、热释电式接近开关 用能感知温度变化的元件做成的开关叫热释电式接近开关。这种开关是将热释电器件安装在开关的检测面上，当有与环境温度不同的物体接近时，热释电器件的输出便变化，由此便可检测出有物体接近。 7、其它型式的接近开关 当观察者或系统对波源的距离发生改变时，接近到的波的频率会发生偏移，这种现象称为多普勒效应。声纳和雷达就是利用这个效应的原理制成的。利用多普勒效应可制成超声波接近开关、微波接近开关等。当有物体移近时，接近开关接收到的反射信号会产生多普勒频移，由此可以识别出有无物体接近。 主要用途
开关电源电路详解图 一、开关电源的电路组成 开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器（EMI）、整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制器电路、输出整流滤波电路组成。辅助电路有输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等。 开关电源的电路组成方框图如下： 二、输入电路的原理及常见电路 1、AC 输入整流滤波电路原理： ①防雷电路：当有雷击，产生高压经电网导入电源时，由MOV1、MOV2、MOV3：F1、F2、F3、FDG1 组成的电路进行保护。当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时，其阻值降低，使高压能量消耗在压敏电阻上，若电流过大，F1、F2、F3 会烧毁保护后级电路。 ②输入滤波电路：C1、L1、C2、C3组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。当电源开启瞬间，要对C5充电，由于瞬间电流大，加RT1（热敏电阻）就能有效的防止浪涌电流。因瞬时能量全消耗在RT1电阻上，一定时间后温度升高后RT1阻值减小（RT1是负温系数元件），这时它消耗的能量非常小，后级电路可正常工作。 ③整流滤波电路：交流电压经BRG1整流后，经C5滤波后得到较为纯净的直流电压。若C5容量变小，输出的交流纹波将增大。
2、DC 输入滤波电路原理： ①输入滤波电路：C1、L1、C2组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。C3、C4 为安规电容，L2、L3为差模电感。 ② R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7组成抗浪涌电路。在起机的瞬间，由于C6的存在Q2不导通，电流经RT1构成回路。当C6上的电压充至Z1的稳压值时Q2导通。如果C8漏电或后级电路短路现象，在起机的瞬间电流在RT1上产生的压降增大，Q1导通使Q2没有栅极电压不导通，RT1将会在很短的时间烧毁，以保护后级电路。 三、功率变换电路 1、MOS管的工作原理：目前应用最广泛的绝缘栅场效应管是MOSFET（MOS管），是利用半导体表面的电声效应进行工作的。也称为表面场效应器件。由于它的栅极处于不导电状态，所以输入电阻可以大大提高，最高可达105欧姆，MOS管是利用栅源电压的大小，来改变半导体表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。 2、常见的原理图： 3、工作原理： R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2组成缓冲器，和开关MOS管并接，使开关管电压应力减少，EMI减少，不发生二次击穿。在开关管Q1关断时，变压器的原边线圈易产生尖
开关电容式变换器的工作原理 多种倍增输出的开关电容式变换器的工作原理利用更多的受控开关和电容，改变 输出电压与输入电压之比，并在供电电池使用过程中，随着电压的降低，自动地依次 改变电路的倍增因子，伎其由小到大变化，就能保证在电池电压变化时，有足够高的 输出电压来驱动。电压倍增的原理—。最大效率为，平均效率为腮。采用脚薄型则封装，尺寸为，方形。关于输出电压倍增及其模式的自动切换和没有多少区别，这里不 再重复。软启动含有软启动线路，以限制电源接退时和过渡模式下输入端的浪涌电流。在电源接通之初，输出ABC电子电容直接由输入以斜升的电流充电电荷泵还没有工作，经过，如果所有的阴极电位没有到以上，则毗转入倍模式，的输出电流按的阶梯向预 设值步进增大如果再经过，所有的阴极电位仍然没有在以上，则转入倍模式，的输出 电流再一次按的阶梯向预设值步进增大。 不论何时，如果输出电压低于，则软启动程序都将复位到倍输出模式。输出电流 的设置利用串行接口，可以对主屏副屏和闪光灯皿的电流进行设置。此串行接口有两 条线和，用来控制主副屏删亮度闪光灯和的变化以及四最大电流随温度的降额情况， 为串行数据线，为串行时钟线，采用标准的串行接口写字节命令。只是一个从设备受 控设备，依赖于主设备一般为微处艾博希电子理器来产生时钟信号。主设备在总线上 启动数据传送并产生时钟信号，先向传送位的地址字节，接着传送位的控制字节，控 制字节包含位的命令编码和位的数据。每次传送序列以”打头，而以”结束。控制字 节的格式如表。输出电流为的开关电容型变换器是凌特公司产品，和的功能相似，能 驱动个主屏个副屏和个删四，总输出电流为有个电流为的恒流源分别驱动每个最大的 显示电流由内部的精确的基准电流源确定亮度调节有级利用两条串行接口线，位的数 模转换器信号对每个电流源独立地控制其迈断调光和改变亮度水平输出电压按倍倍倍 倍增电路自动切换工作模式，接通电源后开始按倍电压模式工作，只要有一个皿电流 下降，电路自动转入增压模式。 它是一种高效低噪声的电荷泵型器件。电路采用脚塑料封装，尺寸为咖，其实 用电路中一实际为条引出线，分别和的阴极相连，为每个阴极提供恒定的电流，此电流可由。调高到，按级阶梯调节，由内部的位和软件确定，如果内部的数 据寄存器四一设置为，则输出电流为。通过电路采用脚薄型封装，尺寸为删皿皿，厚度仅为咖。是的外形及实用电路。的开关管及二极管均需外接，内部集 成有驱动开关管栅极的输出，它能提供驱动的源电流和的灌电流。由接于脚电 源高端及脚的电阻决定的电流人印。串行口的控制，一还刃以用作漏极开路输出，—。是两条串行输入线，输IC现货商入时钟和数据。每来一个时钟脉冲， 其作用和上面介绍的中的串行口相似，冉重复。引脚是所有数据线的电源，将 置于欠电压封锁阉值以下时，的数据寄存器均被复位为。该脚应当用或的陶瓷 电容旁路接地。脚是的伎能禁止脚，当该脚由低变高时，四按预定的亮度点亮。
○ 理论探讨 ○ 几种开关电容网络及其对DC -DC 变换器的改善 国家自然科学基金资助项目。 收到稿件。 刘 健 陈治明 严百平(西安理工大学 710048) 摘 要 提出三种开关电容网络,包括串并电容组合结构、极性反转开关电容网络和推挽开 关电容网络,并讨论了它们的性质。将这三种开关电容网络和传统DC -DC 变换器相结合,提出了一系列新的变换器拓扑结构。理论分析和实验结果表明,上述措施有助于提高具有悬殊电压变比的DC -DC 变换器的性能。 关键词 开关电容网络 DC -DC 变换器 1 引言 传统DC -DC 变换器中(如buck 、boost 和cuk 等),在进行较大电压变比的升压变换或较悬殊电压变比的降压变换时,必须令功率开关工作在很大 或很小的导通比下,这影响了变换器的效率,也使变换器的动态特性降低[1]。本文研究了将几种特殊的开关电容(SC )网络与传统的开关DC -DC 变换器相结合,利用SC 网络对电压进行预变换,借以改善传统的变换器性能的方法,提出一系列新的拓扑结构,如SC buck 变换器,SC boost 变换器以及SC cuk 变换器等。 2 几种开关电容网络 SC 网络是仅含有电容器和功率开关的电路单元,功率开关一般分作交替导通的两组。能够直接用于开关DC -DC 变换器来改善其性能的SC 网络有以下三种,如图1所示。 2.1 串并电容组合结构(Series -parallel capacitor group ,简写为SP ) 图1a 为典型的串并电容组合结构(SP ),一般情况下构成SP 的各个电容器取值均相等。我们定义一个SP 中所含独立电容的个数为该SP 的阶(order ),用n 表示。这样图1a 所示为二阶SP 。 SP 具有这样的特点:当外部给它充电时(即开关S 1导通,S 2断开时),组成SP 的各个电容C 1i 相互串联;而当SP 放电时(即S 2导通,S 1断开 时),组成SP 的各个电容C 1i 相互并联。因此,假如对SP 的充电状态的持续时间和放电状态的持续 时间分别大于其充电状态时间常数和放电状态时间常数的话,则在稳态下n 阶SP 可以看作一个n ∶1的降压器,即 图1 三种开关电容网络 (a )二阶SP (b )R SC 网络(c )二阶Pus h -Pull SC 网络 第5期 电工技术杂志1999年9月
电容式接近开关及其应用 作者：邓重一 1 引言 随着我国经济的快速发展，现代城市人 口的增加、城市范围的扩大，能源紧张问题越来越突出了。特别是水资源，它与工农业生产以及人民的生活息息相关，由于一些地区以前无计划性地乱的开采，出现了缺水的现象。 如何有效地管理和节约用水是当务之急。本文利用电容 式接近开关和其它器件设计了一种 控制水龙头开与关的系统。本系统具有控制灵敏、使用方便、工作寿命长的特点。 2 电容式接近开关介绍 电容式接近开关属于一种具有开关量输出的位置传感器，它的测量头通常构成电容器的一个极板，而另一个极板是物体的本身，当物体移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数ε发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通和关断。被这种接近开关的检测物体，并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体,在检测较低介电常数ε的物体时，可以顺时针调节多圈电位器（位于开关后部）来增加感应灵敏度，一般调节电位器使电容式的接近开关在0.7-0.8Sn（Sn为电容式接近开关的标准检测距离）的位置动作。这里选用的是浙江省洞头县光电开关厂生产的CLG型M18×70标准结构的开关。它的外型图与尺寸标示图分别如图1与图2所示。 图1 CLG型M18×70电容式接近开关外型图 图2CLG型M18×70标准结构开关外部尺寸图
操作参数如表1所示。 部分常用材料介电常数如表2所示。
3系统组成及设计过程 系统组成框图如图3所示，从框图可以看出控制信号的流程：当人或其它物体接近电容式接近开关时，等效电容的容量值会发生变化，从而改变LC振荡器的振荡频率，F/V电路将LC振荡器输出的频率量转化成电压量后，交给信号处理电路，该部分将电压信号进行一系列的处理（包括：放大、整形等）后传给开关量变换电路，开关量转换电路实际上是A/D 转换器，它将模拟电压转换为数字量，水龙头控制电路由开关量转换电路的输出量控制，它产生控制信号控制水龙头的开与关。本系统设计成当人接近水龙头一定距离时，水龙头自动开启，离开一定距离后水龙头自动关闭。 图3 控制系统组成框图 3．1 部分关键电路介绍振荡电路与F/V变换电路及信号处理部分 连线图如图4所示，由555定时器组成的振荡器，它的振荡频率为：f=1/0．69*（R1+2*R2）*（C//CT），C就是电容式接近开关的等效电容值，CT为频率调节电容，通过C的变化从而使振荡频率变化，将此种变化传给F/V电路，引起F/V电路的输出电压变化。由锁相环CD4046组成的F/V变换电路将频率值变成电压值后，经精密运放OP-07线性放大后输入到开关量转换器（A/D转换器）的输入端。 图4 振荡电路与F/V部分及信号处理电路连线图 A/D转换器将模拟信号转换成数字信号后，输入到水龙头控制电路的输入端，由水龙水控制电路控制水龙头的开与关，这些电路简单，这里限于篇幅，不作介绍。 3．2 系统安装要求 安装要求示意图如图5所示，图中S1表示检测面与支架的间距，要求≥1Sn，S2表示检测
开关电容低通滤波器的设计原理分析 为了滤除信号中掺杂的高频噪声，设计一种六阶级联式开关电容低通滤波器，以数据采样技术代替传统有源RC滤波器中的大电阻，有利于电路的大规模集成。滤波器由双二阶子电路级联而成，电路中的电容值利用动态定标技术计算确定。用Hspice进行仿真验证，结果表明：开关电容低通滤波器能较好地时信号进行整形，其频率特性符合设计指标。 滤波技术是信号分析和处理中的重要分支，它的作用是从接收到的信号中提取有用的信息，抑制或消除无用的或有害的干扰信号，有助于提高信号完整度和系统稳定性。滤波器正是采用滤波技术的具有一定传输选择性的信号处理装置。随着现代集成电路技术和MOS工艺的飞速发展，模拟集成滤波器的实现已经成为现代工业的一个重大课题，也是当今国际上的前沿课题。 传统的连续时间模拟滤波器采用有源RC结构，能够应用到较高的频率，但是电路中多采用大电容和大电阻，在集成电路制造时会占用大量的芯片面积。在现代集成电路工艺中，很难得到精确的电阻值和电容值，而且电阻值随温度变化很大，精度只能达到30%。 1972年，美国科学家Fried发表了用开关和电容模拟电阻R的论文，由此开关电容技术成为模拟集成滤波器设计中常用的方法。开关电容滤波器是由运算放大器、电容器和MOS 开关组成的有源开关电容网络，以数据采样技术代替大电阻，减小了芯片的面积和功耗，且电路的极点和时间常数由电容的比值确定，可实现高精度的模拟集成滤波器。本文设计一种开关电容低通滤波器，用于滤除有用信号中掺杂的高频噪声。 1 开关电容技术的原理 图1中的开关电容等效电阻电路由两个独立的电压源V1、V2，两个受控开关S1、S2和电容C组成。开关S1和S2受两相不交叠的时钟φ1和φ2控制，时钟频率均为fs。
开关电源EMI滤波器原理与设计研究
开关电源EMI滤波器原理与设计研究 魏应冬，吴燮华 (浙江大学电气工程学院，浙江杭州 310027） 摘要：在开关电源中，EMI滤波器对共模和差模传导噪声的抑制起着显著的作用。在研究滤波器原理的基础上，探讨了一种对共模、差模信号进行独立分析，分别建模的方法，最后基于此提出了一种EMI滤波器的设计程序。 关键词：开关电源；EMI滤波器；共模；差模 0 引言 高频开关电源由于其在体积、重量、功率密度、效率等方面的诸多优点，已经被广泛地应用于工业、国防、家电产品等各个领域。在开关电源应用于交流电网的场合，整流电路往往导致输入电流的断续，这除了大大降低输入功率因数外，还增加了大量高次谐波。同时，开关电源中功率开关管的高速开关动作（从几十kHz到数MHz），形成了EMI（electromagnetic interference）骚扰源。从已发表的开关电源论文可知，在开关电源中主要存在的干扰形式是传导干扰和近场辐射干扰，传导干扰还会注入电网，干扰接入电网的其他设备。 减少传导干扰的方法有很多，诸如合理铺设地线，采取星型铺地，避免环形地线，尽可能减少公共阻抗；设计合理的缓冲电路；减少电路杂散电容等。除此之外，可以利用EMI滤波器衰减电网与开关电源对彼此的噪声干扰。 EMI骚扰通常难以精确描述，滤波器的设计通常是通过反复迭代，计算制作以求逐步逼近设计要求。本文从EMI滤波原理入手，分别通过对其共模和差模噪声模型的分析，给出实际工作中设计滤波器的方法，并分步骤给出设计实例。 1 EMI滤波器设计原理 在开关电源中，主要的EMI骚扰源是功率半导体器件开关动作产生的d v/d t和d i/d t，因而电磁发射EME(Electromagnetic Emission)通常是宽带的噪声信号，其频率范围从开关工作频率到几MHz。所以，传导型电磁环境（EME）的测量，正如很多国际和国家标准所规定，频率范围在0.15～30MHz。设计EMI滤波器，就是要对开关频率及其高次谐波的噪声给予足够的衰减。基于上述标准，通常情况下只要考虑将频率高于150kHz的EME衰减至合理范围内即可。 在数字信号处理领域普遍认同的低通滤波器概念同样适用于电力电子装置中。简言之，EMI滤波器设计可以理解为要满足以下要求： 1）规定要求的阻带频率和阻带衰减；（满足某一特定频率f stop有需要H stop的衰减）； 2）对电网频率低衰减（满足规定的通带频率和通带低衰减）； 3）低成本。
非隔离反激式开关电容PWM直流变换器 曹文静金科阮新波 (南京航空航天大学，江苏 南京 210016) Non-Isolated Flyback Switching Capacitor PWM DC-DC Converter CAO Wenjing, JIN Ke, RUAN Xinbo (Nanjing University of Aeronautics & Astronautics, Nanjing 210016, China) Abstract: This paper proposes a novel non-isolated flyback switching capacitor PWM DC-DC converter. The converter is a combination of a switching capacitor converter and a traditional PWM DC-DC converter, and it has the following advantages: 1) Zero voltage switching of all the MOSFETs. 2) The transformer leakage inductor and the blocking capacitor resonate to reach the soft-switching of the switches. 3) Its efficiency is not sensitive to leakage inductor, so that the ordinary discrete transformer which is easy to install can be used to save the cost. 4) Single phase option makes it more flexible. A single-phase 700kHz 1.2V/35A output POL prototype was built to verify the analysis. 摘要：本文介绍了一种非隔离反激式开关电容PWM直流变换器，该变换器是开关电容变换器和传统的调压直流变换器的结合，具有如下优点：1）开关管的零电压开关(Zero-voltage-switching, ZVS)；2）变压器漏感与隔直电容谐振，实现开关管的软开关；3）变压器漏感对效率的影响小，可以使用常规的分立式变压器，节约成本且易于安装；4）变换器是单相的，结构简单，应用灵活。在理论分析的基础上，搭建了一台单相700kHz 1.2V/35A POL原理样机验证了理论分析的正确性。 关键词：开关电容变换器调压变换器漏感零电压开关1. 引言 新一代的计算机和通讯设备，采用开放式结构，用模块化的方法处理信号、数据和功率。这使得分布式电源系统(Distributed power systems, DPS) 的应用成为必然。互联网的广泛普及需要更先进的、高品质和更可靠的能源网络作为基础设施的支持，自然需要采取分布式发电、配电以及电能调节的方式。未来的电能处理系统在实际操作上应该全部都是通过功率变换装置将电力负载连接到电源。先进的功率处理系统应当具备可控、可重构的特点，可以在通讯、计算机、互联网基础设施、汽车、航空等领域应用。并且 国家自然科学基金（51007038）资助项目；台达环境与教育基金会《电 力电子科教发展计划》资助项目。能够实现从给定的源变换到所需形式的电能，提供给相应的负载。 随着信息产业的快速发展，高效率高动态特性负载点(Point-of-load, POL)变换器得到了越来越多的应用。例如给CPU供电的VRM就是一种特殊的POL 变换器。随着计算机和通讯技术的快速发展，目前CPU的工作电压降低到1V，甚至1V以下，且动态电流上升率达到2A/ns[1]。高功率密度和高效率是当今DC/DC模块的主要目标。 增大开关频率可以增大控制带宽，减少输出滤波电容的数量。然而，目前广泛运用的传统多相Buck 变换器在高频工作时存在开关损耗大、驱动损耗大、SR体二极管损耗大等严重的缺点[2-8]。 文献[9]-[10]提出了自驱动ZVS非隔离全桥DC/DC变换器，如图1所示。与传统两相Buck变换器相比，它具有以下优点：1)功率管的零电压开关； 2)消除了SR驱动器，降低了成本；3)不需要调节死区时间，减小了SR体二极管导通损耗；4) 增大占空比，减小了主开关管关断损耗和SR体二极管的反向恢复损耗。与Buck相比，自驱动ZVS非隔离全桥DC/DC变换器可以实现更高效率的电能转换。然而，该变换器具有以下缺点：1) 必须两相工作，环流损 图1 自驱动ZVS非隔离全桥DC/DC变换器
建议删除该贴!!| 收藏| 回复| 2008-08-08 09:57:08 楼主 一、性能特点 在各类开关中，有一种对接近它的物体有感知能力的元件——位移传感器。利用位移传感器对接近物体的敏感特性达到控制开关通或断的目的，这就是接近开关。当有物体移向接近开关，并接近到一定距离时，位移传感器才有“感知”，开关才会动作。通常把这个距离叫“检出距离”。不同的接近开关检出距离也不同。有时被检测验物体是按一定的时间间隔，一个接一个地移向接近开关，又一个一个地离开，这样不断地重复。不同的接近开关，对检测对象的响应能力是不同的。这种响应特性被称为“响应频率”。 二、种类 因为位移传感器可以根据不同的原理和不同的方法做成，而不同的位移传感器对物体的“感知”方法也不同，所以常见的接近开关有以下几种： 1．涡流式接近开关 这种开关有时也叫电感式接近开关。它是利用导电物体在接近这个能产生电磁场接近开关时，使物体内部产生涡流。这个涡流反作用到接近开关，使开关内部电路参数发生变化，由此识别出有无导电物体移近，进而控制开关的通或断。这种接近开关所能检测的物体必须是导电体。 2．电容式接近开关 这种开关的测量通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是开关的外壳。这个外壳在测量过程中通常是接地或与设备的机壳相连接。当有物体移向接近开关时，不论它是否为导体，由于它的接近，总要使电容的介电常数发生变化，从而使电容量发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通或断开。这种接近开关检测的对象，不限于导体，可以绝缘的液体或粉状物等。 3．霍尔接近开关 霍尔元件是一种磁敏元件。利用霍尔元件做成的开关，叫做霍尔开关。当磁性物件移近霍尔开关时，开关检测面上的霍尔元件因产生霍尔效应而使开关内部电路状态发生变化，由此识别附近有磁性物体存在，进而控制开关的通或断。这种接近开关的检测对象必须是磁性物体。 4．光电式接近开关 利用光电效应做成的开关叫光电开关。将发光器件与光电器件按一定方向装在同一个检测头内。当有反光面（被检测物体）接近时，光电器件接收到反射光后便在信号输出，由此便可“感知”有物体接近。 5．热释电式接近开关 用能感知温度变化的元件做成的开关叫热释电式接近开关。这种开关是将热释电器件安装在开关的检测面上，当有与环境温度不同的物体接近时，热释电器件的输出便变化，由此便可检测出有物体接近。 6．其它型式的接近开关 当观察者或系统对波源的距离发生改变时，接近到的波的频率会发生偏移，这种现象称为多普勒效应。声纳和雷达就是利用这个效应的原理制成的。利用多普勒效应可制成超声波接近开关、微波接近开关等。当有物体移近时，接近开关接收到的反射信号会产生多普勒频移，由此可以识别出有无物体接近。 三、主要用途 接近开关在航空、航空、航天技术以及工业生产中都有广泛的应用。在日常生活中，如宾馆、饭店、车库的自动门，自动热风机上都有应用。在安全防盗方面，如资料档案、财会、金融、博物馆、金库等重地，通常都装有由各种接近开关组成的防盗装置。在测量技术中，如长度，位置的测量；在控制技术中，如位移、速度、加速度的测量和控制，也都使用着大量的接近开关。 四、选用注意事项 在一般的工业生产场所，通常都选用涡流式接近开关和电容式接近开关。因为这两种接近开关对环境的要求条件较低。当被测对象是导电物体或可以固定在一块金属物上的物体时，一般都选用涡流式接近开关，因为它的响应频率高、抗环境干扰性能好、应用范围广、价格较低。若所测对象是非金属（或金属）、液位高度、粉状物高度、塑料、烟草等。则应选用电容式接近开关。这种开关的响应频率低，但稳定性好。安装时应考虑环境因素的影响。若被物为导磁材料或者为了区别和它在一同运动的物体而把磁钢埋在被测物
开关电容滤波器的设计与应用 吴 猛 (中国兵器工业第214研究所 蚌埠 233042) 摘 要 本文介绍了开关电容滤波器的结构与工作原理,并对美国L I N E AR 公司开关电容滤波器器件LTC1068系列具体应用做了介绍。 关键词 开关电容 滤波器 1 引 言 开关电容滤波器是利用开关电容网络构成的滤波器,它的出现促进了有源滤波器的集成化,随着集成电路制造工艺水平的提高,集成开关电容 滤波器的尺寸变得越来越小,设计也越来越简单,已大量运用到通讯及其他数字化系统。目前,国际市场上开关电容滤波器件主要是美国MAX I M 和L I N E AR 公司生产的MAX29X 和LT C1068系列。本文将介绍L I N EAR 公司LT C1068 的原 图1 LTC1068结构图 第23卷第4期2005年12月 集成电路通讯 J ICH EN GD I ANLU TON GXUN Vol .23 No .4 Dec .2005
理及应用。 2 LTC1068电路结构 美国L I N E AR公司的LTC1068系列是低噪 声、高精度的通用滤波器组合模块,由4个相同的2阶开关电容滤波器单元组成。内部结构如图1所示: LT C1068系列芯片之间差别仅仅是时钟频率与中心频率之比(f CLK /f O)不同,单块芯片可以被设计成2阶、4阶或8阶滤波器。L I N ERA公司 的开关电容滤波器按固定标称比f CLK /f O而设计。 多数应用场合设计滤波器要求不同的f CLK /f O,可通过用外部电阻和不同的连接方式加以解决。 3 引脚功能及技术特点 3.1 引脚排列 引脚排列如图2所示 : 图2 LTC1068引脚图3.2 引脚功能 LTC1068引脚功能如表1所示: 表1 LTC1068引脚功能 引脚序号符 号功 能引脚序号符 号功 能1I N VB信号反相输入端28I N VC信号反相输入端 2HP B/NB信号高通输入端27HPC/NC信号高通输入端 3BP B信号带通输入端26BPC信号带通输入端 4LP B信号低通输入端25LPC信号低通输入端 5S B求和端24SC求和端 6NC空脚23V-负电源 7AG ND数字地22NC空脚 8V+正电源21CLK时钟信号输入端 9NC空脚20NC空脚 10S A求和端19S D求和端 11LP A信号低通输入端18LP D信号低通输入端 12BP A信号带通输入端17BP D信号带通输入端 13HP A/NA信号高通输入端16HP D/ND信号高通输入端 14I N VA信号反相输入端15I N VD信号反相输入端 3.3 技术特点 a.工作电压可选择双电源±5V,单电源5V 或3.3V; b.2阶滤波器中心频率误差±0.3%(典型 13 第23卷第4期 集成电路通讯
矩阵变换器研究综述 1 引言 随着电力电子技术的迅速发展，交-交变频器在传动系统中已经得到了广泛的应用，但也存在一些固有的缺陷，因此研究新型的既有优良控制性能和输入电流品质而又成本低、结构紧凑、性能可靠的交-交变频器已成为当前的发展趋势。 矩阵式变换器是一种直接交-交变频器，与传统的自然换流变频器相比，具有以下优点: l 无中间直流环节，结构紧凑，体积小，效率高，便于实现模块化; l 无需较大的滤波电容，动态响应快; l 能够实现能量双向流动, 便于电动机实现四象限运行; l 控制自由度大,输出电压幅值和频率范围连续可调; l 输入功率因数可控，带任何负载时都能使功率因数为1.0; l 输出电压和输入电流的低次谐波含量较小; l 实现功率集成后能够改善变换器内部的电磁兼容性，其输出的pwm电压和输入功率因数可调的特点能够改善电动机、变换器与电源之间的电磁兼容性[1]。 矩阵变换器的原理在80年代被提出，由于具有性能优良的潜在优势，越来越引起人们的重视，有逐步取代交-直-交变频器、周波变流器的趋势[2]。特别是它具有本身不产生谐波污染的同时,能够对电网进行无功补偿的能力，其总体性能高于其它变换器。在日益关注可持续发展问题，大力推行电力环保、绿色电源的今天，研究与开发矩阵式变换器特别具有现实意义。 矩阵变换器的关键技术主要包括:主回路的拓扑结构和工作原理、安全换流技术、调制策略和保护电路设计等，下面就这些关键技术的研究进行一一介绍。
2 主回路拓扑结构和工作原理 矩阵变换器的名称来源于它的矩阵状拓扑结构。一个m相输入、n相输出的矩阵变换器，由m×n个双向开关组成，它们排列成矩阵形状，分单级和双级两种。 图1 单级矩阵变换器拓朴结构 2.1 单级矩阵变换器 常规的矩阵变换器是一种单级交-交变换器(见图1)，其结构简单，可控性强，但存在以下缺陷: l 最大电压增益为0.866，并且与控制算法无关; l 主电路的9个双向开关存在控制和保护问题，应采用安全换流技术; l 必须采用复杂的pwm控制和保护策略，同时要求复杂的箝位保护电路。 单级矩阵变换器的理论和控制技术得到了飞速的发展，但仍然停留在实验阶段，而不能在工业中推广应用，原因在于: l 其控制策略复杂，计算量大; l 四步换流法增加了控制的难度, 降低了系统的可靠性; l 开关数量多，系统成本过高[3,4]。
摘要：开关电源中常用EMI滤波器抑制共模干扰和差模干扰。三端电容器在抑制开关电源高频干扰方面有良好性能。文中在开关电源一般性能EMI滤波器电路结构基础上，给出了使用三端电容器抑制高频噪声的滤波器结构。并使用PSpice软件对插入损耗进行仿真，给出了仿真结果。 1 开关电源特点及噪声产生原因 随着电子技术的高速发展，电子设备种类日益增多，而任何电子设备都离不开稳定可靠的电源，因此对电源的要求也越来越高。开关电源以其高效率、低发热量、稳定性好、体积小、重量轻、利于环境保护等优点，近年来取得快速发展，应用领域不断扩大。开关电源工作在高频开关状态，本身就会对供电设备产生干扰，危害其正常工作；而外部干扰同样会影响其正常工作。 开关电源干扰主要来源于工频电流的整流波形和开关操作波形。这些波形的电流泄漏到输入部位就成为传导噪声和辐射噪声，泄漏到输出部位就形成了波纹问题。考虑到电磁兼容性的有关要求，应采用EMI电源滤波器来抑制开关电源上的干扰。文中主要研究的是开关电源输入端的EMI滤波器。 2 EMI滤波器的结构 开关电源输入端采用的EMI滤波器是一种双向滤波器，是由电容和电感构成的低通滤波器，既能抑制从交流电源线上引入的外部电磁干扰，还可以避免本身设备向外部发出噪声干扰。开关电源的干扰分为差模干扰和共模干扰，在线路中的传导干扰信号，均可用差模和共模信号来表示。差模干扰是火线与零线之间产生的干扰，共模干扰是火线或零线与地线之间产生的干扰。抑制差模干扰信号和共模干扰信号普遍有效的方法就是在开关电源输入电路中加装电磁干扰滤波器。EMI滤波器的电路结构包括共模扼流圈(共模电感)L，差模电容Cx和共模电容Cy。共模扼流圈是在一个磁环(闭磁路)的上下两个半环上，分别绕制相同匝数但绕向相反的线圈。两个线圈的磁通方向一致，共模干扰出现时，总电感迅速增大产生很大的感抗，从而可以抑制共模干扰，而对差模干扰不起作用。为了更好地抑制共模噪声； 共模扼流圈应选用磁导率高，高频性能好的磁芯。共模扼流圈的电感值与额定电流有关。差模电容Cx通常选用金属膜电容，取值范围一般在0．1～1μF。Cy用于抑制较高频率的共模干扰信号，取值范围一般为2200～6800 pF。常选
EMI滤波器电路原理及设计 引言 开关电源以其体积小、重量轻、效率高等优点被广泛应用于电力电子设备系统中，但是开关电源易受到电磁干扰，产生误动作，且本身的高频信号也会引起大量的噪声，会污染电网环境，干扰同一电网其他电子设备的正常工作。这样就对EMC提出了更高的要求指标。 分类： 开关电源中的电磁干扰（EMI）主要有传导干扰和辐射干扰。通过正确的屏蔽和接地系统设计可以得到有效的控制，对于传导干扰来说，加装EMI滤波器，是一种比较经济有效的措施，辐射干扰的抑制可以通过加装变压器屏蔽铜片。 EMI滤波器介绍 开关电源与交流电网相连，尽管开关电源是一个单端口网络，但具有相线（L），零线（N），地线（E）的开关电源实际上形成了两个AC端口，所以噪声源在实际分析中可以将其分解为共模和差模噪声源。火线（L）与零线（N）之间的干扰叫做差模干扰（属于对称性干扰），火线（L）与地线（E）之间的干扰叫做共模干扰（非对称性干扰）。在一般情况下，差模干扰幅度小、频率低、所造成的干扰较小；共模干扰幅度大、频率高，还可以通过导线产生辐射，所造成的干扰较大。 开关电源的EMI干扰源集中体现在功率开关管、整流二极管、高频变压器等，外部环境对开关电源的干扰主要来自电网的抖动、雷击、外界辐射等。 1.开关电源的EMI干扰源 开关电源的EMI干扰源集中体现在功率开关管、整流二极管、高频变压器等，外部环境对开关电源的干扰主要来自电网的抖动、雷击、外界辐射等。 （1）功率开关管 功率开关管工作在On-O ff快速循环转换的状态，dv/dt和di/dt都在急剧变换，因此，功率开关管既是电场耦合的主要干扰源，也是磁场耦合的主要干扰源。 （2）高频变压器 高频变压器的EMI来源集中体现在漏感对应的di/dt快速循环变换，因此高频变压器是磁场耦合的重要干扰源。 （3）整流二极管 整流二极管的EMI来源集中体现在反向恢复特性上，反向恢复电流的断续点会在电感（引线电感、杂散电感等）产生高 dv/dt，从而导致强电磁干扰。 （4）PCB 准确的说，PCB是上述干扰源的耦合通道，PCB的优劣，直接对应着对上述EMI源抑制的好坏。
开关电容的PWM DC - DC转换及其变化状况摘要：本文提出了一种新型开关电容脉宽调制（PWM）转换器。该转换器是一个开关电容和PWM转换器组合。它具有以下优点： 1)所有的MOSFET都是零电压开关； 2)自耦变压器自驱动的方法，不必调整同步整流器控制时序，因此大量减少了二 极管传导损耗； 3)对漏电感不敏感，因此可以使用独立的变压器，它同时适用于电压调节模块 （VRM）和虚拟咨询台（VRD）； 4)单相选择会更加灵活。在相位控制策略的整个负载范围内，它可以达到更高的 效率。构建一个700千赫l.2-V/35-A油料原型和一个四相700千赫l.2-V/130-A VRM原型是来验证分析。 索引词：负载点（POL）转换器，自驱动脉冲宽度调制解调器（PWM），开关电容转换器，零电压开关电容（ZVS）。 I.引言 计算机和电子通讯的新一代设备，它采用了开放式结构，模块化信号和数据的处理方法，因此有必要使用分布式电源系统。对互联网广告的使用需要配有先进的，高质量的基础设施和可靠的“电网”，从而自然而然采用分布式发电，配电，和调控。电力处理系统的未来发展，把几乎所有的电力负荷接到有能源来源的电力电子设备。先进的功率处理系统预计将达到完全可控，完全可重构，自治和可定制的平台，可应用在，诸如电信，计算机，互联网基础设施，汽车应用，航空航天的电力能源供应。这些先进的系统将被要求提供按需提供能源，并按任何速率和任何需要的形式下载。 为了支持技术的发展趋势，行业在每个电路板的定制，小型化功率负载点（POL）转换器上尝试收集功能更多和更先进的耗电的处理器。随着迅速增长计算机和电信应用，POL的DC - DC模块是变得越来越小。对于一些规模DC - DC模块，输出电压低于1V，输出电流要高得多。高功率密度和高效率是DC - DC模块制造商的主要目标。高开关频率也增加控制带宽，因为同一瞬态要求，以至于需要更少的输出电容器。然而，在同步整流（SR）下，传统的多相降压控制器在高频率下有几个严重的问题：高开关损耗，高驱动损耗，高体二极管损耗。一个自我驱动的零电压开关（ZVS）非隔离式全桥的DC - DC转换器，如图1所示。它的运作正如两相转换器，并使用交错控制。与传统的两相降压转换器对比，自驱动非隔离（ZVS）全桥直流直流转换器具有以下优点： 1)所有MOSFET的ZVS； 2)消除SR驱动器节省成本； 3)无需调整SR控制时间，因此，减少体二极管传导损耗； 4)显着减少关断损耗和反向恢复体二极管造成的损失延长工作周期；