最新开关电源峰值电流模式次谐波振荡研究

开关电源的PCB设计规范在任何开关电源设计中，PCB板的物理设计都是最后一个环节，如果设计方法不当，PCB可能会辐射过多的电磁干扰，造成电源工作不稳定，以下针对各个步骤中所需注意的事项进行分析: 一、从原理图到PCB的设计流程建立元件参数－>输入原理网表->设计参数设置->手工布局->手工布线->验证设计－>复查->CAM输出。

二、参数设置相邻导线间距必须能满足电气安全要求，而且为了便于操作和生产，间距也应尽量宽些。

最小间距至少要能适合承受的电压，在布线密度较低时，信号线的间距可适当地加大，对高、低电平悬殊的信号线应尽可能地短且加大间距，一般情况下将走线间距设为8mil。

焊盘内孔边缘到印制板边的距离要大于1mm，这样可以避免加工时导致焊盘缺损。

当与焊盘连接的走线较细时，要将焊盘与走线之间的连接设计成水滴状，这样的好处是焊盘不容易起皮，而是走线与焊盘不易断开。

三、元器件布局实践证明，即使电路原理图设计正确，印制电路板设计不当，也会对电子设备的可靠性产生不利影响。

例如，如果印制板两条细平行线靠得很近，则会形成信号波形的延迟，在传输线的终端形成反射噪声；由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品的性能下降，因此，在设计印制电路板的时候，应注意采用正确的方法。

每一个开关电源都有四个电流回路： (1).电源开关交流回路 (2).输出整流交流回路 (3).输入信号源电流回路 (4).输出负载电流回路输入回路通过一个近似直流的电流对输入电容充电，滤波电容主要起到一个宽带储能作用；类似地，输出滤波电容也用来储存来自输出整流器的高频能量，同时消除输出负载回路的直流能量。

所以，输入和输出滤波电容的接线端十分重要，输入及输出电流回路应分别只从滤波电容的接线端连接到电源；如果在输入/输出回路和电源开关/整流回路之间的连接无法与电容的接线端直接相连，交流能量将由输入或输出滤波电容并辐射到环境中去。

开关电源峰值电流模式次谐波振荡研究
林薇;刘永根;张艳红
【期刊名称】《太赫兹科学与电子信息学报》
【年(卷),期】2009(007)004
【摘要】对峰值电流模式开关电源的次谐波振荡进行了系统研究,包括其产生原因、导致后果、解决方法及具体电路实现.定性分析了次谐波振荡产生的原因,从2个角度分别定量地对其进行深入研究,分析了上斜坡补偿和下斜坡补偿2种避免次谐波
振荡的方法,并基于3种最基本的开关电源拓扑(Buck,Flyback和Boost)给出了具
体的斜坡补偿电路,采用Hspice仿真得到不同斜率的斜坡补偿信号和自调节斜坡补偿信号.
【总页数】5页(P330-334)
【作者】林薇;刘永根;张艳红
【作者单位】华侨大学,信息科学与工程学院,福建,泉州,362021;电子科技大学,电子薄膜与集成器件国家重点实验室,四川,成都,610054;华侨大学,信息科学与工程学院,福建,泉州,362021
【正文语种】中文
【中图分类】TN751.2
【相关文献】
1.衬比度1012亚皮秒钕激光在金属靶上产生的二次和三次谐波振荡 [J],
Ло.,Л;Со.,В
2.峰值电流控制开关电源的反馈补偿问题研究 [J], 李新;景欣
3.PFC Boost变换器次谐波振荡抑制方法研究 [J], 郭颖娜;程为彬;陈文奎;宋久旭;杨志龙
4.周期振荡的二次谐波空间功率合成振荡器 [J], 肖国华
5.峰值电流控制开关电源斜坡补偿的研究 [J], 高原;邱新芸;汪晋宽
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开关电源的PCB设计规范在任何开关电源设计中PCB板的物理设计都是最后一个环节如果设计方法不当PCB可能会辐射过多的电磁干扰造成电源工作不稳定以下针对各个步骤中所需注意的事项进行分析: 一、从原理图到PCB的设计流程建立元件参数输入原理网表-设计参数设置-手工布局-手工布线-验证设计复查-CAM输出。

二、参数设置相邻导线间距必须能满足电气安全要求而且为了便于操作和生产间距也应尽量宽些。

最小间距至少要能适合承受的电压在布线密度较低时信号线的间距可适当地加大对高、低电平悬殊的信号线应尽可能地短且加大间距一般情况下将走线间距设为8mil。

焊盘内孔边缘到印制板边的距离要大于1mm这样可以避免加工时导致焊盘缺损。

当与焊盘连接的走线较细时要将焊盘与走线之间的连接设计成水滴状这样的好处是焊盘不容易起皮而是走线与焊盘不易断开。

三、元器件布局实践证明即使电路原理图设计正确印制电路板设计不当也会对电子设备的可靠性产生不利影响。

例如如果印制板两条细平行线靠得很近则会形成信号波形的延迟在传输线的终端形成反射噪声由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰会使产品的性能下降因此在设计印制电路板的时候应注意采用正确的方法。

每一个开关电源都有四个电流回路 1.电源开关交流回路2.输出整流交流回路3.输入信号源电流回路4.输出负载电流回路输入回路通过一个近似直流的电流对输入电容充电滤波电容主要起到一个宽带储能作用类似地输出滤波电容也用来储存来自输出整流器的高频能量同时消除输出负载回路的直流能量。

所以输入和输出滤波电容的接线端十分重要输入及输出电流回路应分别只从滤波电容的接线端连接到电源如果在输入/输出回路和电源开关/整流回路之间的连接无法与电容的接线端直接相连交流能量将由输入或输出滤波电容并辐射到环境中去。

电源开关交流回路和整流器的交流回路包含高幅梯形电流这些电流中谐波成分很高其频率远大于开关基频峰值幅度可高达持续输入/输出直流电流幅度的5倍过渡时间通常约为50ns。

峰值电流控制模式次谐波振荡的原因峰值电流控制模式下出现次谐波振荡，这事儿就像平静的湖面突然泛起奇怪的涟漪，让人摸不着头脑。

那到底为啥会出现这种情况呢？咱们得先了解一下峰值电流控制模式是啥。

这就好比是一个管家，负责管理电流这个调皮的小家伙。

在正常情况下，管家能把电流管得服服帖帖的，让整个电路系统有条不紊地运行。

可是啊，这个管家也有头疼的时候。

其中一个原因呢，就是电路里的电感和电容这两个家伙在捣乱。

电感就像是一个慢性子的人，电容呢，又像是一个急性子。

当电流在电路里跑来跑去的时候，电感这个慢性子就会阻碍电流的变化，而电容这个急性子又想让电压一下子就达到某个值。

这一慢一快啊，就容易产生矛盾。

就好比一个慢腾腾的乌龟和一个风风火火的兔子在一起赶路，能不出乱子吗？在峰值电流控制模式下，这种电感和电容的不协调就可能引发次谐波振荡。

再说说占空比这个概念。

占空比就像是在一个时间段里，电流能自由活动的时间比例。

如果这个比例没控制好，就像一个人每天的休息和工作时间乱了套。

有时候啊，占空比太大或者太小，就会让电路里的各种元件不适应。

这就好比你每天只睡两个小时或者睡二十个小时，身体肯定会出问题，电路也是一样的道理。

在峰值电流控制模式里，占空比不合适的时候，次谐波振荡就可能冒出来。

还有一个不可忽视的因素是反馈环路。

反馈环路就像是电路的耳朵，它得听着电路里各个地方的情况，然后把信息反馈给控制部分。

可是呢，如果这个耳朵不太灵敏，或者传递信息的时候出了差错，那就坏事儿了。

比如说，就像在一个传话游戏里，第一个人说的话到最后一个人那里完全变了样。

反馈环路要是出了问题，电路就可能误解当前的情况，从而导致次谐波振荡。

这就像一个人本来要往东边走，结果因为错误的信息，朝着西边去了，电路也是这样迷失了方向。

另外啊，电路里的噪声也不是个善茬儿。

噪声就像是一群调皮捣蛋的小妖精，在电路里到处乱窜。

它们可能会干扰正常的电流信号，让原本好好的电流变得乱七八糟。

开关电源中的谐波分析及其控制方法开关电源的广泛使用给电网造成了不利影响，降低了电能质量，进行开关电源谐波抑制十分重要。

本文首先对开关电源产生谐波的机理进行了分析，重点探讨了谐波抑制的方法。

实践表明，这些方法都是行之有效的。

标签：开关电源谐波抑制0 引言电力电子的不断发展使得开关电源的应用越来越广泛，开关电源技术在不断成熟，正朝着可靠性高以及小型化的方向发展。

但值得注意的是，开关电源中安装有大功率的开关管，它们作用在高频状态时会产生谐波，对周围的设备造成电磁干扰，影响电网的电能质量。

因此，对开关电源产生的谐波进行抑制十分必要，当前出现的抑制方法大致可以分为有源滤波以及无源滤波两种。

其中，后者的滤波效果更好，但其技术较为复杂，在实际应用中还不够广泛；无源滤波方法不仅能够进行谐波抑制，还可以起到无功补偿的效果[1]。

1 开关电源产生谐波机理分析所谓开关电源，它是通过事先设置好频率及占空比的脉冲信号对开关管的接通和断开进行控制[2]；从而实现功率的输出以及电压的调整。

为此，在开关电源的内部需要有相应的脉冲发生电路，实现对开关管的控制。

控制开关管是通过脉冲信号来受到控制的，改变脉冲占空比可以调整开关管的导通时间。

在开关电路中，开关管只有两种工作状态，一种是on，一种是off；此时，在输出电压中会存在与工作频率相对应的交流信号；这一谐波信号将会持续存在于输出电压中，比如：将开关的控制信号脉冲频率设置为：100kHz，其输出频谱为基波的奇次分量；在分析输出电压的频谱时可以看出，100kHz、300 kHz、500 kHz的频谱能量均存在。

另外，在上升沿和下降沿处，脉冲信号的电压变化速率很快，电流变化速率也很快；在此过程中会产生与控制脉冲频率不同的高频分量。

可见，为了对开关电源的频率成分进行控制，进行开关电源设计时应该根据设计需要合理选择开关控制脉冲，另外，还应该降低控制脉冲的速率。

2 开关电源谐波抑制方法2.1 使用EMI滤波器EMI滤波技术能够对尖脉冲干扰实施有效抑制，可以可靠滤除传导干扰以及辐射干扰，图1给出了一种EMI滤波器，它是由电容和电感组成的；将其接在开关电源的输出端；高频旁路电容为C1、C5，其作用是将输入电源线之间的差模干扰滤除掉；L1、C2，C4与L2、C2、C4对电路中的共模干扰进行滤除；L3、L4线圈的初级匝数是相等的，但其极性相反；当通以交流电流后，将会在磁芯中产生相反的磁通，这就是它抑制共模干扰的原理。

摘要：讨论了平均电流法和峰值电流法的控制特点，并详细分析了平均电流法控制芯片UC3854BN的应用，最后提供了实验波形。

关键词：平均电流控制；峰值电流控制；功率因数校正；斜坡补偿；次谐波振荡1 平均电流法和峰值电流法的比较我们知道开关功率电路的电路拓扑分为电流模式控制和电压模式控制，由于电流模式控制具有动态反应快、补偿电路简化、增益带宽大、输出电感小、易于均流等优点而取得了越来越广的应用。

电流模式控制分为峰值电流模式控制和平均电流模式控制两种。

峰值电流法是将实际检测的电感电流和电压外环设定的电流值输入PWM比较器进行比较，如图1所示。

峰值电流法的电流环增益较低。

平均电流法是将实际电感电流和电压外环设定的理想电流接到一个高增益的电流误差放大器，通过电流误差放大器将电流误差放大再接到PWM比较器，和一个大幅值的锯齿波（即振荡器的坡度）比较，如图2所示。

峰值电流模式控制和平均电流模式控制相比主要有以下缺点：1）对噪声敏感峰值电流模式控制是将电感电流的上升沿（即开关电流）同设定的电流值相比较，当瞬态电流达到设定值，PWM比较器输出翻转将功率开关管关断。

电感电流上升到设定值的坡度即（U in-U O）/L很小，特别是U in小时坡度更小，所以这种控制方法易受噪声干扰。

每次开关管通断时都会产生一个噪声尖峰。

并且耦合到控制电路的一个小电压就能使开关管迅速关断，使电路处于次谐波运做模式而产生很大的纹波。

而平均电流模式而是将电流放大器的输出和晶振比较，当时钟脉冲使功率开关管开通后，晶振幅度迅速降到了一个低值，所以平均电流模式抗干扰能力强。

2）需斜坡补偿图3及图4分别是D（占空比）大于50％和小于50％时峰值电流控制的电感电流波形图。

其中Ue是电压放大器输出的电流设定值，Δ Io 是扰动电流，m1、m2分别是电感电流的上升沿及下降沿斜率。

从图中可以看出当D< 50％时扰动电流引起的电流误差Δ I1变小，而 D >50％时扰动电流引起的电流误差Δ I1变大。

现代电子技术Modern Electronics TechniqueFeb. 2024Vol. 47 No. 42024年2月15日第47卷第4期0 引 言开关电源有电压和电流两种控制模式。

电压控制模式通过检测输出电压，使得输出电压在各种负载条件下保持稳定。

电流模式有两个反馈环：一是检测输出电压的电压外环；另一个是检测开关管电流且具有逐周期限流功能的电流内环[1]。

相较于电压控制模式，电流控制模式具有响应快、抑制偏磁能力强、简化反馈环路设计等优点[2⁃4]。

峰值电流模式在占空比大于0.5和连续电感电流条件下，会产生次谐波振荡，这种不稳定性与电源的闭环特性无关[5⁃7]，应用斜率补偿技术可以消除次谐波振荡。

斜率补偿电路分为上斜率补偿和下斜率补偿两种方式，二者在原理上是一致的，但因为上斜率补偿在电路上更易实现，因此实际电路中大多采用上斜率补偿[8⁃11]，本文介绍的补偿电路也属于上斜率补偿。

若选择的电源管理芯片自带斜率补偿电路，则无需考虑自行设计斜率补偿电路。

本文简要分析了电源自带的斜率补偿电路和选择管理芯片频率脚的斜率补偿电路，最后提出一种改进的适用于半桥电路的新型斜率补偿电路。

本文给出了该新型斜率补偿电路的详细计算方法，为电源的斜率补偿参数设计提供一定参考。

1 次谐波振荡图1所示为电感电流波形。

图中：I R 为设定的电感电流峰值；m 1和m 2分别为电感电流的上升和下降斜率。

当输入电压发生变化或因为某种原因会产生初始扰动电流Δi 0，经过一个周期T s 后，扰动电流为：Δi 1=-m1m 2Δi 0（1）DOI ：10.16652/j.issn.1004⁃373x.2024.04.009引用格式：刘威，蒋林，艾建，等.一种应用于半桥拓扑的斜率补偿电路[J].现代电子技术，2024，47（4）：43⁃47.一种应用于半桥拓扑的斜率补偿电路刘 威， 蒋 林， 艾 建， 任 毅（西南石油大学 电气信息学院， 四川 成都 610500）摘 要： 针对在峰值电流控制模式下半桥型开关电源存在次谐波振荡的问题，提出一种新型斜率补偿电路。

现代化开关电源谐波分析及抑制方法摘要随着电力电子技术在开关电源快速的发展，开关电源的应用在提高系统可靠性和效率方面显得尤为重要。

而开关电源的核心技术是电力电子技术，开关器件在导通和关断时会产生谐波成分和电磁干扰，影响系统的正常工作，降低电网电源功率因素，因此电力电子技术的快速发展，谐波的抑制已成为国内外同行专家关注的重点。

基于此，本文就针对开关电源谐波分析及抑制方法进行分析研究。

关键词开关电源；谐波分析；抑制方法前言开关电源具有效率高、体积小、重量轻、输出电压可调范围大、实现多路输出方便等优点，使用范围日益扩大，尤其在仪器仪表、通信及自动化设备中得到了广泛的应用。

但开关电源的广泛应用会造成严重的谐波干扰，因为谐波会沿线路产生传导干扰和辐射干扰，从而对电网产生污染，并影响用电设备的稳定和安全运行。

因此，无论从保护电网的安全运行，还是从使用电设备正常工作来看，对开关电源的谐波干扰采取一定措施加以抑制具有重要意义。

1 开关电源谐波产生的原因典型的开关电源类设备包括电子镇流日光灯、节能灯、计算机及显示器等，其在输入的交流电压经过输入电路整流、滤波后变成直流电压。

通过变换电路中的开关元件周期性导通、关断，逆变成交流电，再经输出电路将高频次级方波电压整流和滤波成直流后输出。

控制电路一般的控制方式是脉宽调制（PWM）方式，其作用是向驱动电路提供矩形脉冲，通过控制开关元件的占空比来达到改变输出电压的目的。

从原理分析，开关电源产生谐波的原因较多，其中由基本整流器产生的电流高次谐波干扰和变压器型功率转换电路产生的尖峰电压干扰是主要原因。

基本整流器的整流过程是产生EMI最常见的原因。

这是因为正弦波电源通过整流器后变成单向脉动电源已不再是单一频率的电流。

变压器型功率转换电路用以实现变压、变频以及完成输出电压调整，是开关稳压电源的核心，主要由开关管和高频变压器组成。

它产生的尖峰电压是一种有较大幅度的窄脉冲，其频带较宽且谐波比较丰富[1]。

电子基础峰值电流控制B o o s t 变换器的研究作者/兰森林、朱修敏、马黎、魏力，西华大学电气与电子信息学院基金项目：本课题由西华大学研究生创新基金资助，基金号:ycjj 2016054。

文章摘要：分析了峰值电流模式控制的Boost 变换器工作原理，并讨论了连续导电模式（CCM )变换器的稳定性问题。

研究了斜坡补偿法 对占空比D >0.5并工作于CCM 时变换器存在的次谐波振荡的影响。

并给出了以UC 3842控制的Boost 变换器设计实例，仿真和实验研究结果 验证了理论分析的正确性。

关键词：Boost 变换器；峰值电流；控制；次谐波振荡引言开关变换器主要有电压型控制和电流型控制两种控制方 式。

电压型控制是功率变换器中最常用的控制方式，控制方 法简单，抗噪声性能强，但对输入扰动不能立即反应，动态 响应速度不够理想电流型控制又分为平均电流控制、 峰值电流控制和谷值电流控制P -7!，而峰值电流型控制应用 最为广泛®。

峰值电流型控制提高了变换器对输入电压变化 的响应速度和输出电压的调节精度，同时易于实现对变换器 的过流保护峰值电流控制通常采用电感电流（或开关管电流）检测 值的峰值同控制信号进行比较，决定开关占空比，提高了开 关变换器的性能。

当开关变换器开关管占空比D >0.5时， 且工作在CCM 模式时存在次谐波振荡w ,通过在控制电压 或控制电流中叠加相应的斜坡补偿信号可以对次谐波振荡进 行消除[11]。

斜坡补偿保证了开关变换器的稳定工作。

本文分析了 Boost 变换器峰值电流控制的基本原理及CCM 下D >0.5产生的次谐波振荡。

设计了 UC 3842作为控制芯片的实验样机，实验结果验证了理论分析的正确性。

1. ttfl电流控制方式■ 1.1峰值电流控制的基本原理峰值电流控制Boost 变换器的原理图和主要控制波形 如图1所示，其工作原理为：当一个开关周期开始时，时钟 信号使触发器置位，Ug 为高电平，^导通，电感电流匕线 性增大，检测电阻Rs 上的电压1^也线性增大，当U s 与控 制电压\相等时，比较器翻转，触发器复位触发器输出的 驱动信号\变为低电平，开关管\关断，下一个时钟脉冲 到来后则开始新的开关周期。