目前開關(guān)電源大量使用于各種電器設(shè)備中，且開關(guān)電源直接接在市電電網(wǎng)上，電源設(shè)備與電網(wǎng)之間有著雙向的電磁干擾影響，對于較高頻率的開關(guān)電源在設(shè)計(jì)中都需要考慮電磁兼容問題。用VIPER12A芯片設(shè)計(jì)的開關(guān)電源具有節(jié)能特性，而且電磁兼容性較強(qiáng)，外圍電路也很簡單。

芯片VIPER12A簡介

芯片VIPER12A是意法半導(dǎo)體有限公司于2002年出的單片小功率開關(guān)電源。具有固定60kHz的開關(guān)頻率，芯片的電源電壓范圍很寬(9V-38V)：具有電流控制型PWM調(diào)制器；具有滯后特性的欠壓、過壓、過流及過熱保護(hù)功能等。芯片外圍電路很簡單并具有節(jié)能特性。由于VIPER12A內(nèi)部的功率MOSFET管是一種特殊的“靈敏場效應(yīng)管”如圖1所示，有兩個源極S1、S2，其中S1接外部參考地，S2用于電流檢測，且IS1>>IS2，因此，能無損檢測出漏極電流ID，從而達(dá)到節(jié)能。而其他類型開關(guān)電源的漏極電流都是百分之百地通過檢測電阻，這必然增加功耗，導(dǎo)致電源效率降低。

圖2為系統(tǒng)整體框圖，電網(wǎng)電源經(jīng)過整流濾波后可得到峰值約為31OV的直流高壓，同時還設(shè)有保護(hù)電路及抗電磁干擾電路，然后經(jīng)過功率轉(zhuǎn)化為+5V脈動直流電壓，再經(jīng)二次濾波后得到+5V恒壓源。為了適應(yīng)不同電壓和負(fù)載的變化，從輸出回路取樣反饋，通過開關(guān)集成器控制輸入回路，從而得到+5V穩(wěn)壓輸出。本系統(tǒng)重點(diǎn)是電磁兼容(EMC)的設(shè)計(jì)。

電磁兼容(EMC)設(shè)計(jì)

開關(guān)電源是較強(qiáng)的電磁干擾發(fā)射源。這是因?yàn)殚_關(guān)電源的整流橋是非線性器件，其形成的電流是嚴(yán)重失真的正弦半波，含有豐富的高次諧波。同時，功率開關(guān)管等半導(dǎo)體元件也會生產(chǎn)電磁干擾。因此在設(shè)計(jì)中必須考慮電磁兼容性，主要抑制電磁干擾(EMI)和電磁脈沖(EMP)。

(1)抑制電磁干擾(EMI)

電磁干擾(EMI)又叫噪聲干擾，要抑制EMI關(guān)鍵是噪聲濾波器的設(shè)計(jì)。采用噪聲濾波器能有效地抑制電網(wǎng)中的噪聲進(jìn)入設(shè)備，也可以抑制設(shè)備產(chǎn)生的噪聲污染電網(wǎng)。噪聲有兩種，一種是共模噪聲，另一種是差模噪聲。共模噪聲產(chǎn)生于相線與大地之間，差模噪聲產(chǎn)生于相線之間?，F(xiàn)在使用最多的濾波器是共模電感和電容串接這種類型，其原理如圖3所示。將這個濾波電路一端接干擾源，另一端接被干擾設(shè)備，則La和C1，Lb和C2就構(gòu)成兩組低通濾波器，可以使線路上的共模EMI信號被控制在很低的電平上。該電路既可以抑制外部的EMI信號傳入，又可以衰減線路自身工作時產(chǎn)生的EMI信號，能有效地降低EMI干擾強(qiáng)度。T1是共模電感(Common mode Choke)，也叫共模扼流圈。共模電感實(shí)質(zhì)上是一個雙向?yàn)V波器：一方面要濾除信號線上共模電磁干擾，另一方面又要抑制本身不向外發(fā)出電磁干擾，避免影響同一電磁環(huán)境下其他電子設(shè)備的正常工作。共模電感的兩個線圈繞在同一鐵芯上，匝數(shù)和相位都相同(反向繞制)。這樣，當(dāng)電路中的正常電流流經(jīng)共模電感時，電流在同相位繞制的電感線圈中產(chǎn)生反向的磁場而相互抵消，此時正常信號電流主要受線圈電阻的影響(和少量因漏感造成的阻尼)，當(dāng)有共模電流流經(jīng)線圈時，由于共模電流的同向性，會在線圈內(nèi)產(chǎn)生同向的磁場而增大線圈的感抗，使線圈表現(xiàn)為高阻抗，產(chǎn)生較強(qiáng)的阻尼效果，以此衰減共模電流。達(dá)到濾波的目的。

(2)抑制電磁脈沖(EMP)

抑制EMP主要是對浪涌保護(hù)。浪涌保護(hù)主要是防雷保護(hù)，就是在極短的時間內(nèi)將設(shè)備上因感應(yīng)雷擊而產(chǎn)生的大量脈沖能量釋放到安全地線上，從而保護(hù)整個設(shè)備。保護(hù)方法的基本要求是反應(yīng)快，保證受保護(hù)電路的兩端在抑制器起作用之前不出現(xiàn)快速上升的瞬時峰值。確保運(yùn)行設(shè)備的安全。目前一般采用壓敏電阻、穩(wěn)壓二極管和氣體放電管三種保護(hù)方法。氣體放電管一般由兩種金屬導(dǎo)體組成，并以10～15cm的距離隔開，管內(nèi)含大量氣體，當(dāng)放電管兩端電壓上升到一定程度時，擊穿隔離層，形成低阻抗，使得大量的能量通過放電管泄放到安全地線上，其缺點(diǎn)是易引起泄露，增加損耗。穩(wěn)壓二極管主要是利用二極管的雪崩現(xiàn)象，將瞬態(tài)高壓鉗位于穩(wěn)壓管的范圍內(nèi)，其缺點(diǎn)是承受的瞬態(tài)浪涌功率有限，如果采用較大功率的穩(wěn)壓管則價格昂貴。壓敏電阻是可變電阻器,其反應(yīng)時間取決于器件的物理結(jié)構(gòu)和通過它的電流脈沖波形，壓敏電阻的反應(yīng)時間一般在500uS之內(nèi)。壓敏電阻的優(yōu)點(diǎn)有三個：第一，能抗大能量的瞬態(tài)沖擊；第二，它的PN結(jié)結(jié)構(gòu)不同于穩(wěn)壓管，因此它的功耗小；第三，耐浪涌性好。本設(shè)計(jì)選用壓敏電阻。

電路圖如圖4所示，此電路具有相當(dāng)寬的輸入電壓85-265V，且用50Hz或60HZ的市電都有較好的輸出電壓穩(wěn)定度。在交流接線端接入由共模扼流圈T1、C1、C2和R1構(gòu)成的電磁干擾濾波器。C1和C2用安規(guī)電容即×電容專門濾除差模干擾。因C1的容量較大(0．1μF)，在其上并聯(lián)R1，在斷電后C1經(jīng)R1進(jìn)行放電，可避免電源進(jìn)線端零、火帶電。RT是熱敏電阻，浪涌電流主要是由濾波電容充電引起的。如果不采取任何保護(hù)措施，浪涌電流值可接近幾百安培。因此必須在電源的輸入端采取一些限流措施，才能有效地將浪涌電流減小到允許的范圍之內(nèi)。為了避免電子電路中在開機(jī)的瞬間產(chǎn)生的浪涌電流，在電源電路中串接一個功率型RT熱敏電阻器，能有效地抑制開機(jī)時的浪涌電流，并且在完成抑制浪涌電流作用以后，由于通過其電流的持續(xù)作用，功率型RT熱敏電阻器的電阻值將下降到非常小的程度，它消耗的功率可以忽略不計(jì)，不會對正常的工作電流造成影響，所以。在電源回路中使用功率型RT熱敏電阻器，是抑制開機(jī)時的浪涌，以保證電子設(shè)備免遭破壞的最為簡便而有效的措施，起到緩沖作用。鑒于VIPER12A在開斷的瞬間，高頻變壓器的漏感會產(chǎn)生尖峰電壓，所以用R2,C4，D5組成漏極箝位電路用于吸收此尖峰電壓，使VIPEER12A內(nèi)部的MOSFET不受損害。

    (2)抑制電磁脈沖(EMP)

交流經(jīng)整流濾波后接到高頻變壓器T1的初級，加在VIPER12A的漏極端,高頻變壓器次級的兩個繞組分別為輔助繞組NF和輸出繞組NS。NF輸出的電壓經(jīng)D6、C6整流濾波后的穩(wěn)壓電源接VIPER12A的電源端，提供其工作電壓。NS輸出電壓經(jīng)過D7整流和C10濾波變成直流電源，再通過L1和C11濾掉高頻紋波電壓。C9、C12起到高頻旁路作用。輸出電壓經(jīng)R6、R7分壓后獲得的取樣電壓，與KA431內(nèi)部2．50V基準(zhǔn)電壓源進(jìn)行比較后，輸出誤差電壓信號，再經(jīng)PIC817光耦合器流入VIPER12A的反饋端，直接控制輸出占空比，獲得穩(wěn)定電壓輸出。改變電阻R6和R7的分壓比，可調(diào)節(jié)輸出電壓的標(biāo)稱值。R4、C8構(gòu)成吸收回路，防止產(chǎn)生自激振蕩。R3是LED的限流電阻。圖中C7的作用是濾除反饋端的尖峰電壓，決定了自動重啟動的頻率，對反饋回路進(jìn)行補(bǔ)償。

電源的節(jié)能性及電路的EMI測試結(jié)果

由于VIPER12A這款芯片內(nèi)部的MOSFET管在導(dǎo)通時電壓幾乎為零，關(guān)斷時電流極小。使得此芯片功耗很小,因此設(shè)計(jì)的開關(guān)電源也就具有較好的節(jié)能作用，而且電磁兼容性較強(qiáng)。該電路是輸出+5V的穩(wěn)壓電源，如果對電路中的某些元件做些改進(jìn)，可做成一個可調(diào)的穩(wěn)壓電源，然后再經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換后經(jīng)CPU控制數(shù)碼管顯示,可設(shè)計(jì)成具有一定范圍的可調(diào)數(shù)字穩(wěn)壓電源。為了檢驗(yàn)該設(shè)計(jì)電路的電磁兼容性，對應(yīng)用電路做了EMI測試，得到如圖5的波形。圖中曲線距離直線越遠(yuǎn)表示其EMI性能越強(qiáng)。還有考慮到電磁兼容性，在PCB布線時器件要合理排布，圖6是該電路的PCB圖。