反激式DC―DC变换器噪声和纹波的抑制

摘要：本文简要地介绍了反激式DC-DC变换器工作原理，主要分析了反激式DC-DC变换器中纹波和噪声产生的原因，并提出了相应的抑制方法和措施。

关键词：反激式DC-DC变换器 纹波和噪声 MOSFET开关管 整流二极管

中图分类号：TM462 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）02-0107-02

反激式DC-DC变换器因其结构简单，在电路上较正激式省掉了一个体积较大的电感和一个续流二极管，同时具有输出稳定，输出效率较高等优点而在中小功率电源模块中得到广泛的应用，但由于反激式变换器的电流纹波和噪声较大，而纹波和噪声存在降低电源的效率，影响电器设备正常工作等危害。如何降低反激式变换器自身的纹波和噪声，符合IEC61000系列的EMC标准的测试要求，已成为当今电源设计工程师以及电源生产厂商共同关注的一个问题。 本文就反激式DC-DC变换器的噪声和纹波产生的原因进行分析，并提出了几种行之有效的抑制噪声和纹波的措施。

1 单端反激式DC/DC变换器工作原理简介

单端反激式DC-DC变换器基本电路工作原理如图1所示。由开关管Q、变压器T、整流二极管D、栅极驱动电阻Rg，滤波电容Co、 缓冲电容Cds等组成，同时Cds又是谐振电容，Cds包括场效应开关管、输出电容及变压器绕组分布电容。其电路的工作原理为当变压器原边导通时副边截止，变压器储能；原边截止时，副边导通，能量释放到负载。

2 反激式开关电源纹波和噪声产生的原因

开关电源纹波和噪声产生有两方面的原因：（1）开关电源的工作频率很高，MOSFE（或双极晶体管）开关管因快速切换动作（开或关），高的电压变化率dv/dt，会产生杂讯电压为其杂讯源。又因切换动作的波形为方波，而方波含有很多高次谐波，因而频谱很宽。（2）由于开关电晶体的非线性及二极管的反向恢复特性，电流作快速的非线性变化（di/dt），引起杂讯。产生纹波和噪声的主要元件是会产生高的电压变化率（dv/dt）的开关管和高的电流变化率（di/dt）的整流二极管。

图2为MOSFET开关管Q漏源电压Vds的工作波形。由图2可知，当MOSFET开关管Q关断，副边整流二极管D导通时（带载），原边电感被钳制，原边漏感Lep的能量通过开关管Q的漏源极间寄生电容Cds进行放电而产生振荡，由于Lep和Cds数值较小，其振荡的频率一般为几十MHz的数量级。它是一衰减的振荡波，其初始的振荡峰值决定于振荡电路的品质因数Q值，Q值越大，峰值就越大。振铃1能产生较强的干扰。

振铃2发生在MOSFET开关管Q关断，副边整流二极管D由通转向关断，此时原边励磁电感能量被释放，漏源极间寄生电容Cds和原边线圈的杂散电容Cp为并联状态，再和原边电感Lp（励磁电感和漏感之和）发生振荡。但此时电感主要为励磁电感，因此漏感和引线电感对振铃2的影响较小，振荡频率较低，产生的干扰较小。

整流二极管正向导通时，PN结内的电荷被积累，当二极管承受反向电压时，PN结内积累的电荷将释放并形成一个反向恢复电流，它恢复到零点的时间与结电容等因素有关。反向恢复电流在变压器漏感和其他分布参数的影响下将产生较强烈的高频衰减振荡。因此，输出整流二极管的反向恢复噪声也成为开关电源中一个主要的干扰源。

3 主开关电路噪声和纹波的拟制措施

（1）为了减小Vds峰值，可减小变压器的漏感和绕组间的分布电容，加大Cd。

变压器可以通过改进绕制工艺和结构、增加绕组之间的绝缘、采用初、次级绕组交替分层绕制等方法来减小漏感和绕组间的分布电容。

（2）在变压器的原边绕组上并联尖峰吸收电路。

在变压器原边并联一阻容吸收元件和阻塞二极管组成的RCD 型尖峰吸收网络，是抑制尖峰极有效而简单易行的措施。另外，由阻容吸收元件、稳压管和阻塞二极管组成的尖峰吸收网络，不仅能较好地拟制尖峰，它还能充分发挥瞬态电压抑制电路响应速度快、承受瞬态高能量脉冲能力强之优点。

（3）为了抑制输出整流二极管开关动作产生的干扰，必须选用软恢复特性好的二极管，也可在二极管两端并联RC缓冲网络。

（4）滤波电感是影响纹波和噪声大小的关键元件之一，此电感可用铁氧体磁心绕制，磁心材质选用镍锌铁氧体（NXO）较好，滤波频带宽，成本低。采用铁镍钼磁心的电感滤波效果非常好，但价格昂贵。

（5）确定合适的栅极驱动电阻Rg。

对于MOSFET开关管，在满足所要求的效率、温升条件下，我们可尽量选开关较平缓的管子，而通过调节栅极驱动电阻Rg将减缓驱动信号的上升/下降沿，这样能限制信号的带宽。电阻Rg越大，对噪声干扰拟制能力越强，但MOSFET开关管温升将提高。

4 实验结果

将以上拟制噪声和纹波的措施用于一输出15W的单端反激式DC―DC变换器中，该电源变换器在额定输出状态下，噪声和纹波峰峰值不大于40mV，完全满足用户的使用要求。

5 结语

在单端反激式DC―DC开关电源中，对噪声和纹波采用一定的拟制措施，可降低输出噪声和纹波的幅度，达到良好的拟制效果，实践证明，本文论述的拟制噪声和纹波的方法和措施是完全可行的。

参考文献

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