同一组合内模块电源和线性电源的电磁兼容性
同一组合内模块电源和线性电源的电磁兼容性
摘要：介绍某雷达用低压电源的研制，着重介绍同一组合内模块电源和线性电源的电磁兼容性。此组合电源研制成功后，经使用表明，设计是可行的。
关键词：模块电源线性电源电磁兼容
electromagnetic compatibility of modular and linear power supply
in same assembly
abstract: this paper introduces preparation of low? voltage power supply for use in a certain radar,emphatically introduces electromagnetic compatibility of modular and linear power supply in same assembly. after the assembly power supply is developped,it′ s practical result testifies this design being feasible.
keywords:modular power supply,linear power supply,electromagnetic compatibility
中图法分类号：tn97文献标识码：a文章编号：0219?2713(2000)08?380?02
1引言
线性稳压电源具有纹波小、干扰小等优点，然而存在体积大、效率低、散热难等缺点。开关电源频率高，因而体积和重量大大减小。但是瞬态响应较差、干扰大，因此开关电源的应用受到一定限制。如果将两者结合起来，取其各自优点就可以满足特定的任务要求（即多路输出、体积小、指标高），但电磁兼容问题需要考虑。
2模块电源和线性电源在同一组合内电磁兼容的考虑
某雷达要求在一个较小的组合内提供7路电源，具体电气指标如下：
输入：单相400hz，200v±5％；
输出：7路直流输出，如表1所示。
表1 7路电源的直流输出
序号 电压（v） 电流（a） 调整范围（v） 稳定度（％） 纹波（mv） 用途
1 ＋15.0 2.0 ±0.75 0.1 2 接收机
2 －15.0 0.15 ±0.75 0.1 2 接收机
3 ＋5.0 1.0 ±0.25 0.1 2 接收机
4 －5.0 1.0 ±0.25 0.1 2 接收机
5 ＋8.0 2.0 ±0.25 0.1 2 a/d
6 －8.0 2.4 ±0.25 0.1 2 a/d
7 ＋5.0 30 ±0.25 0.5 80 cpu
前6路稳定度指标要求高，要用线性电源。串联线性电源调整管与负载串联，利用负反馈原理，通过改变调整管集电极、发射极间电压来完成稳压。与分立器件稳压器相比，集成稳压器具有体积小、成本低、使用方便、性能指标高等优点。根据负载电流不同，选用性能优异的集成三端稳压器lm150、lm117，电路见图1，输出电压：
图1串联线性电源原理图
uo=1.25×[(r2＋rp)/r1＋1]
设计时注意以下几点：
（1）电阻r1直接焊接在集成稳压器的输出管脚和调整管脚上，否则，将影响集成稳压器的负载调整率；
（2）电阻r1和r2选择高稳定性的同种材料电阻，rp也要用高稳定性的电位器，以保证输出电压的稳定度；
（3）电容c1容量满足c1>2000×i0（μf），i0为负载电流。
5v/30a是用vicor公司生产的模块电源实现
的，电路见图2。交流输入经整流模块整流为未稳直流电压，经直流/直流变换器变成所需的直流输出。vicor模块电源具有体积小，其vi－200系列尺寸为11.68cm×6.1cm×1.27cm；效率高，超过80％；功率密度高达50瓦/立方英寸等优点。
vicor模块电源的核心是零电流开关技术，其框图及工作波形见图3。
pwm开关电源，工作频率固定，通过改变脉宽来实现稳压，而vicor模块电源脉宽固定，改变开关频率以实现稳压。pwm方式中，开关管工作电压、电流波形为方波，开、关时工作电流较大，而vicor模块电源，当开关管导通时，流过开关管的电流为半波整流正弦波，功率开关管在打开或关断时的电流为零，大大地降低了开关损耗，这就是vicor所谓的“零电流”开关技术。vicor模块电源的诸多优点，就是得益于这一技术。
任何电源都会产生噪声或干扰，尤其是开关电源，功率器件工作在开关状态，存在较高的dv/dt和di/dt，容易形成干扰，vicor模块电源工作频率随负载不同从几十千赫到几兆赫变动，干扰的频带宽。而接收机和a/d转换都是雷达中对噪声要求较高的单元，处理不好，会带来诸多不良影响，那么如何降低电源噪声，减小开关电源和线性电源的互相影响？
对于开关电源，随着每单位体积输出功率的增加，静电场dv/dt和电磁场di/dt强度也随之增加，干扰也就增大。vicor电源模块采用“零电流”技术，di/dt小，主要是dv/dt静电场，属近场，强度随距离平方而减小。对此静电场屏蔽是很有效的，在模块上加了一个屏蔽罩，在与模块相对的印制板上设有大面积接地平面，同时结构设计上，在开关电源和线性电源之间加以金属板隔离，以减小干扰。
图2 开关稳压电源原理图
图3零电流开关电源原理及波形图
传导干扰分共模干扰和差模干扰两种。对vicor模块电源来说，共模干扰电流指的是加在模块两个输入端的干扰同相分量，会产生磁场辐射。要在两输入端到模块板加一lesr、lesl的“y”电容，且引线要尽可能短，以减小寄生电感。本组合中，线性电源和开关电源共用同一相交流电源，选用合适的电网滤波器并正确安装，可以防止射频能量沿电源线传播，污染电网。
差模干扰则是以反相或反向流进以上两端的干扰电流，在模块两输入端要加一“x”电容，该电容尽可能靠近模块，以减小耦合回路面积。
〖注〗有关“y”电容及“x”电容，见本期p.375页。
线性电源中，变压器存在漏磁，低频磁场很难屏蔽，在组合中，变压器与印制板的最大距离不足3cm，是一个很大的干扰源。资料介绍，r型变压器因其独特的结构，而具有体积小、重量轻、损耗小、漏磁和分布电容小等优点，其漏磁约为ei型的1/10，经测试比较，在该电源中，选用了r型变压器。
线性电源采用桥式整流，在半导体二极管的反向恢复时间内，硅桥呈直通状态，平滑滤波电容器通过直通硅桥快速放电效应和变压器寄生分量结合，就会使整流部分成为较严重的干扰源。减小整流部分干扰的方法除减小变压器漏感外，可在整流桥两交流端加一小电容，电源输入线加电网滤波器，用双绞线减小平滑滤波电容和硅桥充电回路的面积，以减小耦合。
另外，在组合内部布线时，注意把携有噪声的器件和导线与干扰敏感布线隔开，用双绞线代替平行线，交流线、高电位线，尽量与低压直流线远离，不要扎在一个线束内。
3结语
抑制干扰的措施很多，本文只介绍了本组合所用到的主要措施。电源做出来后，满足了要求，用户使用到今，比较满意。
参考文献
1vicor应用手册，vicor公司
2包满圭.r型变压器铁心的特点和设计方法.第九届全国电源技术年会论文集（下），1991
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1引言
线性稳压电源具有纹波小、干扰小等优点，然而存在体积大、效率低、散热难等缺点。开关电源频率高，因而体积和重量大大减小。但是瞬态响应较差、干扰大，因此开关电源的应用受到一定限制。如果将两者结合起来，取其各自优点就可以满足特定的任务要求（即多路输出、体积小、指标高），但电磁兼容问题需要考虑。
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某雷达要求在一个较小的组合内提供7路电源，具体电气指标如下：
输入：单相400hz，200v±5％；
输出：7路直流输出，如表1所示。
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序号 电压（v） 电流（a） 调整范围（v） 稳定度（％） 纹波（mv） 用途
1 ＋15.0 2.0 ±0.75 0.1 2 接收机
2 －15.0 0.15 ±0.75 0.1 2 接收机
3 ＋5.0 1.0 ±0.25 0.1 2 接收机
4 －5.0 1.0 ±0.25 0.1 2 接收机
5 ＋8.0 2.0 ±0.25 0.1 2 a/d
6 －8.0 2.4 ±0.25 0.1 2 a/d
7 ＋5.0 30 ±0.25 0.5 80 cpu
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图1串联线性电源原理图
uo=1.25×[(r2＋rp)/r1＋1]
设计时注意以下几点：
（1）电阻r1直接焊接在集成稳压器的输出管脚和调整管脚上，否则，将影响集成稳压器的负载调整率；
（2）电阻r1和r2选择高稳定性的同种材料电阻，rp也要用高稳定性的电位器，以保证输出电压的稳定度；
（3）电容c1容量满足c1>2000×i0（μf），i0为负载电流。
5v/30a是用vicor公司生产的模块电源实现
的，电路见图2。交流输入经整流模块整流为未稳直流电压，经直流/直流变换器变成所需的直流输出。vicor模块电源具有体积小，其vi－200系列尺寸为11.68cm×6.1cm×1.27cm；效率高，超过80％；功率密度高达50瓦/立方英寸等优点。
vicor模块电源的核心是零电流开关技术，其框图及工作波形见图3。
pwm开关电源，工作频率固定，通过改变脉宽来实现稳压，而vicor模块电源脉宽固定，改变开关频率以实现稳压。pwm方式中，开关管工作电压、电流波形为方波，开、关时工作电流较大，而vicor模块电源，当开关管导通时，流过开关管的电流为半波整流正弦波，功率开关管在打开或关断时的电流为零，大大地降低了开关损耗，这就是vicor所谓的“零电流”开关技术。vicor模块电源的诸多优点，就是得益于这一技术。
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线性电源采用桥式整流，在半导体二极管的反向恢复时间内，硅桥呈直通状态，平滑滤波电容器通过直通硅桥快速放电效应和变压器寄生分量结合，就会使整流部分成为较严重的干扰源。减小整流部分干扰的方法除减小变压器漏感外，可在整流桥两交流端加一小电容，电源输入线加电网滤波器，用双绞线减小平滑滤波电容和硅桥充电回路的面积，以减小耦合。
另外，在组合内部布线时，注意把携有噪声的器件和导线与干扰敏感布线隔开，用双绞线代替平行线，交流线、高电位线，尽量与低压直流线远离，不要扎在一个线束内。
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