CATV前端机房设备的开关电源的原理解析

第一篇：CATV前端机房设备的开关电源的原理解析

CATV前端机房设备的开关电源的原理解析

hc360慧聪网广电行业频道 2004-11-16 11:46:41

摘要：本文介绍了CATV机房开关电源的基本原理，并以实例阐述了开关电源的工作原理。

关键词：开关电源 整流滤波 占空比  1 引言

有线电视前端机房的常用设备有卫星接收机（包括数字、模拟两类）、调制器、混合器、微波接收机、解扰器及VCD，DVD播放机和各种录像播放机等，大部分使用的是小功率、多电压等级输出的开关电源。使用开关电源有如下优点：1）效率高、功耗小、节约电能；2）输入电压范围宽，一般电压降到一半时还能正常工作；（3）输出电压稳、滤波精度高；4）电路体积小、重量轻；5）隔离度高、安全性能好等。但也存在电路经不起强电冲击等缺点。下面就有线电视机房设备的开关电源结构进行分析介绍。 2 开关电源由以下几个部分组成 21 主电路

从交流电网输入、直流输出的全过程，包括：

1)输入滤波器：其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。

2)整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，以供下一级变换。 3)逆变：将整流后的直流电变为交流电是开关电源的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越小。

4)输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。

22 控制电路

一方面从输出端取样，经与设定标准进行比较，然后去控制逆变器，改变其频率或脉宽，达到输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的数据，经保护电路鉴别，提供控制电路对整机进行各种保护措施。 23 检测电路

除了提供保护电路中正在运行中各种参数外，还提供各种显示仪表数据。 24 辅助电源

提供所有单一电路的不同要求电源。 3 开关控制稳压原理

开关K以一定的时间间隔重复地接通和断开，在开关K接通时，输入电源E通过开关K和滤波电路提供给负载RL，在整个开关接通期间，电源E向负载提供能量；当开关K断开时，输入电源E便中断了能量的提供。可见，输入电源向负载提供能量是断续的，为使负载能得到连续的能量提供，开关稳压电源必须要有一套储能装置，在开关接通时将一部份能量储存起来，在开关断开时，向负载释放。图中，由电感L、电容C2和二极管D组成的电路，就具有这种功能。电感L用以储存能量，在开关断开时，储存在电感L中的能量通过二极管D释放给负载，使负载得到连续而稳定的能量，因二极管D使负载电流连续不断，所以称为续流二极管。在AB间的电压平均值EAB可用下式表示：EAB=TON/T•E式中TON为开关每次接通的时间，T为开关通断的工作周期（即开关接通时间TON和关断时间TOFF之和）。

由上式可知，改变开关接通时间和工作周期的比例，AB间电压的平均值也随之改变，因此，随着负载及输入电源电压的变化自动调整TON和T的比例便能使输出电压V0维持不变。改变接通时间TON和工作周期比例亦即改变脉冲的占空比，这种方法称为“时间比率控制”（TimeRatioControl，缩写为TRC）。

按TRC控制原理，有3种方式：

 1)脉冲宽度调制（PulseWidthModulation，缩写为PWM）。开关周期恒定，通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式。

2)脉冲频率调制（PulseFrequencyModulation，缩写为PFM）。导通脉冲宽度恒定，通过改变开关工作频率来改变占空比的方式。

3)混合调制。导通脉冲宽度和开关工作频率均不固定，彼此都能改变的方式，它是以上2种方式的混合。

4＋5V、＋12V、20W双路输出开关电源(电路图如图3所示)交流电源电压经BR1整流和C1滤波后，产生高压直流电压加至变压器T1和初级线圈一端，变压器初级线圈另一端接TOP224P。用VR1和D1来钳位变压器漏电感引脚的脉冲前沿尖峰。通过D3、C

9、L

3、C10整流滤波，再由7812稳压块进行稳压后，直接得到＋12V输出电压。变压器次级线圈通过D2、C

2、L

1、C3整流滤波后，产生＋5V直流输出电压。R

2、VR2组成一稳压电路，提高负载调整能力。次级线圈T1-4两端电压经D4、C 4整流滤波，提供TOP224P所需的偏置电压。L

2、C8可以减弱由变压器原端线圈和原端到副端等效容性阻抗产生的高压开关波形引起的共模电流。L

2、C6组成电磁干扰滤波器，减弱由变压器原端梯形电流的基波和高次谐波干扰产生的差模电流。C

5、R3与控制端阻抗ZC设置自启动周期。

综上所述，虽然开关电源的结构不尽相同，主脉宽调制振荡块/管也不一样，但工作原理基本相同。只要掌握了原理及各元器件作用，就不难进行维护和维修了。参考文献

［1］福州高乔电子有限公司，电源集成电路数据手册，1995.6 ［2］童诗白等•模拟电子技术基础•北京人民教育出版社，1981

作者简介：薛英(1967-)，女。1988年毕业于理工大学电子仪器专科。现任中级实验师，主要从事专业基础教学和实验工作。

第二篇：有线数字电视前端机房设备的管理与维护工作探讨

有线数字电视前端机房设备的管理与维护工作探讨

【摘要】有线数字电视前端机房是整个有限电视系统的核心，一方面要保证系统正常运行，另一方面要保证节目安全播出，期运行维护工作在有线电视系统中的地位和和作用都非常重要。

【关键词】有线数字电视，前端机房，管理维护

随着我国经济的快速增长，电视节目越来越丰富多彩，由原来的一、二套节目增加到现在的六、七十套。但是，由于受资金、设备等客观条件的限制，电视台特别是市级以下电视台，不可能对每一个频道的电视节目都设置多路备份。这就对有线电视前端机房技术值班人员提出很高的要求：一旦设备故障，必须迅速查出原因，并及时排除故障，我们在长期的工作中有多次碰到这样的问题，也有人问过我们说你们遇到前端机房问题怎么处理，我们的回答是：快、很、准。快，就是分析故障原因要准确，这是迅速排除故障的先决条件，稳，操作要稳，心不能慌，手不能抖。前端故障线路繁多，一个失手，就会造成更大的故障。下面我们对前端机房进行简单分析了解。

1、重要性分析。有线数字电视发展迅猛，电视的数字化升级基本完成。大量的新技术新设备也在各级前端机房安设完毕。据我们了解，相比总前端机房，有线数字电视播传体系中，分前端机房所占据的地位也很重要，它是连接分配网络稳定运行的基础。它需要分析处理和协调分配由总前端接受的各种电视信号，并尽可能不失真地将其放大，解调，混合，再放大后送给传输系统。而且为了扩展需要，还必须为传输系统提供高质量的多频道复用信号。因此，分前端技术指标的好坏，直接影响着传输质量，容易直接造成许多接收故障。如果信号在这一部分处理不好，那么在后面的传输过程中弥补是很困难的。因此，保证有线数字电视分前端机房各系统的安全运行、信号高质量的稳定播出，对确保整个电视系统的高效率工作极其重要。

2、机房中前端设备的主要作用。

QAM调制器是有线数字前端的主要设备之一，它的主要功能是：接收来自编码器、复用器、DVB网关、加扰器、视频服务器等设备的DVB传输码流，进行RS编码，卷积交织和QAM调制等信道处理，提供中频输出或者射频输出，编码器是把角位移或直线位移转换层电信号的一种装置，按照工作原理，编码器可分为增量式和绝对式两类，增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，在把这个信号转换成技术迈冲，用脉冲的个数对应一个确定的编数码，它的示值只于测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。复用器---将多个单节目TS流或多节目TS流，复接为一个包含这些码流内容的多节目TS流。这些设备是机房的主要组成部分，是整个数字电视系统正常运转的保证。为了维护这些设备，首先，要做到严格按照说明书的规定来使用设备，其次，要对设备做好技术上的保养。

3、设备分类与维护。前端的设备可以分为以下几类：核心数据交换设备，光收发射设备，光纤配线设备以及供电设备。1）核心数据交换设备维护，主要是SDH，8016等较精密设备的维护。由于这些设备承载业务重要，所以我们在日常使用维护中，要求认真阅读说明书，稳健规范操作，保证设备清洁，严格做好防静电措施和标准的温度及电压控制，保持24小时监控。2）光收发射设备的维护要定期检查主备环路接收光功率的稳定，光发输入与输出的电平和MER等技术参数标准，激光偏置电流平稳，射频接口与光路接口无尘且对接线路固定紧密，光放大设备的放大量是否正常，设备温度基本适宜等。3）光纤配线设备的维护是检查接入ODF架的跳纤，DDF架的跳线的接口是否牢固，跳线间是否缠绕弯折，对应源设备标签记录是否清楚，新增、移位或移除纤芯资料清楚明确，下行光功率所带光节点情况了解掌握等。4）供电设备的维护主要是对动力设备，电路切换设备，电池组的日常监测，保证开关电源切换顺利，电池蓄电工作稳定；机房照明、空调、接地设备入电安全；设备架供电需避免潮湿、防静电，多个机柜电压分配合理，保证负载均衡。

4、标准化建设与管理。建立一套系统的管理体系，拥有一支熟悉前端情况的专业技术水平维护队伍，结合广电的实际情况制定规范的分前端出入操作流程、各项运行工作流程、机房禁止性规定，完善分前端各类资料信息，统一资料与设备的对应关系，方便查找及时更换做到资源调配合理，加强维护人员的业务技能，建立科学严谨的日常维护巡检制度，避免责任事故的发生，提高安全意识等，努力达到分前端机房标准化水平。

5、机房安全与保障。由于电视媒体的服务特有性质，按照国家和行业信息安全要求，合理划分各播出相关信息系统的安全等级，并按照相应等级要求进行规划、设计、建设。对应根据系统中各类信息的重要性，采取相应的数据加密、信息备份、访问控制等措施，对网络流量、用户行为、主机和网络设备的运行状况等进行监测，及时处置异态报警对信号源系统，传输系统进行监控设置网管系统，对机房温度、湿度等环境状态进行监测，配电系统中的主要运行参数和关键设备运行情况进行集中监测，配置具声光报警功能的电力和环境集中监控系统对设备机房、UPS主机及电池室、缆线集中点、室外设备等播出相关的重点部位设置24小时闭路监视系统，安装装防盗门，具有可靠的防鼠、防虫等可靠的隔离防护措施。

6、故障分析与处理。在信号传输过程中，分前端机房容易产生的故障主要分两个方面：一是人为因素引发的故障，这个是可以通过我们上文提到的制定预防制度，规范机房操作，加强监督和巡检等方式尽力避免的；二是非人为因素引起的故障，如设备运行故障，纤缆故障等，此类故障必须维护人员及时发现并迅速反应，准确判断问题，稳健更换或者启用备用设备，在安全不中断信号播传的前提下，按照对应流程彻底排查解决故障。在处理故障的同时，应该对故障原因进行总结分析，为维护工作积累经验还能够预防故障重复产生。

总结：在传统有线电视向数字化信息化飞速发展的同时，技术的飞跃导致对电视传输质量的要求逐渐提高，这已经引起了有线数字电视的维护人员的重视，分前端机房作为中间的枢纽，它的设备繁杂，技术含量很高，它关系着整个庞大网络的安全可靠的运行。我们在思考只有不断提高专业技术水平，学习先进的维护管理方法，紧跟国家信息化脚步，才可以满足运行维护要求，保障有线数字电视节目高效优质的传输，使广大电视用户体验安全可靠的服务。

第三篇：开关电源工作频率的原理分析

开关电源工作频率的原理分析

一、开关电源的原理和发展趋势

第一节

高频开关电源电路原理

高频开关电源由以下几个部分组成：

图12-1

(一)主电路

从交流电网输入、直流输出的全过程，包括：

1、输入滤波器：其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。

2、整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，以供下一级变换。

3、逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越小。

4、输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。

(二)控制电路

一方面从输出端取样，经与设定标准进行比较，然后去控制逆变器，改变其频率或脉宽，达到输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的数据，经保护电路鉴别，提供控制电路对整机进行各种保护措施。

(三)检测电路

除了提供保护电路中正在运行中各种参数外，还提供各种显示仪表数据。

(四)辅助电源

提供所有单一电路的不同要求电源。

第二节

开关控制稳压原理

图12-2 开关K以一定的时间间隔重复地接通和断开，在开关K接通时，输入电源E通过开关K和滤波电路提供给负载RL，在整个开关接通期间，电源E向负载提供能量；当开关K断开时，输入电源E便中断了能量的提供。可见，输入电源向负载提供能量是断续的，为使负载能得到连续的能量提供，开关稳压电源必须要有一套储能装置，在开关接通时将一部份能量储存起来，在开关断开时，向负载释放。图中，由电感L、电容C2和二极管D组成的电路，就具有这种功能。电感L用以储存能量，在开关断开时，储存在电感L中的能量通过二极管D释放给负载，使负载得到连续而稳定的能量，因二极管D使负载电流连续不断，所以称为续流二极管。在AB间的电压平均值EAB可用下式表示：

EAB=TON/T*E

式中TON为开关每次接通的时间，T为开关通断的工作周期（即开关接通时间TON和关断时间TOFF之和）。

由式可知，改变开关接通时间和工作周期的比例，AB间电压的平均值也随之改变，因此，随着负载及输入电源电压的变化自动调整TON和T的比例便能使输出电压V0维持不变。改变接通时间TON和工作周期比例亦即改变脉冲的占空比，这种方法称为“时间比率控制”（Time Ratio Control,缩写为TRC）。

按TRC控制原理，有三种方式：

(一)、脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation,缩写为PWM）

开关周期恒定，通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式。

(二)、脉冲频率调制（Pulse Frequency Modulation,缩写为PFM）

导通脉冲宽度恒定，通过改变开关工作频率来改变占空比的方式。

(三)混合调制

导通脉冲宽度和开关工作频率均不固定，彼此都能改变的方式，它是以上二种方式的混合。

第三节开关电源的发展和趋势

1955年美国罗耶（GH.Roger）发明的自激振荡推挽晶体管单变压器直流变换器，是实现高频转换控制电路的开端，1957年美国查赛（Jen Sen）发明了自激式推挽双变压器，１９６４年美国科学家们提出取消工频变压器的串联开关电源的设想，这对电源向体积和重量的下降获得了一条根本的途径。到了１９６９年由于大功率硅晶体管的耐压提高，二极管反向恢复时间的缩短等元器件改善，终于做成了２５千赫的开关电源。

目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。目前市场上出售的开关电源中采用双极性晶体管制成的１００kHz、用ＭＯＳ－ＦＥＴ制成的５００kHz电源，虽已实用化，但其频率有待进一步提高。要提高开关频率，就要减少开关损耗，而要减少开关损耗，就需要有高速开关元器件。然而，开关速度提高后，会受电路中分布电感和电容或二极管中存储电荷的影响而产生浪涌或噪声。这样，不仅会影响周围电子设备，还会大大降低电源本身的可靠性。其中，为防止随开关启-闭所发生的电压浪涌，可采用R-C或L-C缓冲器，而对由二极管存储电荷所致的电流浪涌可采用非晶态等磁芯制成的磁缓冲器。不过，对1MHz以上的高频，要采用谐振电路，以使开关上的电压或通过开关的电流呈正弦波，这样既可减少开关损耗，同时也可控制浪涌的发生。这种开关方式称为谐振式开关。目前对这种开关电源的研究很活跃，因为采用这种方式不需要大幅度提高开关速度就可以在理论上把开关损耗降到零，而且噪声也小，可望成为开关电源高频化的一种主要方式。当前，世界上许多国家都在致力于数兆Hz的变换器的实用化研究。

二、开关电源与电流检测电路

1、功率开关电路的电路拓扑分为电流模式控制和电压模式控制。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，因而取得越来越广泛的应用。而在电流模式的控制电路中，需要准确、高效地测量电流值，故电流检测电路的实现就成为一个重要的问题。

本节介绍了电流检测电路的实现方法，并探讨在电流检测中常遇见的电流互感器饱和、副边电流下垂的问题，最后用实验结果分析了升压电路中电流检测方法。

2、电流检测电路的实现

在电流环的控制电路中，电流放大器通常选择较大的增益，其好处是可以选择一个较小的电阻来获得足够的检测电压，而检测电阻小损耗也小。

电流检测电路的实现方法主要有两类：电阻检测（resistivesensing）和电流互感器（currentsensetransformer）检测。

电阻检测有两种，如图12-

3、图12-4所示。

图12-3

图12-4

当使用图1直接检测开关管的电流时还必须在检测电阻RS旁并联一个小RC滤波电路，如图12-5所示。因为当开关管断开时集电极电容放电，在电流检测电阻上产生瞬态电流尖峰，此尖峰的脉宽和幅值常足以使电流放大器锁定，从而使PWM电路出错。

但是在实际电路设计时，特别在设计大功率、大电流电路时采用电阻检测的方法并不理想，因为检测电阻损耗大，达数瓦，甚至十几瓦；而且很难找到几百毫欧或几十毫欧那么小的电阻。

实际上在大功率电路中实用的是电流互感器检测，如图4所示。电流互感器检测在保持良好波形的同时还具有较宽的带宽，电流互感器还提供了电气隔离，并且检测电流小损耗也小，检测电阻可选用稍大的值，如一二十欧的电阻。电流互感器将整个瞬态电流，包括直流分量耦合到副边的检测电阻上进行测量，但同时也要求电流脉冲每次过零时磁芯能正常复位，尤其在平均电流模式控制中，电流互感器检测更加适用，因为平均电流模式控制中被检测的脉冲电流在每个开关周期中都回零。

图12-5

为了使电流互感器完全地磁复位，就需要给磁芯提供大小相等方向相反的伏秒积。在多数控制电路拓扑中，电流过零时占空比接近100％，所以电流过零时磁复位时间在开关周期中只占很小的比例。要在很短的时间内复位磁芯，常需在电流互感器上加一个很大的反向偏压，所以在设计电流互感器电路时应使用高耐压的二极管耦合在电流互感器副边和检测电阻之间。

3、防止电流检测电路饱和的方法

如果电流互感器的磁芯不能复位，将导致磁芯饱和。电流互感器饱和是一个很严重的问题，首先是不能正确测量电流值，从而不能进行有效的电流控制；其次使电流误差放大器总是“认为”电流值小于设定值，这将使电流误差放大器过补偿，导致电流波形失真。

电流互感器检测最适合应用在对称的电路，如推挽电路、全桥电路中。对于单端电路，特别是升压电路，会产生一些我们必须关注的问题。对于升压电路，电感电流就是输入电流，那么在电流连续工作方式时，不管充电还是放电，电感电流总是大于零，即在直流值上叠加一个充放电的波形。因此电流互感器不能用于直接测量升压电路的输入电流，因为电感电流不能回零而使直流值“丢失”了；并且电流互感器因不能磁复位而饱和，从而失去过流保护功能，输出产生过压等。在降压电路中也存在同样的问题，电流互感器不能用于直接测量输出电流。

图12-6 解决这个问题的方法是用两个电流互感器分别测量开关电流和二极管电流，如图12-6所示实际的电感电流是这两个电流的合成，这样每个电流互感器就有足够的时间来复位了。但要注意这两个电流互感器的匝比应一样，以保持检测电阻RS上的电流对称。

功率因数校正电路一般采用升压电路，用双互感器检测，但在线电流过零时，电流互感器也特别容易饱和。因为此时的占空比约为100％，从而容易造成磁芯没有足够的时间复位。为此可以在外电路中采取一些措施来防止电流互感器饱和。如采用电流放大器输出箝位来限制其输出电压，并进一步限制占空比小于100％，电路如图12-7所示。设定箝位电压的过程很简单，在刚起动时电流放大器箝位在一个相对较低的值（大约4V），系统开始工作，但过零误差很大；一旦系统正常工作后，箝位电压将升高，电流互感器接近饱和，箝位电压最多升到6.5V（低电压大负载时）并且电流的THD在可接受的范围内（<10％），以限制最大占空比。设定的箝位电压不能太低，否则将使电流过零畸变大。

如果需要更好的特性或需要运行在宽范围，可以用图12-8的电路，这个电路将根据线电压反向调节箝位电压。

图12-7

图12-8

每个电流脉冲都使磁芯复位以克服磁芯饱和的方法，除了改进外电路还可以改进电流检测电路。一般利用电流检测电路自复位，即利用磁芯中存储的能量和电流互感器的开路阻抗在短时间内产生足够的伏秒积来复位。但当占空比大于50％，特别是接近100％时，可能没有足够的时间来使磁芯复位，这时除电流放大器输出箝位外，还可以采用强制复位电路。

图12-9 强制磁芯复位的电路很多，如使用附加线圈或中心抽头的线圈，但最简单的方法是采用图12-

9、图12-10所示电路来强制磁芯复位。脉冲电流来时强制复位电路和自复位电路的工作没有差别，当复位时从VCC通过Rr来的电流加入磁芯复位电流，寄生电容快速充电，副边电压反向，伏秒积增加，磁芯复位速度加快。如果需要得到负的检测电压而又不想用负电压强制复位时则用图12-10所示电路。

对于电流检测电路磁芯复位还要考虑的一个因素是副边线圈的漏电感和分布电容。为了减小损耗，一般选择匝比较大的电流互感器，但匝比大，副边线圈的漏电感和分布电容大。漏电感影响电流上升和下降的时间，分布电容则影响电流互感器的带宽。并且在磁芯复位时，副边电感和分布电容谐振，如果分布电容大，则谐振频率低，周期长，那么在占空比大、磁芯复位时间短时，副边线圈就没有足够的时间来释放能量使磁芯复位了。所以应尽量不选择匝比太大的电流互感器。

图12-10

电流互感器的下垂效应

电流互感器副边的脉冲电流要减去电流互感器绕组上的脉冲电压在副边产生的一个从零开始随时间线性增长的磁化电流，才等于检测电阻上的电流，该磁化电流的大小为：

Idroop=nUs / Ls·△t（1）

式中：US——副边电压

LS——副边电感

n——Ns/Np

Δt——电流波脉宽

刚开始时副边电流是原边电流的n倍，但随时间增加，磁化电流加大，副边电流下降得很厉害，这就是电流互感器的下垂效应。所以为了得到较大的副边检测电压不应完全靠增加检测电阻Rs的值来实现，也要靠减小副边下垂效应来增加副边的脉冲电流，同时Rs的值大也将使磁芯复位困难。

如式（1）所示，副边电感值越大，下垂效应越小；匝比越小，下垂效应也越小，但最好不要靠减少副边的匝数来减小匝比，因为这将使副边的电感减小了，应在空间允许的情况下增加原边匝数来减小匝比。

5、实验结果

在功率因数校正电路中，使用如图12-6所示的检测电路，并采用如上所述防磁芯饱和及减小下垂效应的措施，在电流互感器的变比为1∶50，副边电感为30mH,取副边电压为2V,电流波脉宽为5μs时,得：

相对于十多安培的检测电流，该电流下降效应并不明显。

6、结语

电流检测在电流控制中起着重要的作用，电流检测分为电阻检测和电流互感器检测。为了减少损耗，常采用电流互感器检测。在电流互感器检测电路的设计中，要充分考虑电路拓扑对检测效果的影响，综合考虑电流互感器的饱和问题和副边电流的下垂效应，以选择合适的磁芯复位电路、匝比和检测电阻。

第四篇：用5l0380r组成的开关电源的工作原理

用5L0380R组成的开关电源的工作原理

通达TDR—6000S数字机开关电源核心元件采用集成块5L0380R，该集成块外观像一只塑封中功率管，内部完成了振荡、输出等功能，整个开关电源电路简洁，功耗较低，性能优越。其工作原理是：220V交流电压经过电源开关和保险管进入由C101和L101组成的干扰抑制滤波器，再经桥式整流、滤波后得到+300V左右的直流电压。当电源接通瞬间，+300V电压经启动支路电阻R102、R103给IC101（5L0380R）③脚一个脉冲，其内部的开关管处于微导通状态，此时在5L0380R的②脚有电流通过，开关变压器的①—②绕组产生感应电动势，感应电动势耦合到正反馈绕组③—④，感应电压经整流、滤波后注入5L0380R的③脚，使开关管进入饱和导通状态，完成开关电源的启动过程。开关变压器次级各绕组经各自整流、滤波电路输出不同的直流电压，供给解码器主板。该电源输出电压的稳定是通过+3.3V电压经过R111、R110、R112、C104和IC103（TL431A）组成的比较放大电路控制光电耦合器IC102（PC817）来实现的。当+3.3V电压由于某种原因升高时，+3.3V电压经R111、R110分压后接在IC103（TL431A）基准端R，与IC103内部基准电压进行比较，通过改变输出端K电压来增大光电耦合器IC102中发光二极管的电流及发光强度，使光电耦合器导通，进而使5L0380R④脚内接的电压变换管导通，将内部开关管基极钳位至地，迫使电源停振，使输出电压下降。当+3.3V电压降低时，其稳压过程与上述过程相反，从而稳定了输出电压。故 障 检 修

1、开机烧保险

此类故障说明机内存在严重的短路，故障多发生于开关变压器之前，应重点检查C101、CD101是否漏电，D101—D104和IC101是否损坏。

2、无输出电压

先检查CD101两端有无+300V直流电压，如无则应检查NTC101是否断路，如正常则检查开关变压器①—②绕组是否断路，如未断路，应重点检查启动支路电阻R102、R103和正反馈电路中整流二极管D106、限流电阻R104是否损坏。

3、电源电压输出过高或过低此类故障一般是电压反馈网络元件发生了变化，应检查与IC102、IC103相连电路各元件有无损坏。有时开关电源的某组电源的元件或与这组电源相连的主板元件有短路故障，也会使各组输出电压下降，但此时可听到开关变压器因负载过重而发出的“吱吱”声，应注意两种故障现象的区别。对于后一种原因引起的故障，可通过逐一断开D107、D108、D109、D110、D111、D112的方法，观察输出电压及故障现象加以判断。

第五篇：解析几种有效开关电源电磁干扰抑制

解析几种有效开关电源电磁干扰抑制

前关于开关电源EMI（Electromagnetic Interference）的研究，有些从EMI产生的机理出发，有些 从EMI 产生的影响出发，都提出了许多实用有价值的方案。这里分析与比较了几种有效的方案，并为开关 电源EMI 的抑制措施提出新的参考建议。

◆ 开关电源电磁干扰的产生机理

开关电源产生的干扰,按噪声干扰源种类来分,可分为尖峰干扰和谐波干扰两种;若按耦合通路来分,可 分为传导干扰和辐射干扰两种。现在按噪声干扰源来分别说明：

1、二极管的反向恢复时间引起的干扰

高频整流回路中的整流二极管正向导通时有较大的正向电流流过,在其受反偏电压而转向截止时, 由于PN结中有较多的载流子积累,因而在载流子消失之前的一段时间里,电流会反向流动,致使载流子消失的反向恢复电流急剧减少而发生很大的电流变化(di/dt)。

2、开关管工作时产生的谐波干扰

功率开关管在导通时流过较大的脉冲电流。例如正激型、推挽型和桥式变换器的输入电流波形在 阻性负载时近似为矩形波,其中含有丰富的高次谐波分量。当采用零电流、零电压开关时,这种谐 波干扰将会很小。另外,功率开关管在截止期间,高频变压器绕组漏感引起的电流突变,也会产生 尖峰干扰。

3、交流输入回路产生的干扰

无工频变压器的开关电源输入端整流管在反向恢复期间会引起高频衰减振荡产生干扰。开关电源产生的尖峰干扰和谐波干扰能量,通过开关电源的输入输出线传播出去而形成的干扰称 之为传导干扰;而谐波和寄生振荡的能量,通过输入输出线传播时,都会在空间产生电场和磁场。这 种通过电磁辐射产生的干扰称为辐射干扰。

4、其他原因

元器件的寄生参数，开关电源的原理图设计不够完美，印刷线路板（PCB）走线通常采用手工布 置，具有很大的随意性，PCB的近场干扰大，并且印刷板上器件的安装、放置，以及方位的不合理都会造成EMI干扰。

◆ 开关电源EMI的特点

作为工作于开关状态的能量转换装置，开关电源的电压、电流变化率很高，产生的干扰强度较大；干扰源主要集中在功率开关期间以及与之相连的散热器和高平变压器，相对于数字电路干扰源的位置较为清楚；开关频率不高（从几十千赫和数兆赫兹），主要的干扰形式是传导干扰和近场干扰;而印刷线路板(PCB)走线通常采用手工布线,具有更大的随意性,这增加了PCB分布参数的提取和近场干扰估计的难度。

◆ EMI测试技术

目前诊断差模共模干扰的三种方法：射频电流探头、差模抑制网络、噪声分离网络。用射频电流探头是测量差模 共模干扰最简单的方法，但测量结果与标准限值比较要经过较复杂的换算。差模抑制网络结构比较简单，测量结果可直接与标准限值比较，但只能测量共模干扰。噪声分离网络是最理想的方法，但其关键部件变压器的制造要求很高。

◆ 目前抑制干扰的几种措施

形成电磁干扰的三要素是干扰源、传播途径和受扰设备。因而,抑制电磁干扰也应该从这三方面着手。首先应该抑制干扰源,直接消除干扰原因;其次是消除干扰源和受扰设备之间的耦合和辐射,切断电磁干扰的传播途径；第三是提高受扰设备的抗扰能力,减低其对噪声的敏感度。目前抑制干扰的几种措施基本上 都是用切断电磁干扰源和受扰设备之间的耦合通道，它们确是行之有效的办法。常用的方法是屏蔽、接地和滤波。采用屏蔽技术可以有效地抑制开关电源的电磁辐射干扰。例如,功率开关管和输出二极管通常有较大的功率损耗,为了散热往往需要安装散热器或直接安装在电源底板上。器件安装时需要导热性能好的绝缘片进行绝缘,这就使器件与底板和散热器之间产生了分布电容,开关电源的底板是交流电源的地线,因而通过 器件与底板之间的分布电容将电磁干扰耦合到交流输入端产生共模干扰,解决这个问题的办法是采用两层绝缘片之间夹一层屏蔽片,并把屏蔽片接到直流地上,割断了射频干扰向输入电网传播的途径。为了抑制开关电源产生的辐射,电磁干扰对其他电子设备的影响,可完全按照对磁场屏蔽的方法来加工屏蔽罩,然后将整个屏蔽罩与系统的机壳和地连接为一体,就能对电磁场进行有效的屏蔽。电源某些部分与大地相连可

以起到抑制干扰的作用。例如,静电屏蔽层接地可以抑制变化电场的干扰;电磁屏蔽用的导体原则上可以不接地,但不接地的屏蔽导体时常增强静电耦合而产生所谓“负静电屏蔽”效应,所以仍以接地为好,这样 使电磁屏蔽能同时发挥静电屏蔽的作用。电路的公共参考点与大地相连,可为信号回路提供稳定的参考电位。因此,系统中的安全保护地线、屏蔽接地线和公共参考地线各自形成接地母线后,最终都与大地相连.在电路系统设计中应遵循“一点接地”的原则,如果形成多点接地,会出现闭合的接地环路,当磁力线穿过该回路时将产生磁感应噪声,实际上很难实现“一点接地”。因此,为降低接地阻抗,消除分布电容的影响而采取平面式或多点接地,利用一个导电平面(底板或多层印制板电路的导电平面层等)作为参考地,需要接地的各部分就近接到该参考地上。为进一步减小接地回路的压降,可用旁路电容减少返回电流的幅 值。在低频和高频共存的电路系统中,应分别将低频电路、高频电路、功率电路的地线单独连接后,再连接到公共参考点上。滤波是抑制传导干扰的一种很好的办法。例如,在电源输入端接上滤波器,可以抑制开关电源产生并向电网反馈的干扰,也可以抑制来自电网的噪声对电源本身的侵害。在滤波电路中,还采用很多专用的滤波元件,如穿心电容器、三端电容器、铁氧体磁环,它们能够改善电路的滤波特性。恰当地设计或选择滤波器,并正确地安装和使用滤波器,是抗干扰技术的重要组成部分。EMI滤波技术是一种抑制尖脉冲干扰的有效措施,可以滤除多种原因产生的传导干扰。一种由电容、电感组成的EMI滤波器,接在开关电源的输入端。电路中,C1、C5是高频旁路电容,用于滤除两输入电源线间的差模干扰;L1与C2、C4;L2与C3、C4组成共模干扰滤波环节,用于滤除电源线与地之间非对称的共模干扰;L3、L4的初次级匝数相等、极性相反,交流电流在磁芯中产生的磁通相反,因而可有效地抑制共模干扰。测试表明,只要适当选择元器件的参数,便可较好地抑制开关电源产生的传导干扰。

◆ 目前开关电源EMI抑制措施的不足之处 现有的抑制措施大多从消除干扰源和受扰设备之间的耦合和辐射,切断电磁干扰的传播途径出发，这确是抑制干扰的一种行之有效的办法，但很少有人涉及直接控制干扰源,消除干扰，或提高受扰设备的抗扰能力，殊不知后者还有许多发展的空间。

◆ 改进措施的建议

我认为目前从电磁干扰的传播途径出发来抑制干扰，已渐进成熟。我们的视点要回到开关电源器件本身来。从多年的工作实践来看，在电路方面要注意以下几点：

(1)印制板布局时,要将模拟电路区和数字电路区合理地分开,电源和地线单独引出,电源供给处汇集到一点;ＰＣＢ布线时,高频数字信号线要用短线,主要信号线最好集中在ＰＣＢ板中心,同时电 源线尽可能远离高频数字信号线或用地线隔开。其次，可以根据耦合系数来布线，尽量减少干扰耦合。

(2)印制板的电源线和地线印制条尽可能宽,以减小线阻抗,从而减小公共阻抗引起的干扰噪声。

(3)器件多选用贴片元件和尽可能缩短元件的引脚长度,以减小元件分布电感的影响。

(4)在Vdd及Vcc电源端尽可能靠近器件接入滤波电容,以缩短开关电流的流通途径,如用10μＦ铝电解和0 1μＦ电容并联接在电源脚上。对于高速数字ＩＣ的电源端可以用钽电解电容代替铝电解电容,因为钽电解的对地阻抗比铝电解小得多。产生开关电源电磁干扰的因素还很多，抑制电磁干扰还有大量的工作。全面抑制开关电源的各种噪声 才会使开关电源得到更广泛的应用。