变频电源的优势和应用（上）

变频电源是将市电中的交流电经过AC→DC→AC变换, 输出为纯净的正弦波，输出频率和电压 一定范围内可调。它有别于用于电机调速用的变频调速控制器，也有别于普通交流稳压电源。理想的交流电源的特点是频率稳定、电压稳定、内阻等于零、电压波形 为纯正弦波（无失真）。变频电源十分接近于理想交流电源，因此，先进发达国家越来越多地将变频电源用作标准供电电源，以便为用电器提供最优良的供电环境， 便于客观考核用电器的技术性能。美国有60% - 65%的发电量用于电机驱动，由于有效地利用了变频调速技术，仅工业传动用电就节约了15% - 20%的电量。

采用变频电源调速，一是根据要求调速用，二是节能。它主要基于下面几个因素：

1) 变频调速系统自身损耗小，工作效率高。

2) 电机总是保持在低转差率运行状态，减小转子损耗。

3) 可实现软启、制动功能，减小启动电流冲击。

在采用变频电源调速时，需从工艺要求、节约效益、投资回收期等各方面考虑。如果仅从工艺要求、节约效益考虑，下面几种情况选用变频调速较有利：

1、根据工艺要求，生产线或单台设备需要按程序或按要求调整电机速度的。如：包装机传送系统，根据不同品种的产品，需要改变系统传送速度，使用变频调速可使调速控制系统结构简单，控制准确，并易于实现程序控制。

2、用变频调速代替机械变速。如：机床，不仅可以省去复杂的齿轮变速箱，还能提高精度、满足程序控制要求。

3、用变频调速代替用闸门或挡板调整流量适于风机、水泵、压缩机等。例如：锅炉上水泵、鼓风机、引风机实行了变频调速控制，不仅省去了伺服放大器、电动操作器、电动执行器和给水阀门(或挡风板)，而且使得整个锅炉锅炉控制系统得到了快速的动态响应、高的控制精度和稳定性。

高频变压器的设计和制作（下）

变压器的屏蔽层。在EMI干扰较强的情况下，常在变压器的初次级之间加入一层屏蔽层，通过加入屏蔽层切断了初次级间杂散电容的路径，让其都对地形成 电容，其屏蔽效果非常好，可以大为减少EMI，同时对于电网串入的瞬态干扰也有一定的抑制作用。但变压器的制作工艺和成本都上升。屏蔽层有铜层和绕线层两 种，铜层的效果最佳。

输出整流滤波为了增加对干扰的滤波效果，可以在电源的二次输出侧加入二级滤波和一个共模电感。L1，C1组成二级滤波电器，滤除差模干扰；L2是输出共模电感，滤除输出电压中所含有的共模干扰。

印制电路板（PCBLAYOUT）应注意的问题

布线开关电源中包含有高频信号，PCB上任何印制线都可以起到天线的作用，印制线的长度和宽度会影响其阻抗和感抗，从而影响频率响应。因此应将所有 通过高频交流的电流和印制线设计得尽可能短而宽，这意味着必须将所有连接到印制线和连接到其他电源线的元器件放置的很近。印制线的长度与其表现出的电感量 和阻抗成正比，而宽度则与印制线的电感量和阻抗成反比。根据印制线路经电流的大小，应尽量加粗电源线宽度，减少环路电阻。

我们在设计和制作反激式开关电源时，采用了上述措施，变压器采用顺序绕法带铜屏蔽层，输出侧加共模滤波电感后，+5v输出电压波形上的毛刺和纹波的 峰值都小于60Mv，而在才用这些措施前毛刺和纹波的峰值大于500Mv。通过比较，我们发现这些措施确实能够对干扰起到很好的作用。抑制开关电源电磁干 扰的措施还有很多，比如屏蔽技术、接地等等。在设计开关电源时应综合考虑各种因数，尽可能抑制开关电源的各种噪音，提高开关电源的电磁兼容性，使开关电源 得到更广泛的应用。

高频变压器的设计和制作（上）

变压器是开关电源的最关键器件之一。变压器不仅要设计合理，在制作上也很有讲究。一个好的变压器既要满足带负荷能力，还要能起到较少和抑制干扰的作用。首先应根据输出负载的大小选择变压器的类型和磁芯的型号。

确定变压器的线径及线数。依据bobbin的槽宽并以电流密度6A/mm2为参考，综合考虑电流的趋肤效应，决定变压器的线径及线数。

根据电路的拓扑结构和设计要素，计算初次级绕组的电感量，如果是反激式电源还应计算变压器气隙的大小，气隙的大小决定了变压器的带负载能力，同时也会影响变压器漏感的大小。而漏感是产生干扰的一个重要原因，在满足带负载能力的情况下，漏感以小些为好。

变压器的结构设计和绕组分配。变压器有两种常见的绕法：顺序绕法和夹层绕法。顺序绕法一般漏感为原边电感量的5%左右，但由于初，次级只有一个接触 面，原副边间杂散电容较小。夹层绕法一般漏感为原边电感量的1-3%左右，但由于初，次级只有一个接触面，原副边间杂散电容较大。漏感是产生干扰的重要因 素，原副边间杂散电容是干扰的传播通道，为抑制干扰，既要减少漏感又要减小漏感原副边间杂散电容。因此，设计时应综合考虑这两个方面进行设计，具体采用何 种绕法应该根据实际情况而定。

开关电源中的干扰源和耦合通道（下）

2、开关电路产生的干扰

开关电路的核心也是主要的干扰源之一，它主要由开关管和高频变压器组成。开关管产生的dv/dt具有较大的脉冲，频带较宽且谐波丰富。这种脉冲干扰产生的主要原因是：

（1）在开关管导通瞬间，变压器初级线圈产生很大的涌流，并在初级线圈的两端出现较高的浪涌尖峰电压；在开关断开瞬间，由于初级线圈的漏磁通，致使 一部分能量没有从一次线圈传输到二次线圈，储藏在漏感中的这部分能量将和开关管本身的极间电容、电阻形成带有尖峰的衰减振荡，叠加在开关管的关断电压上， 形成关尖峰电压。这个噪音声会传导到输入输出端，形成传导干扰。

（2）输出二极管在正向导通时，PN接内的电荷被积累，二极管加反向电压时积累的电荷将消失并产生反向电流。由于二次整流回路中V在开关转换时频率 很高，即由导通转变为截止的时间很短，在短时间内要让存储电荷消失就产生反向电流的浪涌。由于直流输出中的分布电容、分布电感的存在，使因浪涌引起的干扰 成为高频衰减减振荡。

（3）高频变压器初级线圈，开关管和滤波电容构成的高频开关电流环路可能产生较大的空间辐射，形成辐射干扰。

3、干扰的耦合通道

由于变压器的初次级线圈间存在杂散电容，开关电路产生的共模干扰通过变压器在原副边相互传播。相比较而言，差模干扰路径比较简单也易于处理。本文主要介绍共模干扰的产生和抑制。