智能总线式开关系统方案设计——抗干扰性设计【开题报告】.doc

1、毕业设计（论文）开题报告题目智能总线式开关系统方案设计抗干扰性设计专业电子信息工程1选题的背景、意义开关电源又称为开关稳压电源，问世后在很多领域逐步取代了线性稳压电源和晶闸管相控电源。随着全球对能源问题的，越来越重视，电子产品的耗能问题将愈来愈突出，如何降低其受干扰程度，提高抗干扰能力成为一个急待解决的问题。传统的线性稳压电源虽然电路结构简单，工作可靠，但它存在着体积大、铜铁消耗量大，工作温度高及调整范围小等缺点1。为了提高抗干扰能力，人们研制出_R开关式稳压电源，它的效率可达85以上，稳压范围宽；除此之外，还具有稳压精度高的特点，是一种较理想的稳压电源。正因为如此，开关式稳压电源已广泛应用于

2、各种电子设备中2。开关电源真正的发展是从60年代末开始的，40多年来，开关电源经历了三个重要发展阶段。第一个阶段是功率半导体器件从双极犁器件BPT、SCR、GT0发展为MOS型器件功率MOSFET、IGBT、IGCT等，使电力电子系统有可能实现高频化，并大幅度降低导通损耗，电路也更为简单。第二个阶段自20世纪80年代开始，高频化和软开关技术的研究开发，使功率变换器性能更好、重量更轻、尺寸更小高频化和软开关技术是过去20年国际电力电子界研究的热点之一。第三个阶段从20世纪90年代中期开始，集成电力电子系统和集成电力电子模块IPEM技术开始发展，它是当今国际电力电子界亟待解决的新问题之一3。电力电

3、子技术的迅猛发展一方面带动了电源技术的发展，另一方面也给电源产品提出了越来越高的要求。开关电源具有线性电源无可比拟的优点体积小、重量轻、效率高等4。但是，功率密度的增大和频率的提高所产生的电磁干扰对电源本身及周围电子设备的正常工作都造成威胁。开关变换器本身具有一定的开关噪声，从而会从电源的输入端产生差模与共模干扰信号。电磁干扰的产生是由开关电源本身的特点所决定的，是难以避免的，关键是如何采取有效的措施来减小其干扰程度5。电磁兼容EMC是指在有限的空间、时间和频率范围内各种电器设备共存而不引起性能下降。它包括电磁干扰EMI和电磁敏感EMS两方面的内容。EMI是指电器产品向外发出干扰，EMS是指电

4、器产品抵抗电磁干扰的能力。一台具备良好电磁兼容性能的设备应既不受周围电磁噪声的影响，也不对周围环境造成电磁干扰6。所以，开关电源的抗干扰能力越来越受到重视，本文主要讲述了抗干扰性的相关设计。2相关研究的最新成果及动态21数字化技术过去在传统功率电子技术中，控制部分是按模拟信号来设计和上作的。随着数字处理技术的发展成熟，其优点明显便于计算机处理控制避免模拟信号的畸变失真，减小杂散信号的干扰提高抗干扰能力、便于软件包的调试和遥感遥测遥调等，也便于自诊断、容错等技术的植入，数字化是开关电源发展的必然方向7。22模块化技术模块化有两方面的含义，其是指功率器件的模块化，其二是指电源单元的模块化。开关器件

5、和与之反并联的续流二极管，实质上都属于“标准”功率模块SPM。近年，有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去，构成了“智能化”功率模块IPM，不但缩小了整机的体积，更方便了整机的设计制造。实际上，由于频率的不断提高，致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重，对器件造成更大的电应力8。为了提高系统的可靠性，有些制造商开发了“用户专用”功率模块ASPM，这样的模块经过严格合理的热、电、机械方面的设计，达到优化完美的境地。由此可见，模块化的目的不仅在于使用方便，缩小整机体积，更重要的是取消传统连线，把寄生参数降到最小，从而把器件承受的电应力降至最低，提高系统的可靠性。3课题的研究内容及拟采

6、取的研究方法（技术路线）、研究难点及预期达到的目标开关电源的EMC设计应考虑以下几个方面1）滤波器2）高频变压器3）软开关技术4）共模干扰的有源抑制5）印制线路板布线的EMC设计3EMC的设计措施31滤波器滤波是一种抑制传导干扰的方法。例如在电源输入端接上滤波器，可以抑制来自电网的噪声对电源本身的侵害，也可以抑制由开关电源产生并向电网反馈的干扰。电源滤波器作为抑制电源线传导干扰的重要单元，在设备或系统的电磁兼容设计中具有极其重要的作用。它不仅可抑制传输线上的传导干扰，同时对传输线上的辐射发射也具有显著的抑制效果。在滤波电路中，选用穿心电容、三端电容、铁氧体磁环，能够改善电路的滤波特性9。适当的

7、设计或选择合适的滤波器，并正确地安装滤波器是抗干扰技术的重要组成部分，具体措施如下1）在交流电输入端加装电源滤波器，其电路如图1所示。图中LD、CD用于抑制差模噪声，一般取LD为100700H,CD取110F。LC、CC用于抑制共模噪声，可根据实际情况加以调整。所有电源滤波器都必须接地（厂家特别说明允许不接地的除外），因为滤波器的共模旁路电容必须在接地时才起作用。一般的接地方法是除了将滤波器与金属外壳相接之外，还要用较粗的导线将滤波器外壳与设备的接地点相连。接地阻抗越低滤波效果越好。滤波器尽量安装在靠近电源入口处。滤波器的输入及输出端要尽量远离，避免干扰信号从输入端直接耦合到输出端10。2）在

8、电源输出端加输出滤波器。加装高频电容，加大输出滤波电感的电感量及滤波电容的容量，可以抑制差模噪声。如果把多个电容并联，则效果会更好。32高频变压器在高频变压器的原边、副边、开关管的C、E极间以及在输出整流二极管上加装RC吸收网络。33软开关技术软开关技术的应用有助于电磁干扰的降低，这是因为功率MOSFET、IGBT在零电压情况下导通和零电流情况下关断，且快速恢复二极管也是软关断，可以减小功率电路中功率器件的DI/DT和DV/DT，从而可以减小EMI电平。通过实验证明软开关技术只在抑制纹波的高次谐波上有一定效果11。34共模干扰的有源抑制技术共模干扰有源抑制技术是一种从噪声源采取措施来抑制共模干

9、扰的方法。这种方法的思路是设法从主电路中取出一个与导致EMI的主要开关电压波形完全反相的补偿EMI噪声电压，并用它去平衡原开关电压的影响。35印制线路板实践证明，印制板的元器件布置和布线设计对开关电源EMC性能有极大的影响，在高频开关电源中，由于印制板上既有电平为5V、15V的小信号控制线，又有高压电源母线，同时还有一些高频功率开关、磁性元件，如何在印制板有限的空间内合理地安排元器件位置，将直接影响到电路中各元器件自身的抗干扰性和电路工作的可靠性。351导线阻抗的影响12通过分析印制导线的特性阻抗，来选取印制导线的放置方式、长度、宽度以及布局方式。单根导线的特性阻抗由直流电阻R和自感L组成ZR

10、JL（1）L2LLN（2）式中L导线长度；B导线宽度。显然，印制线L越短，直流电阻R就越小；同时增加印制线的宽度和厚度也可降低直流电阻R。从式（2）可看出，印制线长度L越短，自感L就越小,而且增加印制线的宽度B也可降低自感L。而多根印制线的特性阻抗除由直流电阻R和自感L组成外，还有互感M的影响，而互感M除受印制线的长度和宽度影响外，印制线之间距也起着重要的作用。M2L（3）式中S两线之间的距离，增大两线的间距可减少互感。针对以上现象，在设计印制电路板时，应尽量降低电源线和地线的阻抗，因为电源线、地线和其它印制线都有电感，当电源电流变化较大时，将会产生较大的压降，而地线压降是形成公共阻抗干扰的重

11、要因素，所以应尽量缩短地线，也可尽量加粗电源线和地线线条13。在双面印制板设计中，除尽可能地加粗电源线和地线线条之外，还应在地线和电源线之间安装高频特性好的去耦电容。另外，切忌两条印制信号线平行走线。如果平行走线无法避免，可通过以下方法来补救1）在两条信号线之间加一条地线，以起屏蔽作用；2）尽量拉开两条平行信号线之间的距离，以降低两线之间电磁场的影响；3）使两条平行的信号线流过的电流方向相反。（目的在于减小感应磁通）352源器件的布局在设计印制电路板时，通常干扰源和受扰体由于受到工作条件的限制而难以避免。这时，应尽量将相互关联的元器件摆放在一起以避免因器件离的太远而造成印制线过长所带来的干扰再

12、者将输入信号和输出信号尽量放置在引线端口附近，以避免因耦合路径而产生的干扰14。屏蔽是解决电磁兼容问题的重要且有效的手段之一。目的是切断电磁波的传播途径。大部分电磁兼容问题都可以通过电磁屏蔽来解决，用电磁屏蔽的方法解决电磁干扰问题不会影响电路的正常工作1516。对于开关电源来说，主要是做好机壳屏蔽，高频变压器屏蔽，开关管和整流二极管的屏蔽。预期达到的目标为完成开关电源的抗干扰性设计和调试；对电路抗干扰性进行验证。4研究工作详细工作进度和安排20110228提交开题报告20110315确定设计方案20110330完成硬件电路设计20110415完成驱动电路测试与验证20110501完成测试分析报

13、告20110520提交毕业设计5参考文献1周志敏，周纪海，纪爱华等LED驱动电路设计与应用M北京人民邮电出版社，20062叶良修半导体物理M科学出版社，19833普利斯曼ABRAHAMIPRESSMAN比得斯KEITHBILLINGS莫瑞TAYLORMOREY等开关电源设计第3版M电子工业出版社，20104孙余凯典型开关电源电路识图与应用快捷入门M电子工业出版社，20105陈元灯LED制造技术与应用M电子工业出版社，20076王兆安，黄俊电力电子技术第四版M机械工业出版社，20027贾立新，王涌电子系统设计与实践M清华大学出版社，20078何宏，开关电源电磁兼容性M国防工业出版社，20089晏

14、勇基于MC3423的OVP反激式开关电源设计J电子元器件应用，2010，9（1）334010曹勇，熊伟，邵秋峰基于TOP100Y的双路输出开关电源设计J开关电源设计，2010，5（1）202311蓝波，谭壮壮，庄久华，马泰开关电源音频噪声分析及抑制J科学技术与工程，2010，5（1）152012肖芳，孙力，孙亚秀PWM电机驱动系统中共模电压和轴电压的抑制J电机与控制学报，2009，53163013李洪义，阎毓杰，吴宏悦舰艇开关电源的低频传导干扰建模与仿真J舰船科学技术，2009，44505514孟进，马伟明，潘启军，张磊，赵治华基于部分电感模型的回路耦合干扰分析J中国电机工程学报,2007,636153315MJARRATT,JSTALLARD,NMRENEVIERANDDGTEERDIAMRELATMATER,2003,12,1003100716DGTEERUSPATENT5,556,519,17SEPTEMBER,1996