[發(fā)明專(zhuān)利]利用PWM芯片混沌抑制開(kāi)關(guān)變換器EMI的方法和電路

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010115985.4
• 申請(qǐng)日: 2010-02-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101860196A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張波;王學(xué)梅
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02M1/44
• 分類(lèi)號(hào): H02M1/44
• 代理公司: 廣州粵高專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提供了一種直接在開(kāi)關(guān)變換器現(xiàn)有PWM控制芯片上實(shí)現(xiàn)混沌抑制EMI的方法和電路。

背景技術(shù)

為獲得更小的體積，采用脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)的開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)頻率不斷提高(數(shù)十KHz到數(shù)MHz)。現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)分析表明，開(kāi)關(guān)電源采用的開(kāi)關(guān)變換器電磁干擾的峰值主要集中在開(kāi)關(guān)頻率的倍頻處，由于它是一個(gè)以開(kāi)關(guān)頻率為基波的離散頻譜，這些諧波成分通過(guò)傳輸線和空間電磁場(chǎng)向外傳播，從而造成了傳導(dǎo)和輻射干擾問(wèn)題，不但嚴(yán)重污染了周?chē)姶怒h(huán)境，對(duì)附近的電氣設(shè)備造成電磁干擾，如開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的EMI噪聲能引起相鄰?fù)ㄐ旁O(shè)備工作故障，輻射高頻噪聲。隨著通訊及控制技術(shù)的發(fā)展，各種高頻數(shù)字電路對(duì)開(kāi)關(guān)電源電磁兼容性(EMC)的要求更加嚴(yán)格，如何減小電磁干擾(EMI)成為開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中的一個(gè)難點(diǎn)，也成為制約開(kāi)關(guān)變換器發(fā)展的一個(gè)瓶頸。

為強(qiáng)調(diào)EMI輻射干擾的危害性，國(guó)際無(wú)線電干擾特別委員會(huì)(CISPR)和美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)分別制定的CISPR22和FCC標(biāo)準(zhǔn)，已分別在歐洲和北美使用。歐洲的EN55022標(biāo)準(zhǔn)等同于CISPR22標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電子設(shè)備產(chǎn)生的最大EMI，有峰值、準(zhǔn)峰值和平均值幾個(gè)指標(biāo)。開(kāi)關(guān)變換器是產(chǎn)生EMI噪聲最主要的電子設(shè)備，設(shè)計(jì)這類(lèi)產(chǎn)品需考慮的一個(gè)重要指標(biāo)是盡可能將EMI降到不同標(biāo)準(zhǔn)都允許的范圍內(nèi)。

專(zhuān)門(mén)針對(duì)開(kāi)關(guān)電源電磁兼容的研究工作，目前還處于起步階段，抑制電力電子變換器電磁干擾的措施主要有：1)增加輸入濾波和屏蔽技術(shù)，這種方法的缺點(diǎn)是制作復(fù)雜，增加電力電子變換器成本和體積，且在對(duì)開(kāi)關(guān)電源面積和體積要求嚴(yán)格的應(yīng)用場(chǎng)合作用有限。2)在高頻開(kāi)關(guān)(MOSFET和次級(jí)整流二極管)上加Snubbers電路，以減小dv/dt和di/dt，缺點(diǎn)是增加了高頻開(kāi)關(guān)損耗。3)通過(guò)完善PCB設(shè)計(jì)來(lái)減小高頻電流回路的面積，缺點(diǎn)是要考慮實(shí)際產(chǎn)品中原件的布置且需要豐富的經(jīng)驗(yàn)。以上方法都沒(méi)有從根本上解決開(kāi)關(guān)變換器的EMI問(wèn)題，對(duì)電磁干擾特性的研究表明，若能使EMI能量在頻域內(nèi)盡可能的均勻分布，就能降低電磁干擾的頻譜峰值，使開(kāi)關(guān)變換器電磁干擾得到抑制。

頻率變化技術(shù)也稱(chēng)擴(kuò)頻技術(shù)，最早應(yīng)用在無(wú)線傳輸中處理射頻信號(hào)，是指通過(guò)某種調(diào)制方法實(shí)現(xiàn)載波頻率可變。這種技術(shù)能夠?qū)⑤d波信號(hào)功率的98％分布到一個(gè)特定的帶寬上。對(duì)于開(kāi)關(guān)變換器來(lái)說(shuō)，就是使開(kāi)關(guān)變換器工作在較寬的頻率范圍內(nèi)。其基本思想是通過(guò)調(diào)制功率器件的開(kāi)關(guān)頻率把集中在開(kāi)關(guān)頻率及其各次諧波上的能量分散到周?chē)念l帶上，由此降低各個(gè)頻點(diǎn)上的功率譜幅值。近10年，應(yīng)用頻率調(diào)制開(kāi)關(guān)變換器已經(jīng)有了大量研究，主要出現(xiàn)了周期頻率調(diào)制技術(shù)、抖頻技術(shù)、隨機(jī)頻率調(diào)制、混沌頻率調(diào)制技術(shù)。利用混沌頻率調(diào)制降低EMI較其他頻率調(diào)制技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：1)混沌信號(hào)源比隨機(jī)信號(hào)源更容易設(shè)計(jì)，成本更低，使混沌調(diào)制比隨機(jī)調(diào)制更容易實(shí)現(xiàn)；2)隨機(jī)調(diào)制只有單一的概率密度控制，而混沌調(diào)制有不變分布、特征頻譜等多種控制機(jī)理使混沌調(diào)制比隨機(jī)調(diào)制更為靈活。混沌頻率調(diào)制技術(shù)被認(rèn)為是一種從源頭上降低EMI的、最有效的抑制EMI的方法。

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)關(guān)變換器的集成PWM芯片已發(fā)展到數(shù)十種(UC3842，SG3525，TL494等)，這些專(zhuān)用芯片的出現(xiàn)，不僅簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)計(jì)算，使電路的可靠性大大提高。在不改變開(kāi)關(guān)變換器原拓?fù)洹?shù)和控制環(huán)節(jié)的情況下，利用混沌控制信號(hào)直接調(diào)節(jié)現(xiàn)有開(kāi)關(guān)變換器專(zhuān)用PWM芯片的時(shí)鐘頻率的充放電時(shí)間，實(shí)現(xiàn)混沌抑制EMI，是本發(fā)明的出發(fā)點(diǎn)和目標(biāo)。這種方法只需增加少量的電阻、電容及一些集成運(yùn)放元件，不會(huì)明顯增加開(kāi)關(guān)變換器體積和重量，不會(huì)對(duì)開(kāi)關(guān)變換器的效率和性能帶來(lái)任何負(fù)面影響，更不會(huì)給由開(kāi)關(guān)變換器構(gòu)成的電源產(chǎn)品的制造增加任何不便。具有實(shí)用、成本低但技術(shù)含量高的特點(diǎn)，是一種易于推廣的EMI抑制方法，適用于各種開(kāi)關(guān)變換器的專(zhuān)用PWM芯片。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供利用PWM芯片混沌抑制開(kāi)關(guān)變換器EMI的方法和電路，本發(fā)明在現(xiàn)有PWM芯片上附加一個(gè)混沌發(fā)生電路，實(shí)現(xiàn)混沌抑制EMI的方法，它無(wú)需改變系統(tǒng)原有拓?fù)洹?shù)和控制環(huán)節(jié)。該方法只需增加少量的外圍電路元件，不會(huì)明顯增加設(shè)備體積和重量，不會(huì)對(duì)開(kāi)關(guān)變換器的效率和性能帶來(lái)任何負(fù)面影響，更不會(huì)給開(kāi)關(guān)變換器構(gòu)成的電源產(chǎn)品的制造增加任何不便。本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：