开关电源产生浪涌的主要根源是开关管的开关过程中,由于管脚上电感和电容的存在导致电压和电流波形变形,从而产生高频噪声和尖峰浪涌。因此,添加适当的电阻和电感是减少浪涌的有效方法。
在开关电源电路中,通常会采用电阻来控制开关管的转换速度,从而减小浪涌。在交流滤波电路中,电容和电感相结合,既可阻隔高频信号,又可进行消噪处理,同时还能吸收浪涌能量。
电容元件的作用是储存电荷,形成电荷池,对电压波形进行平滑。在开关电源中,电容元件位于正、负极之间,稳定直流输出电压,对于高频信号,电容元件的阻抗非常低,是理想的消噪元件。
然而,在开关电源中,电容也是引入浪涌的元凶之一。当开关管关闭时,电容中储存的电荷会在电感产生的自感电势作用下,形成反向电流,导致浪涌的产生。因此,在设计开关电源时,需要选用合适的电容元件,加入适当的消噪电路,限制电容反向电流。
在开关电源中,保护二极管(或快恢复二极管)是必不可少的一个元件。它的作用是在开关管关闭时,保护管脚上的电感、电容等元件,防止它们受到反向电流的破坏。保护二极管通常安装在开关管反向并联的位置,当开关管关闭时,保护二极管直接接管电感等元件的电流。
保护二极管的选择要根据开关电源的功率和输出电压来进行,通常在高功率输出和高电压开关电源中,需要选用工作频率高、反向恢复时间短的快恢复二极管,以实现更好的浪涌保护效果。
PCB布局是影响开关电源浪涌的一个重要因素。合理、克服的PCB布局可以大大降低开关电源的浪涌噪声。
在实际设计中,我们需要尽量减少开关管与电感、电容等元件之间的交叉,并尽量缩短它们之间的距离。同时,还需要加大电感、电容等元件的引脚,增强引脚与PCB之间的连接质量。此外,使用合适的绕线技巧,避免电流的急剧变化,也是减少浪涌的重要方法之一。