高性能艦載繪圖機要求在強電磁幹擾（EMI）的de環huan境jing下xia能neng正zheng常chang工gong作zuo

，為wei此ci
，繪hui圖tu機ji的de各ge個ge係xi統tong和he子zi係xi統tong其qi性xing能neng指zhi標biao必bi須xu滿man足zu國guo家jia有you關guan艦jian載zai電dian子zi設she備bei的de標biao準zhun。為wei了le滿man足zu其qi性xing能neng要yao求qiu
，本ben文wen在zai一yi般ban穩wen壓ya電dian源yuan設she計ji的de基ji礎chu上shang，主zhu要yao從cong形xing成cheng電dian磁ci幹gan擾rao的de3geyaosu
，jiganraoyuan
，chuanbotujingheshouganraoshebeizheshou，jieshaolezaidianyuandeshejiguochengzhong，ruheyizhiganraoyuan
，zhijiexiaochuganraoyuanyin，qieduandianciganraodetujin；以及提高受幹擾設備的抗擾能力
，減低其對噪聲的敏感度。

　　

　　

　　

輸入：220 V±10％
，50 Hz。

　　

輸出電壓／穩定工作電流：5 V／03 A±12 V／＜±0．1 A

　　

24 V／06 A 26～34 V（靜態可調）／0．6 A峰值電流／穩定工作電流：＞2 A

　　

功率相關性：各路輸出應能同時達到最大值。

　　

EMI通過國家有關艦載電子設備標準測試。

　　

　　

電子設備在工作時，需要穩定的直流電壓。電網一般是220 V，50 Hz
，電壓波動可達±10％，而且可能含有尖峰、浪湧或高頻幹擾。因此直流穩壓電源需要完成以下任務：

　　

①AC-DC高效轉換

；

　　

②輸出電壓穩定；

　　

③抑製電網上的幹擾，較小的傳導發射及電磁輻射。

　　

從基本原理上，有線性穩壓電源及開關電源。

　　

　　

並聯型線性穩壓電源用並聯穩壓二極管吸收額外的電流，要求輸入電源具有較高內阻，適用於負載電流較小的場合。效率低。

 

串聯型線性穩壓電源在輸入電源及負載之間串聯電壓調整管，將Vin-Vout轉換為調整管上的發熱。使用雙極型晶體管時需要較大的壓差（通常超過2 V）
，使用MOS管時可以在極小的壓差（100 mV）下工作，但允許電流較小
，且成本較高。

　　

效率分析當輸入電壓範圍為220 V±10％時，整流濾波後的電壓為Vin±10％。串聯型穩壓電路要求Vin-10%-Vout>dV。dV為輸入輸出最小壓差，對雙極型調整管
，dV＞2 V。效率：

可見，在輸入電壓最低時，線性電源具有最高的效率。當輸出電壓較低時，2 V壓差對效率有嚴重影響。

 

　　

　　

yimaichongxingshijiangshuruzhiliudianyuandenengliangchucundaodianganhuodianrongzhong，zaiyongzhengliulvbofangfajiangdianganhuodianrongliangduandedianyazhuanhuanweizhiliudianya。rudianyakeyishijingbianyaqijiangyazhengliulvbode
，yekeyizhijieduishidianzhengliulvbo
，shenzhiduishidianzhizhengliubulvbo（EMI極小），在功率很小時還可以用串聯電容降壓的方法。調整方法可以是寬度調製或頻率調製。

　　

由於調壓器件工作於開關方式，因此效率極高（一般90％）
，且允許輸入電壓大範圍變化。當脈衝頻率較高時，儲能及濾波器件可以較小，因此體積很小，甚至不需要電源變壓器。

　　

由於調壓器件工作於開關方式
，因此dV，dI很大，容易產生較強的傳導發射及輻射發射。

　　

　　

電容器應具有較好的高頻響應

，較低的ESR。由於開關頻率較高，因此無論輸入輸出端都有較強的高頻差模傳導發射。由於高低電位段具有不同的對地阻抗

；而(er)且(qie)地(di)線(xian)網(wang)絡(luo)對(dui)高(gao)頻(pin)有(you)較(jiao)大(da)阻(zu)抗(kang)，使(shi)兩(liang)條(tiao)線(xian)對(dui)大(da)地(di)形(xing)成(cheng)不(bu)同(tong)的(de)阻(zu)抗(kang)，即(ji)，對(dui)高(gao)頻(pin)差(cha)模(mo)電(dian)壓(ya)產(chan)生(sheng)不(bu)同(tong)的(de)相(xiang)移(yi)
，則(ze)這(zhe)種(zhong)差(cha)模(mo)電(dian)壓(ya)會(hui)轉(zhuan)化(hua)為(wei)共(gong)模(mo)電(dian)壓(ya)。共(gong)模(mo)幹(gan)擾(rao)一(yi)旦(dan)產(chan)生(sheng)，就(jiu)很(hen)難(nan)濾(lv)除(chu)。

　　

綜zong上shang所suo述shu，設she計ji開kai關guan電dian源yuan時shi
，應ying盡jin量liang減jian少shao高gao頻pin傳chuan導dao發fa射she及ji磁ci場chang輻fu射she。為wei了le減jian少shao高gao頻pin共gong模mo幹gan擾rao，需xu注zhu意yi合he理li布bu線xian，降jiang低di高gao頻pin阻zu抗kang
，減jian少shao環huan路lu麵mian積ji。

　　

開關電源通常要求輸入、輸出EMI濾波器。

 

　　

開關電源的優點是效率高、小巧、輸入電壓範圍很寬，缺點是輸出紋波大，容易產生共模幹擾。

　　

線性電源的缺點是效率低
、笨重、輸入電壓範圍較窄

，優點是電路簡單

、輸出紋波小
，不產生輻射幹擾。

　　

大幅麵繪圖機具有較大體積及重量，因此對電源體積無特殊要求；使用220 V電源
，波動一般不超過10％；要求的輸出電壓固定，且低輸出電壓的電流不是很大

，因此可以使用線性電源。

　　

根據以上考慮，擬采用線性電源為主、開關電源為輔的混合設計思路。

　　

使用線性電源時，輸入電壓範圍
、輸出電壓調節及效率之間是相互矛盾的。因此本電源限定26～34 V為靜態可調，輸入電壓波動範圍為±10％。

　　

　　

均為小功率，且電壓接近，通常統一考慮。

　　

±12 V：一般使用MAX742／743實現，優點是：單片，且輸入可以是3～11 V。若用7812／7912，則需額外的兩個繞組
，且效率較低。若電流小於±125 mA，則可以使用MAX743。

　　

5 V：次級繞組＋整流濾波＋使用7805。可選的LDO：LT1763／500 mA，LT1129／700 mA
，MAX603／500 mA。

　　

　　

主要功率集中在24 V和30 V，且二者電壓、功率接近。方案：

　　

①220VAC-24VDC
；220VAC-30VDC可調：體積大，餘量大，EMI大，似乎不合適。

　　

②分別設計次級繞組
，再分別整流、濾波、串聯穩壓
，似乎多餘。

　　

③希望少用一個次級繞組，則至少有一路用開關電源（DC-DC變換器）實現。由於希望30 V可調，因此用DC-DC變換方法產生30 V較合適
，不但高效
，而且調壓方便。缺點是：需用專用DC-DC模塊，不適於單件生產DC-DC的輸出是30 V（26～35 V），輸入可以考慮：

　　

①24 V：使用升壓模塊。缺點是Vin24 V（～30 V）24 V發熱嚴重，效率較低。

　　

②Vin 24 V（～30 V）：與輸出電壓重疊，難以使用開關電源，（在小功率場合
，可以使用：升壓變換＋LDO）。

 

③Vin5 V（8～10 V）：易選用升壓模塊。缺點是與5 V共用輸入。但由於有5 V穩壓器
，因此不會影響5 V。

　　

綜上所述，24 V方案：次級繞組＋整流＋濾波＋集成三端穩壓器。

　　

30 V方案1：次級繞組＋整流濾波＋集成三端穩壓器。多了一個次級繞組及整流橋
，但各路獨立，易於維護，負荷均勻。適於不調壓方案。

　　

30V方案2：Vin5(8-10V)+DC-DC升壓。適於調壓方案。缺點：升壓模塊較為專用。

　　

EMI設計方案如圖1所示。

　　

為了提高性能
，使用三環路EMI濾波器（雙CM＋單DM）。

　　

濾lv波bo器qi在zai實shi際ji運yun用yong中zhong存cun在zai效xiao果guo相xiang差cha很hen多duo的de現xian象xiang，特te別bie發fa生sheng在zai重zhong載zai情qing況kuang下xia。造zao成cheng這zhe一yi問wen題ti的de主zhu要yao原yuan因yin可ke能neng是shi濾lv波bo器qi中zhong的de電dian感gan器qi件jian在zai重zhong載zai和he滿man載zai時shi
，產chan生sheng飽bao和he現xian象xiang，其qi中zhong尤you以yi有you差cha模mo電dian感gan的de濾lv波bo器qi為wei多duo。因yin差cha模mo電dian感gan要yao流liu過guo電dian源yuan火huo線xian或huo零ling線xian中zhong的de全quan部bu工gong作zuo電dian流liu，如ru果guo差cha模mo電dian感gan設she計ji不bu當dang，電dian流liu一yi大da，就jiu很hen容rong易yi飽bao和he
，可ke使shi用yong非fei飽bao和he鐵tie粉fen芯xin。濾lv波bo器qi的de工gong作zuo原yuan理li是shi在zai射she頻pin電dian磁ci波bo的de傳chuan輸shu路lu徑jing上shang形xing成cheng很hen大da的de特te性xing阻zu抗kang不bu連lian續xu，將jiang射she頻pin電dian磁ci波bo中zhong的de大da部bu分fen能neng量liang反fan射she回hui源yuan處chu。大da多duo數shu濾lv波bo器qi的de性xing能neng是shi在zai源yuan和he負fu載zai阻zu抗kang均jun為wei50的條件下測得的，濾波器的性能在實際情況下不可能達到最佳。

　　

兩級或更多級的濾波器
，可以使內部接點保持在相對穩定的阻抗上
，因此對負載及源的阻抗依賴不是很大，可以提供接近50／50指標的性能。

　　

　　

使用整流濾波方法實現AC-DC轉換時
，輸入電流含有較大諧波分量。當後麵有DC-DC模塊時，由於DC-DC模塊的輸入電流是強脈衝形式，且不與電源頻率同步
，因此對濾波後的電壓有影響，使交流輸入電流諧波特性惡化。

　　

對於傳導發射測試，差模抑製是主要問題。電容器、差模電感的取值比較重要。為了減小傳導發射，還需要使電源電流的變化率減小。

　　

電原理上的基本措施：適當減小濾波電容
，在變壓器初級及次級引線上加磁環（相當於EMI濾波器增加了一個環路）、並聯小電容器。為了保護整流橋堆
，需要在整流二極管上並聯小電容器。

 

可見

，濾波電容是傳導發射的基本原因。可以去掉濾波電容，但後麵隻能用專用的DC-DC模塊，電路複雜。目前仍然常用濾波電容
，隻是設法減小電源線上的電流變化率。方法有：在電源線上串接磁環，並聯小電容器，形成差模濾波。

　　

　　

尖峰脈衝的寬度約為5μs，頻率約5 Hz。而市電半波寬度為10 ms，二極管導通時間約為1 ms，超過尖峰脈衝寬度的100倍
，因此儲能電容器上的電壓不會明顯升高。可能對整流及濾波輸出電壓有一定影響。估計不會影響穩壓輸出電壓。

　　

一般地
，變壓器可以承受較大的尖峰電壓
，需注意整流二極管的耐壓要求。

　　

對電源線尖峰及浪湧的保護措施：一般使用氧化鋅壓敏電阻，他能多次耐受長達10 ms的浪湧。新器件有TVS（瞬態電壓保護），他能吸收的浪湧能量有限，但電壓轉折特性較好。建議使用氧化鋅壓敏電阻。

　　

　　

注意感性元件的屏蔽，以及電纜及長導線的處理。采取屏蔽措施。

　　

（5）電場
、磁場輻射敏感度注意屏蔽，減小環路麵積。

　　

（6）係統接地在變壓器初次級之間加入屏蔽層
，並於EMI濾波器外殼連接，形成機殼地。

　　

　　

電路圖如圖2所示。

　　

該電源的設計經過實際檢測，其行能指標基本滿足有關標準要求。工作性能良好。