專利名稱：一種能夠抑制低頻噪聲的電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電源。
背景技術(shù)：
小型化微波接收機(jī)電源為接收機(jī)的一部分，實(shí)現(xiàn)一次電源和二次電源的電壓隔離變換及穩(wěn)定輸出。與大多數(shù)電子設(shè)備不同，接收機(jī)電路特別是其中的本振電路對(duì)供電電壓的交流噪聲(紋波)非常敏感，其交流噪聲的幅度直接決定了接收機(jī)能否具備超低雜波調(diào)制性能。相關(guān)資料和以往研制經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)供電電壓噪聲幅度超過(guò)IOmV后，本振電路的雜波抑制能力便開(kāi)始惡化，而國(guó)內(nèi)外常規(guī)DC/DC變換器的+12V輸出噪聲峰-峰值一般都在 30 75mV之間。雖然在本振電路的供電輸入端串聯(lián)L-C濾波器，能進(jìn)一步衰減電源開(kāi)關(guān)頻率的噪聲(100 500kHz)，但對(duì)低頻噪聲(< IOkHz)的效果則相當(dāng)有限。通常要減少電源輸出電壓的低頻紋波主要是通過(guò)加強(qiáng)L-C濾波、采用電流控制型電路、輸出端串聯(lián)線性穩(wěn)壓器三種措施。加強(qiáng)L-C濾波器的低頻濾波效果，需要加大電感、電容的尺寸，這必將導(dǎo)致電源體積變大。采用電流控制型電路需要設(shè)計(jì)專門的電流采樣電路、斜坡補(bǔ)償電路等，電路相對(duì)復(fù)雜，而且實(shí)際效果還受電源占空比和功率大小等因素的影響。另外，據(jù)相關(guān)資料介紹，電流控制型控制電路不適宜在半橋式電路上采用。串聯(lián)線性穩(wěn)壓器可以改善低頻紋波的抑制能力，但不足以完全解決接收機(jī)相噪惡化的問(wèn)題，而且其輸入-輸出壓差會(huì)產(chǎn)生較大的功耗，不能在所有輸出電壓上采用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種電源，在不改動(dòng)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、降低電路復(fù)雜程度、降低功耗的基礎(chǔ)上，改善電源低頻紋波的抑制能力。本發(fā)明包括如下技術(shù)方案一種能夠抑制低頻噪聲的電源，包括輸入濾波電路、半橋變換器、脈寬調(diào)制電路、功率變壓器、整流濾波電路和穩(wěn)壓采樣電路；其特征在于，輸入濾波電路包括電感LI，電阻R1、電容Cl、電阻R2 ;其中電感LI、電容Cl組成第一級(jí)差模濾波電路，電阻Rl與電阻LI并聯(lián)，電阻R2與電容Cl串聯(lián)；穩(wěn)壓采樣電路包括采樣電阻R3、運(yùn)算放大器NI、補(bǔ)償環(huán)路、電阻R4和電容C3 ;電阻R4與電容C3串聯(lián)后，并聯(lián)在采樣電阻R3兩端；整流濾波電路輸出的電壓通過(guò)采樣電阻R3與運(yùn)算放大器NI的反向輸入端相連，運(yùn)算放大器的正向輸入端與基準(zhǔn)電壓相連；同時(shí)，運(yùn)算放大器NI的反向輸入端通過(guò)補(bǔ)償環(huán)路與運(yùn)算放大器的輸出端相連。所述輸入濾波電路還包括電感L2、和電容C2，電感L2和電容C2組成第二級(jí)差模濾波電路。所述電源為微波接收機(jī)電源。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明在既有電源方案的基礎(chǔ)上，通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)通過(guò)降低輸入濾波電路諧振點(diǎn)的增益、提高穩(wěn)壓采樣信號(hào)的反饋速度可以改善電源低頻紋波的抑制能力。本發(fā)明通過(guò)在輸入濾波電路并聯(lián)阻尼網(wǎng)絡(luò)，來(lái)降低諧振點(diǎn)的增益，減小諧振頻率附近的輸入交流信號(hào)或噪聲的放大程度；本發(fā)明在穩(wěn)壓采樣電路上并聯(lián)R-C網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化環(huán)路補(bǔ)償電路，提高穩(wěn)壓采樣信號(hào)的反饋速度?？傊?，本發(fā)明在不改動(dòng)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、降低電路復(fù)雜程度、降低功耗的基礎(chǔ)上，通過(guò)降低輸入濾波電路諧振點(diǎn)的增益、提高穩(wěn)壓采樣信號(hào)的反饋速度來(lái)改善電源低頻紋波的抑制能力。


圖I為電源原理框圖；圖2為現(xiàn)有的輸入濾波電路示意圖； 圖3為本發(fā)明的輸入濾波電路示意圖；圖4為現(xiàn)有的穩(wěn)壓采樣電路示意圖；圖5為本發(fā)明的穩(wěn)壓采樣電路示意圖；圖6為現(xiàn)有的輸入濾波電路濾波特性仿真結(jié)果示意圖；圖7為本發(fā)明的輸入濾波電路濾波特性仿真結(jié)果示意圖。
具體實(shí)施例方式下面就結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步介紹。下面以微波接收機(jī)的電源為例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明如圖I所示，微波接收機(jī)電源包括輸入濾波電路、啟動(dòng)電路、保護(hù)電路、半橋變換器、功率變壓器、PWM脈寬調(diào)制電路、穩(wěn)壓采樣電路、輸出整流濾波電路等功能模塊組成。在電源的輸入端串聯(lián)保險(xiǎn)絲，使得電源無(wú)論發(fā)生任何故障，都不會(huì)因?yàn)槎搪?、過(guò)流等原因?qū)πl(wèi)星電源造成損害。當(dāng)電源接收到開(kāi)機(jī)指令時(shí)，啟動(dòng)電路工作，產(chǎn)生一個(gè)+12V電壓給脈寬調(diào)制器PWM供電，PWM啟動(dòng)后產(chǎn)生300kHz的方波信號(hào)驅(qū)動(dòng)半橋變換器，使之將直流電壓轉(zhuǎn)換為300kHz的交流方波電壓并通過(guò)功率變壓器傳遞到整流濾波電路，經(jīng)過(guò)整流濾波電路輸出多路直流電壓。其中一路電壓返回替代啟動(dòng)電路給PWM供電，并通過(guò)穩(wěn)壓采樣電路給PWM提供穩(wěn)壓采樣信號(hào)。PWM通過(guò)內(nèi)部的負(fù)反饋系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比，從而調(diào)整輸出電壓，達(dá)到穩(wěn)壓的目的。開(kāi)機(jī)指令的脈沖寬度為IOOmS,當(dāng)其結(jié)束后，啟動(dòng)電路停止工作。當(dāng)電源出現(xiàn)過(guò)流、短路、輸入電壓異常下降等情況，電源過(guò)流保護(hù)電路向PWM發(fā)出保護(hù)信號(hào)，PWM停止輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，電源停止工作，達(dá)到保護(hù)關(guān)機(jī)的目的。電源接收到關(guān)機(jī)指令后，將信號(hào)輸入到保護(hù)電路，電源關(guān)機(jī)。由于開(kāi)機(jī)指令和關(guān)機(jī)指令的指令回線與電源輸入電壓的回線隔離，所以開(kāi)關(guān)機(jī)指令都需要通過(guò)光藕進(jìn)行隔離傳輸。輸入濾波電路包括差模濾波器，差模濾波器包含兩方面作用，首先，它阻止開(kāi)關(guān)電源噪聲通過(guò)母線影響衛(wèi)星其他設(shè)備，其次阻止母線上交流電壓分量和噪聲直接影響電源供電設(shè)備(如微波接收機(jī))的正常工作。輸入電壓通過(guò)輸入濾波電路與半橋變換器相連?，F(xiàn)有的輸入濾波電路主要追求盡可能低的截止頻率和盡可能高的噪聲衰減。其電路示意圖和仿真結(jié)果如圖2和圖6所示。其諧振點(diǎn)增益達(dá)到22.4dB/4.6kHZ。該增益將使得母線輸入端的低頻傳導(dǎo)噪聲在此頻率處得到放大，反映到電源輸出端就是輸出電壓的低頻噪聲被放大，所以需要在滿足濾波器總體性能的前提下，盡量減小。如圖3所示，本發(fā)明的輸入濾波電路包括電感LI，電阻R1、電容Cl、電阻R2、電感L2、和電容C2 ;其中電感LI、電容Cl組成第一級(jí)差模濾波電路、電感L2、電容C2組成第二級(jí)差模濾波電路；輸入電壓的正輸入端與電感LI的一端相連，電感LI的另一端與電阻R2和電感L2相連；電阻Rl與電感LI并聯(lián)，電阻R2與電容Cl串聯(lián)；電感L2與電容C2串聯(lián)；電容C1、C2分別與輸入電壓的負(fù)輸入端相連。圖3中的后級(jí)電路為與輸入濾波電路相連的電路，對(duì)應(yīng)于圖I中的半橋變換器。本發(fā)明電源的輸入濾波電路在第一級(jí)差模濾波器設(shè)置阻尼電路，即LI上并聯(lián)電阻R1，Cl上串聯(lián)電阻R2，使得濾波器截止頻率處的增益降低。實(shí)際設(shè)計(jì)中，LI兩端并聯(lián)的電阻Rl阻值范圍一般在I 10Ω之間，與Cl串聯(lián)的 電阻R2范圍一般在O. I 3Ω之間。根據(jù)電源EMC指標(biāo)、開(kāi)關(guān)頻率、體積重量等要求，再進(jìn)行進(jìn)一步的仿真、調(diào)試。一般來(lái)說(shuō)，Rl越大、R2越小，電路特性更接近傳統(tǒng)濾波器，即衰減特性越接近80dB/10倍頻程，諧振峰較大。反之，電路特性更接近40dB/10倍頻程，諧振峰較小。實(shí)際電路中，兩個(gè)電阻的取值分別為3Ω和0.33Ω(3個(gè)1Ω并聯(lián))。其仿真結(jié)果如圖7所示。從圖7可以看出，本電源諧振點(diǎn)增益由22. 4dB減小到7. ldB，大大減小了該頻率處輸入噪聲的放大程度。雖然高頻段的衰減特性略有下降(曲線斜率有所降低)，但對(duì)接收機(jī)的正常使用已經(jīng)足夠，濾波器的整體性能得到明顯改善。現(xiàn)有的電源輸入濾波器設(shè)計(jì)希望電容的等效串聯(lián)電阻(即ESR)越小越好，但本發(fā)明的輸入濾波器中的Cl因?yàn)橐?lián)外接電阻，所以對(duì)ESR無(wú)特殊要求，可以選用價(jià)格便宜、容量密度大的電解電容。但在本發(fā)明中，因?yàn)樾l(wèi)星對(duì)產(chǎn)品的高可靠要求，所以采用的是高可靠等級(jí)的瓷介電容。如圖4所示，現(xiàn)有的穩(wěn)壓采樣電路包括采樣電阻R3、運(yùn)算放大器NI、和補(bǔ)償環(huán)路。通常通過(guò)調(diào)試補(bǔ)償環(huán)路參數(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)合適的相位裕量和低頻增益。低頻增益為46. 8dB/100Hz、26. 8dB/lkHz，而此時(shí)的相位裕量較小，為30. 67。;如果，繼續(xù)提高增益，電源有可能在外界干擾下進(jìn)入振蕩狀態(tài)。如圖5所示，本發(fā)明的穩(wěn)壓采樣電路除了包括采樣電阻R3、運(yùn)算放大器NI、和補(bǔ)償環(huán)路外，還包括串聯(lián)的電阻R4和電容C3。電阻R4、電容C3組成的R-C網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)在采樣電阻R3兩端。整流濾波電路輸出的電壓通過(guò)采樣電阻R3與運(yùn)算放大器NI的負(fù)輸入端相連，運(yùn)算放大器的正輸入端與基準(zhǔn)電壓相連。同時(shí)，運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端通過(guò)補(bǔ)償環(huán)路與運(yùn)算放大器的輸出端相連。采用上述結(jié)構(gòu)，輸出電壓的任意波動(dòng)都可以更快的反映到運(yùn)算放大器的反向輸入端，使其響應(yīng)速度加快。同時(shí)，交流輸入阻抗降低，使得誤差放大器的增益提高，電源對(duì)低頻干擾的抑制能力增強(qiáng)。同時(shí)改善了電源的相位裕量，提高了穩(wěn)定性。R-C網(wǎng)絡(luò)中電阻R4的取值范圍是100 1000 Ω，電容C3的取值范圍是4000pF
O.03uF。改進(jìn)后的電源，IOOHz處的增益由46. 8dB增加到55. 3dB, IkHz處的增益由26. 8dB增加到38. 7dB，對(duì)低頻干擾的抑制能力得到明顯改善。而且相位裕量由30. 67°增加到41. 02°，電源的穩(wěn)定性也得到提高。本發(fā)明通過(guò)在輸入濾波電路上形成阻尼電路，在穩(wěn)壓采樣電路的采樣電阻上并聯(lián)R-C網(wǎng)絡(luò)，電源對(duì)低頻干擾的抑制能力得到明顯改善，接收機(jī)本振的雜波抑制能力接近理論情況下的最好水平。由于電源實(shí)際調(diào)試時(shí)存在一定的固有噪聲，示波器很難有效分辨IOmV以下的低頻紋波，所以實(shí)際改善效果均通過(guò)測(cè)試接收機(jī)本振鏈的雜波抑制進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)際測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表I。表I實(shí)測(cè)接收機(jī)本振的雜波抑制能力
權(quán)利要求
1.一種能夠抑制低頻噪聲的電源，包括輸入濾波電路、半橋變換器、脈寬調(diào)制電路、功率變壓器、整流濾波電路和穩(wěn)壓采樣電路；其特征在于，輸入濾波電路包括電感LI，電阻R1、電容Cl、電阻R2 ;其中電感LI、電容Cl組成第一級(jí)差模濾波電路，電阻Rl與電阻LI并聯(lián)，電阻R2與電容Cl串聯(lián)；穩(wěn)壓采樣電路包括采樣電阻R3、運(yùn)算放大器NI、補(bǔ)償環(huán)路、電阻R4和電容C3 ;電阻R4與電容C3串聯(lián)后，并聯(lián)在采樣電阻R3兩端；整流濾波電路輸出的電壓通過(guò)采樣電阻R3與運(yùn)算放大器NI的反向輸入端相連，運(yùn)算放大器的正向輸入端與基準(zhǔn)電壓相連；同時(shí)，運(yùn)算放大器NI的反向輸入端通過(guò)補(bǔ)償環(huán)路與運(yùn)算放大器的輸出端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電源，其特征在于，所述輸入濾波電路還包括電感L2、和電容C2,電感L2和電容C2組成第二級(jí)差模濾波電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電源，其特征在于，所述電源為微波接收機(jī)電源。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種能夠抑制低頻噪聲的電源，包括輸入濾波電路、和穩(wěn)壓采樣電路；其特征在于，輸入濾波電路包括電感L1，電阻R1、電容C1、電阻R2；其中電感L1、電容C1組成第一級(jí)差模濾波電路，電阻R1與電阻L1并聯(lián)，電阻R2與電容C1串聯(lián)；穩(wěn)壓采樣電路包括采樣電阻R3、運(yùn)算放大器N1、補(bǔ)償環(huán)路、電阻R4和電容C3；電阻R4與電容C3串聯(lián)后，并聯(lián)在采樣電阻R3兩端；整流濾波電路輸出的電壓通過(guò)采樣電阻R3與運(yùn)算放大器N1的反向輸入端相連，運(yùn)算放大器的正向輸入端與基準(zhǔn)電壓相連；同時(shí)，運(yùn)算放大器N1的反向輸入端通過(guò)補(bǔ)償環(huán)路與運(yùn)算放大器的輸出端相連。本發(fā)明在不改動(dòng)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、降低電路復(fù)雜程度、降低功耗的基礎(chǔ)上，改善電源低頻紋波的抑制能力。
文檔編號(hào)H02M1/12GK102916571SQ201210378109
公開(kāi)日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月29日
發(fā)明者陽(yáng)曉彬, 朱正賢, 劉永峰, 李俊平, 鄧向科 申請(qǐng)人:西安空間無(wú)線電技術(shù)研究所