高性能艦載繪圖機要求在強電磁幹擾（EMI）dehuanjingxianengzhengchanggongzuo
，weici
，huitujidegegexitonghezixitongqixingnengzhibiaobixumanzuguojiayouguanjianzaidianzishebeidebiaozhun。weilemanzuqixingnengyaoqiu，benwenzaiyibanwenyadianyuanshejidejichushang，zhuyaocongxingchengdianciganraode3個ge要yao素su，即ji幹gan擾rao源yuan
，傳chuan播bo途tu徑jing和he受shou幹gan擾rao設she備bei著zhe手shou
，介jie紹shao了le在zai電dian源yuan的de設she計ji過guo程cheng中zhong，如ru何he抑yi製zhi幹gan擾rao源yuan，直zhi接jie消xiao除chu幹gan擾rao原yuan因yin，切qie斷duan電dian磁ci幹gan擾rao的de途tu進jin；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。

 

　　

　　

以(yi)脈(mai)衝(chong)形(xing)式(shi)將(jiang)輸(shu)入(ru)直(zhi)流(liu)電(dian)源(yuan)的(de)能(neng)量(liang)儲(chu)存(cun)到(dao)電(dian)感(gan)或(huo)電(dian)容(rong)中(zhong)，再(zai)用(yong)整(zheng)流(liu)濾(lv)波(bo)方(fang)法(fa)將(jiang)電(dian)感(gan)或(huo)電(dian)容(rong)兩(liang)端(duan)的(de)電(dian)壓(ya)轉(zhuan)換(huan)為(wei)直(zhi)流(liu)電(dian)壓(ya)。入(ru)電(dian)壓(ya)可(ke)以(yi)是(shi)經(jing)變(bian)壓(ya)器(qi)降(jiang)壓(ya)整(zheng)流(liu)濾(lv)波(bo)的(de)
，也(ye)可(ke)以(yi)直(zhi)接(jie)對(dui)市(shi)電(dian)整(zheng)流(liu)濾(lv)波(bo)，甚(shen)至(zhi)對(dui)市(shi)電(dian)隻(zhi)整(zheng)流(liu)不(bu)濾(lv)波(bo)（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(wei)50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。