直流电源电路接地耦合干扰成因分析及处理直流电源干扰

直流电源电路接地耦合干扰成因分析及处理直流电源干扰 摘 要：直流电源电路中的滤波电路作用是为了获得较为平滑的直流电压，把脉动直流电中的脉动成分滤除，电容滤波电路是最为常用的电路之一。在实际应用中，滤波电路不仅要对整流电路输出的单向脉动性直流电压中交流电脉动成分进行滤除，还要去掉直流电源中的各种干扰。 关键词：直流电源 电容滤波 接地 干扰 在直流电源电路中，由于二极管整流电路输出的脉动直流电压的平滑性差，需要在整流电路与负载电路之间，加入滤波器。常见的滤波器有电感滤波器、电容滤波器和复式滤波器。实际应用中，电感滤波器其体积较大，在负载容量较小的场合，常用电容滤波器。以单相桥式整流电路为例（见图），由于滤波电容C的充电电压使得t1期间整流电压高于电容C的电压，充电电流流入电容。在t2期间滤波电容C的电压高于整流电压，所以充电电流停止，放电电流从电容向负载流动。其结果是输入电流变为导通角度窄的脉冲，输出电压有效值增大，所以电容滤波电路中除了基本频率外还含有基本频率整数倍的高次谐波，该高次谐波就将成为电源电路的干扰信号，在实际电路中，由于电源接地的不同情况，其影响程度也不同。另外，除了于电网的高频干扰外，负载电路中产生的干扰同样对同一电源电路中的其它负载造成影响。所以滤波电路不仅要减小整流电路输出的脉动成分，还要充分考虑消除因接地耦合而产生的各种干扰。 直流电源电路根据负载的不同分为单路电压输出和两路（或多路）电压输出两种。 第一种，单路直流电压输出电路。如图2所示电路中，电源变压器有一组二次绕组， 滤波电容采用大容量电解电容器，C1 （35） ，T为交流电周期；C2采用小容量瓷介电容器，起高频滤波作用。 从电路可以看出，如果电路中的A点存在各种干扰成分，高频干扰成分通过高频滤波电容 流到地线，低频干扰成分通过 流到地线，这样就不能加到后面的负载电路中了。如果没有滤波电容C1 和 C2，电路中的A点的干扰成分将流入负载电路中，影响负载电路的正常工作。 由于这一直流电源电路只有一路，因此干扰成分主要交流电网中，而许多整机电路中需要有多路的直流电压输出电路，这时干扰成分又增加了。 第二种，两路（或多路）直流电压输出电路，主要分为带有变压器中心抽头二次绕组电路和变压器独立二次绕组两种。在两路（或多路）直流电压输出电路中，由于处于同一个电源电路，两路（或多路）负载之间将产生相互干扰的影响。图3所示是共用电路对两个负载电路影响示意图。电路中， 构成两个负载电路的共用电路。负载电路1的电路的电流流过 ，在电路中的A点产生一个电压降，这个电压降就相当于是负载电路2的输入信号而加到负载电路2中，对负载电路2的正常工作造成干扰影响。同时，负载电路2的电流在电路A点产生的电压降影响负载1的正常工作。所以，在负载电路的输入端接入旁路电容显得很有必要。下面以两路直流电源输出电路为例进行直流电源电路接地耦合干扰成因及处理进行分析。 图4所示是带有变压器中心抽头二次绕组的两路直流电源电路中的一种。电路中，电源变压器有一组带抽头的二次绕组；C1和 C2为低频滤波电容，C3和C4为高频滤波电容。 从电路中可以看出，电源变压器二次绕组根据输出电压值于合适位置处抽头，接入两组整流电路、滤波电路，能够输出两路直流电压。两路整流、滤波电路有共用的部分，即电源变压器二次绕组抽头以下绕组和接地引线，两个负载电路中的电流都流过了这一共用电路，这个共用电路所产生的干扰成分对两个负载电路造成干扰影响。电路中的A点的干扰成分分别通过C1和C3流到地线，电路中B点的干扰成分分别通过C2和C4流到接地线。 图5所示是带有变压器中心抽头二次绕组的两路直流电源电路中的另一种。电路中，变压器有一组带抽头的二次绕组，但是二次绕组的结构与上一种电源电路不同，其抽头接地；C1和C2为低频滤波电容，C3和C4为高频滤波电容。 由于电源变压器的二次绕组抽头接地，两组整流、滤波和负载电路中只有二次绕组的抽头接地引线是共用的，故共用部分相当少，两组直流电源电路之间的相互干扰影响小。虽然电源变压器二次绕组抽头接地，将二次绕组分成了两组相对独立的绕组，但是二次绕组抽头以上绕组和抽头以下绕组之间仍然存在磁路（磁力线所通过的路径，相当于电路）之间的相互影响（存在同一个磁路中，当某一个电源电路中出现干扰信号时，通过磁耦合，同样会感应到另一个绕组中）。这一电路的其它部分的工作原理与前面相同。 图6是变压器独立二次绕组中的一种。电路中，电源变压器有两组独立的绕组；C1和C2为低频滤波电容，C3和C4为高频滤波电容。 该电路与前面电路比较，由于两组二次绕组相互独立，因此相互影响要小一些，两种整流、滤波和负载电路之间主要是用地线共用，电源变压器两组二次绕组之间的磁路会相互影响。由于电源变压器采用两组独立的二次绕组，因此变压器制作工艺复杂一些，成本增加了，但抗干扰效果优于带抽头的一组二次绕组的变压器。由于同处以一个磁路中，其通过磁耦合产生的干扰不可避免。 图7是变压器独立二次绕组中的另一种。电路中，电源变压器两组二次绕组，C1和C2为低频滤波电容，C3和C4为高频滤波电容。从电路图中可以看出，这一电路与前面电路不同之处是两组整流、滤波和负载电路接地符号不同，两组整流、滤波和负载之间使用不同的接地回路，极大程度上消除由于接地造成的两组直流电源之间的接地干扰影响，其抗干扰性能明显优于之前电路。这一电路的电源变压器的两组二次绕组之间仍然存在磁路上的相互影响。如果电路上要求需要将磁路之间的相互影响降至最低限度，可以采用两个独立的电源变压器供电，而且两只电源变压器接地线路彼此独立。 综上分析，电容滤波电源电路中，消除由于接地耦合产生的干扰，可以通过滤波电路中的滤波电容器实现。实际电路中，低频滤波电容器和高频滤波电容器往往并非安装在同一位置，高频滤波电容器视整机调试情况进行调整确定，按抗干扰效果选择合适的连接点。另外变压器二次绕组输出电压方式和接地方式也直接影响到抗干扰效果。如果负载对抑制各种干扰要求较高，其直流电源电路将较为复杂，并采用有源滤波器电路以提高效果。 _： 1童诗白模