【电子行业标准(SJ)】 电源中减小电磁干扰的设计指南

中华人民共和国电子行业军用标准FL0122
SJ20156—92
电源中减小电磁干扰的设计指南Design guide for electromagneticinterference(EMD)reductioninpower supplies
1992-11-19发布
中国电子工业总公司批准
1993-05-01实施
引用文件
4一般要求
5详细要求
附录A
开关电源的模型（参考件）
附录B
防止开关稳压器中输入滤波器振荡（参考件）附录C
滤波器和负载特性的计算机程序（参考件）附录D
傅立叶变换（参考件）
中华人民共和国电子行业军用标准电源中减小电磁于扰的设计指南Designguide for electromagnetic interference(EMI) reductioninpowersupplies
1范围bZxz.net
1.1主题内容
本指导性技术文件规定了抑制电源传导干扰和辐射干扰的方法。1.2适用范围
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本指导性技术文件适用于电源的电磁兼容性设计，旨在降低电源的传导和辐射干扰。2引用文件
GJB151一86军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求GJB152—86军用设备和分系统电磁发射和敏感度测量GJB72一85电磁干扰和电磁兼容性名词术语3定义
本标准使用的定义除符合GJB72的规定外，下列定义只符合本标准。3.1差模千扰differential—modeinterference引起传输路径上一根导线的电位相对于另一根导线而发生变化。3.2共模干扰common一modeinterference出现在传输路径上两根导线和公共参考平面（地）之间，二根导线的电位同时变化，相对于公共参考平面(地)呈现同样数值。4一般要求
本章无条文。
5详细要求
5.1电源
在军用电子系统中采用功率变换电路，对军用场所的供电电源进行变换和调节。目前，无工频变压器1开关电源的变换技术已能满足现代军用电子系统功率变换的预期要求。注：1)无工频变压器意指交流电网被直接变换成直流而没有使用工频变压器。电源变换是通过直流一直中国电子工业总公司1992-11-19发布1993-05-01实施
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流或直流一交流变换器来完成的，输入与输出之间的隔离和电压变换是采用高频变压器（-一般为20kHz）来实现的。无工频变压器开关电源也可以在直流电源下进行工作，它们与工频电源频率无关。同样的电源也能设计成在50Hz或400Hz频率下工作。5.1.1指标的选择
在电源和电子系统中，应采用恰当的方法和指标来评价功率变换电路。5.1.1.1交流或直流输入电源
军用场所供电电源一般为50Hz，或400Hz，或直流。例如：在船上，电源系统是交流50Hz，三相电源供电（不接大地）。在此系统中，电子系统信号地一般接在船壳上。这就要求在电子系统的电源中使用隔离变压器，将一、二次电路隔离，以保证安全。三相电源供电质量优于单相电源。在电源电磁干扰滤波器中，电容器接线组合形成了一个交流地。在电子系统交流地之间的不平衡会引起电流流向船壳，这将干扰一些舰载电子系统。在单相电源的电子系统中，其电磁干扰滤波器形成的交流地会引起最大的不平衡度。通常采用三相电源会降低对电子系统电源的滤波和能量储备的要求，因此舰船和其电子系统均采用三相电源供电系统。
在军用场所，要求电源应能达到一定的抗电压尖峰的能力。舰载电源的抗尖峰干扰能力为2500V尖峰电压。在工程的设计中，为了将尖峰的大部分能量吸收掉，电源滤波器和感性整流输入平滑滤波器中必须采用高导磁率的大电感（防饱和型）。通常电源的性能决定了电压请波的极限值，国此也就决定了电源谐波电流。在军用电源中，谐波电流将作为主要的研究对象。对于军用电子系统，用以评价功率变换器的重要指标之一是在50Hz、400Hz和直流供电下的工作能力。5.1.1.2电源的连续性
电源在军用电子系统中的地位是十分重要的，为保障系统的可靠性，军用电源系统通常采用容错技术。在电源系统中，任何一个误动作（由故障、电池损坏、或其它原因引起）产生，电源将在50us乃至数秒与船上重要的负载再次接通。但是，电源的瞬时中断经常对船载电子系统完成任务的能力起到破坏作用。对于军用电子系统，评价功率变换器的一个关健指标是能够经得住瞬时电源中断而不降低电子系统的性能。5.1.1.3功率密度
功率变换电路的输出功率密度D(o）等于输出功率P（o）除以电路装置的体积V（c）.消耗变换器能量的电子负载有一个热密度D(e），热密度等于功率P（o）除以电子负载的体积V（e），因此：
D(o)=P(o)/V(c)
D(e)=P(o)/V(e)
V(c)/V(e)=-D(e)/D(o)
从上可知，功率变换电路所占据系统体积的百分比是该电子系统的D（o）与De）比值的函数。
输出功率密度也取决于功率变换电路的效率和热密度。功率变换单元所占据系统体积的百分比对效率的影响可见图1。图中的前提条件是电源变换单元与系统其它部分有相等的热密度。图中所示出的效率不是任意电源的，而是在船上供电电源下为5V逻辑电路供电的稳压器效率。这个效率是从船上发电机至逻辑电路之间所有单元的效率，和电子系统电源一样，还应包括发电机的功率损耗。在潜水艇上，由400Hz电源供电的线性稳压器的效率为22%；在水2
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上船只上，由400Hz电源供电的线性稳压器的效率为27%，由50Hz电源供电的线性稳压器的效率为35%。目前由50Hz或400Hz电源供电的无工频变压器开关电源的效率为65%～80%。如要求具有等同热密度，那么效率为35%的线性稳压器将占系统体积的三分之二，这在电子工程设计中是难以接受的。另一种选择是使电源单元比系统其它地方更热，但这会降低可靠性，或因采用特殊的冷却技术而增加成本。目前，电子系统的热密度正在不断增加，将来还会继续增加（列在表1）。因此将输出功率密度相应增加的趋势提到工程设计的日程上来，否则这些功率电源变换电路将占据系统的绝大部分体积。在所限定的相同热密度下，效率为80%的高效率电源将占据系统体积的20%，因此提高电源效率是今后努力的方向。评价功率变换器的一个重要指标是每立方厘米提供的输出功率。表1输出功率密度（P。)的要求
热密度
不进行特殊的热分析
现有技术已达到的
5.1.1.4系统的兼容性
在该效率下，电
源占系统体积的
百分比（%）
所需功率
输出密度
400Hz的线性稳压器技术
1977～1978年的开关电源
1985年的开关电源技术
1985年电源的突破，等同
于1978年电源系统体积百
与1978年取得的效率相
一致时，预计电源可达到的
功率变换电路有可能给系统带来问题。由功率变换电路所引起的兼容性的好坏包括，来自于电源系统的谐波电流，电源系统的负阻性负载，电磁干扰，电源系统的脉冲负载。对电子系统，评价功率变换的一个关健指标是其兼容性，它包括与其它系统的兼容性及其本身内部电路的兼容性。
5.1.1.5使用期的费用
评价功率变换的另一个重要指标是使用期的费用，它包括购置费和使用费。功率变换电路对能量消耗有较大影响，现在军方要求在工程中必须考虑能量的利用。所以，功率变换必须考虑使用期的费用情况。
5.1.2功率变换方法
图2列出了五种功率变换电路，每种电路的一组最佳参数列在表2中。3
电路类型
线性电源
50Hz磁性材料
400Hz磁性材料
铁磁谐振
相控开关方式
开关电源
复杂性
到复杂
线性稳压器
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表2：
功率变换电路的参数
供电电源频率
50/400Hz
仅对400Hz
仅对50Hz
仅对400Hz
仅对50Hz
仅对400Hz
直流或交流
改善效率
的可能性
有一点
有一点
有一点
有一点
功率密度
改善功率密
度的可能性
有一点
有一点
有一点
有一点
有一点
有一点
(0.37W/em*)
电磁干扰
线性稳压器要比负载从电源中消耗更多的能量。其调整作用总伴随着电热转换。图2上图中的串联调整元件的作用如同一个可变电阻。当高输入电源电压和低输出直流电压时，在串联元件上的功率就会过量。面在低输入电源电压和高输出电压时，它也需要设置一定的调整电压。因此，在制定详细规范时，供电电压变化范围的取值对决定线性电源的效率是十分重要的。例如，工作在船用电源（规定士20%的电网变化）下的5V稳压器，其典型效率为35%。如果电网变化小于士16%，那么，电源的效率就可进一步提高到50%以上。电路简单和低效率是线性稳压器的特点。隔离是通过体积较大的工频变压器来实现的。电源失效和系统出故障的主要原因是在企图改善线性稳压器的效率和提高其输出功率密度。当尺寸减小时，会导致电源中的元件比其它系统元件要热得多，因而失效的概率也就会增加。此外在电子系统设计中，应认真处理线性电源的反向瞬变适应能力，否则系统将会发生故障。5.1.2.2铁磁谐振稳压器
铁磁谐振稳压器是通过在带有饱和流圈的离变压器次级调谐一个电容来进行工作的，饱和拒流圈是变压器的一部分。谐振会增加电压幅度，并且非线性拒流圈能将电位箱住在个稳定的电压上而不随输入电压变化。铁磁谐振稳压器通常用作交流稳压器，也可作为普通工频变压器一样进行整流、滤波来获得直流。其特点是简单，具有固有的过载保护，但有较低的功率因数，并对频率变化敏感。例如+5.5%的频率变化一般会在输出上引起十9.4%的电压波动。而且，当用于直流时，整流器和滤波器在调整回路之外，这将会导致较低的稳定性和降低动态负载的控制能力。这些不利因素能够补偿，但那时内部电路简单的优势就会丧失。5.1.2.3相控开关稳压器
最简单的相控稳压器是通过延迟触发电路控制可控硅的相位来进行工作的。所以它在交流周期的初始部分是断开的，在其余部分是导通的。相控稳压器设计为无变压器开关电源，如果需要隔离的话，可使用工频变压器。最简单的变换方式（产生图3的最上面的波形）会严重降低交流电网的性能。很多成熟的变换电路对电网影响较小，而且成本增加不多。这可见图3中的其它波形。对于交流电源波形上的每一个缺口是通过控制电源变换器参数来实现的。最4
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下面的波形有四个缺口，它能够控制直流分量和任意三个谐波，也就是能将三次、五次和七次谐波减到最小，其它参数也可控制，例如最小总谐波失真度，或各种工作条件下的最大功率因数。
5.1.2.4无工频变压器\开关稳压电源无工频变压器开关稳压电源有两种基本类型：调频和调宽变换器。这两种都直接将交流电源整流成直流电源，其电源变换是在远高于电网频率的频率下来完成的。典型的开关频率是从20～200kHz，现在甚至在使用更高的频率。由于隔离变压器的尺寸与开关频率的3/4次方成反比，因而其功率密度是比较高的。同时，滤波器尺寸也会随着颚率增加而线性地减小。在这种开关电源中，功率密度和效率可在一个极限范围内进行折衷。当高效率是关健时，就可通过降低输出功率密度来获得较高的效率。总的说来无工频变压器开关电源的特点是高效率和高输出功率密度，并尚有潜力增加输出功率密度。两种类型的调频变换器示于图4中。一种是通过调整重复速率来工作的，也就是拉开或密集谐振脉冲来获得所要求的平均电压。另一种类型是通过密集重复速率以致于波形接近于一个连续的正弦波来进行工作的。在变压器产生变换输出时，两条线路的输出是量相加。输出幅度是通过移动两条线路的相对相位来实现调整的。由于谐振电路的滤波，因此这两种调频变换器的特点是有较小的高频电磁干扰，并可使用可控硅作为开关来进行谐振变换。调宽变换器是通过改变占空比来进行稳压的，一个广泛使用的模型是将开关工作在固定的频率上，只变化占空比。图5示出了申联降压变换器的模型。矩形波的直流分量是通过低通滤波器来得到的。其它开关控制模型是变化其频率，但这会降低滤波效果，因此在减小电磁干扰方面的优势就会减少。调宽变换器比调频变换器容易掌握，其优点是导致了一些特殊的设计，包括在开关频率下其性能和理想直流变压器一样的线路结构（有关输入端或输出端没有脉动电压或电流的线路结构，详见5.1.3条）。注：1）开关电源中有时也需要工颖变压器，例如，当供电电压太高，晶体管开关不能承受时，或为了获得较低的整流谐波而使用工频变压器进行多相整流时，就需要在开关电源中加入工变压器。虽然工频变压器会使开关电源的体积增大、重量增加，但它在提高性能方面有优势。5.1.3无工频变压器开关电源
无工频变压器开关电源的优点、使用价值、将来的潜力，元器件布局技术，可能存在的问题及其解决办法等说明如下：
5.1.3.1说明
图6是一个典型无工频变压器开关电源的方框图。在这个电源中唯一受供电电源频率（直流，50Hz或400Hz）影响的元件是交流接触器。对于图6中的电源，它就是一个400Hz交流接触器。除了这种元件外，使用直流或50Hz的开关电源，其工作情况和400Hz的电源一样。它们的电源隔离变压器、功率开关、三相桥式整流器可以设计得很小。示于图6的开关电源是用开关晶体管或场效应晶体管（FET）及其它元件的组合来完成电压调整功能。晶体管是采用切换未稳压的输入电压去维持平均输出电压的恒定。开关电源的输出是一连串的矩形脉冲，它们被一个低通滤波器滤成相对平滑、稳定的直流电平。除用于稳压外，也可用于稳流。在电压调整时，一部分输出电压与参考电压进行比较，从而产生一个电压差值，并反馈到控制电路中，再通过脉宽调制过程来获得电压调整。5.1.3.2优点
从体积上讲，无工频变压器开关电源的体积要比50Hz线性电源在同等输出功率的条件—5
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下小三分之一，轻二分之一，能接受各种输入率（直流、50Hz、400Hz)，且有较高的效率（65%～95%），并能适应较宽输入电压变化（可达3：1或士50%）。高较率意味着可以减小对电网的功率需求，并可降低冷却要求。所以，开关电源通常成本较低（除低功率的成本是相等的外）。它们在工作时消耗能量很少。
无工频变压器开关电源比使用工频变压器去降低输入电压的线性稳压器具有更多的内部储存能量。这有利于在电源瞬时中断下进行工作。由于无工频变压器开关变换器的能量是以较高电压储存，且所储存的能量是随额定电压的增加而成平方增加，同时，对给定尺寸的电容器，电容量随着额定电压的增加而线性地减少（对于铝电解电容器和钼电容器CV为常数）因而其能量储存性能也就改善了。无工频变压器开关电源也能与很多系统负载相兼容，如小型计算机、微型计算机以及含有微信息处理器的电子系统。数字处理电路对电源的瞬时中断很敏感，但能承受较高的噪声电平。由于无工频变压器开关电源能在较宽的输入电压变化范围内进行工作，还能将电源的瞬时中断减至最小，并且它们较高的输出纹波也能为数字负载所接受，因而这种电源与这些新负载是适配的。
5.1.3.3潜在的问题
开关电源的特点与线性电源不同，这些差别将会产生设计和应用上的问题。表3列出了潜在的问题。
表3开关电源潜在的问题
潜在的问题
滤波器
恒输入功率的特性
电磁兼容性
稳定性
输出纹波
受影响的范围
负载瞬变的影响
电网瞬变的影响
负输入阻抗
低压元件承受较高的电压应力
接通、阻断
电网频率的谐波电流
噪声额谱
电磁干扰滤波器的误用
音频敏感度
传输或同步
高阶系统
右半平面零点
非线性和不连续时间
高电磁干扰环境
图7的上排列出了三种基本的调宽式开关电源模型：串联、并联和反极性的电路。这三种电路能以两种方式进行工作，一种方式是有连续电流通过电感，另一种方式是非连续的电流通过电感(轻负载)。
图7中，对每种电路的连续电流方式用两种状态的等效电路来模拟，一种是晶体管开关闭合，另一种是晶体管开关断开。这些电路经过拓扑变换可形成一个简单标准模型，如图7左下部分。这个标准模型由理想的直流和交流变压器，一个低通滤波器和代表输出占空比率控制的电压与电流发生器组成。元器件参量列在图7中。元件值是占空比D的函数，这个模型是占空6
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比的线性模型，它在占空比小于0.5时有效.关于模型的详细补充资料将在附录A（参考件）中给出。通过模型可研究解释几种潜在的问题。非连续电流方式要求每种结构有第三种状态，即开关断开，此时电感中没有电流。由于它会产生更大的电磁干扰，因此建议避免这种非连续方式。5.1.3.3.1滤波器的作用
滤波器的作用如下：
a.输出纹波
开关电源的一个固有特点是在开关频率下，存在着输出纹波，这个纹波可通过增加滤波器而任意地减小，但它总是存在的，通常它是正常输出电压的1%，如果一些实际电路要求纹波更小，就可使用线性稳压器来减少。b.低压元件承受尖峰电压的能力如图7所示，连续电流方式的标准模型总包含一个两级滤波器。这会影响负载的瞬态响应。例如：当如图8中的电源工作在满载情况时，突然将负载拿走，控制回路的最大响应是将开关断开，并维持开关管处于断开状态。储存在电感中的能量最终会加到输出电容上，这样就会产生一个过冲。过冲幅度是负载电流变化乘以LC滤波器的特性阻抗与最初的电容（输出）电压的矢量和。有些设计可使5V直流电源上产生15V的尖峰，通过增加电容量C和减小电感量L，可使从满载到空载变化时，5V电源上的过冲电压限制到1V。这就能与TTL逻辑电路兼容。负载阶跃增加也有一个相似的瞬态影响。输出电压一下降，反馈回路会朝着开关闭合的方向饱和，这个瞬态响应是开环滤波器的响应，它直到输出回到原输出电压，控制回路恢复控制。而且，大电容C和小电感L能使瞬态影响减至最小。在输入电压阶跃变化时，会产生一种更细微的影响，检测输入电压的反馈回路能用于改变占空比，致使进入滤波器的伏秒面积是一个常数。这将抵消输入变化的影响，但微小磁滞回线的振荡偏移仍会出现在输出电感的磁性材料中。5.1.3.3.2恒输入功率特性
开关变换器的直流和低频模型是一个匝数比为的简单直流一直流变压器（见图7）。假如变换器的效率是100%，理想变压器的μ为输出电压与输入电压的比率，反过来说，为输入电流与输出电流的比率。然而输入阻抗是负载阻抗乘以负以代替正，如同传统的变压器。这是由于开关变换器的恒输入功率特性所致。负输入阻抗特性的推导见图9，对给定的负载阻抗R，假如输入电压Vs变化，稳压器的反馈作用就调节变换比率去维持恒定的输出电压，从而稳定了输出功率，由此可以得出如Vs增加，Is必减小，因而能保持输入功率恒定。这就是图10中稳压器输入阻抗Z，的低频值。图10含有开关稳压器的基本元件。这种方框图是很常用的，它具有单级LC输入滤波器和一个串联变换器。5.1.3.3.2.1负输入阻抗
在电网与开关电源之间，与输入滤波器结合在一起的负输入阻抗在一定的条件下能构成一个负阻抗振荡器，它是系统潜在的不稳定性因素。为了防止这种不稳定性，一一种常用的判别方法（即状态平均法的稳定性判据，以下简称为稳定性判据）就是要求输入滤波器的输出阻抗小于开关电源的开路输入阻抗，如图11所示。在图11中上面的曲线表示稳压器开环输入阻抗Zi,Z,是加载平滑输出滤波器串联谐振时的反射阻抗。图11中下面的实线表示输入滤波器的输出阻抗Zs，这儿绘出了单级低通滤波器的结构。然而，在实际中，输出阻抗的结构是很复杂的。两级滤波器将在5.3.2.4条中叙述，在同一开关—7
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频率下，对同样的峰值、功率损耗和衰减，两级滤波器就比单级滤波器更小更轻。同样，含有发电机和配电网络的电源系统是阻抗构成的一部分。稳定性判据适用于直流和交流系统，在这些系统中，整流二极管是处于连续导通状态。然而，不连续电网电流会增加整流谐波，因此，推荐使用感性滤波器而不是容性滤波器来避免这种情况（见5.2条）。增加输入滤波器总是会降低稳压器的性能，就是说非零的Zs（见图10）总是会降低回路增益，提高电网传递函数的系数（打开一个频率窗口让输入噪声传到负载），也就会提高稳压器的输出阻抗（输出阻抗越低，稳压性能越好）。如果符合上面所述的有关稳定性的判据，即输入滤波器输出阻抗远小于稳压器的输入阻抗时，回路增益和电网传输就基本上不受影响。然而，为了使稳压电源输出阻抗基本不受影响，输入滤波器的输出阻抗必须远低于图11的虚线部分【见附录B（参考件)]。
为了符合稳定性判据或更严格的判据，建议如下：a。保持输入滤波器谐振频率或多节滤波器的谐振频率（如果是多节的）远离稳压器输出滤波器的有效谐振频率。输入滤波器要优先使用较低的谐振频率，同时也会减小输入电源线上的传导干扰。
b，要优先使用无损耗阻尼【见附录B（参考件）来降低输人滤波器或输出滤波器或二者的Q值
附录B（参考件）给出了如何使用稳定性判据的例子。5.1.3.3.2.2低电压和阻断
开关电源恒输入功率特性决定了它们在低输入电压时比在正常输入电压或高输入电压时，有更大的输入电流。低输入电压能便输入电流大到损坏电源的程度。有些线路本身能够防止这种故障方式，另一些线路则要求外加保护电路去防止这种工作现象和在低输入电压下造成的损坏。
当开关电源由限流源来供电时，就能阻断异常的接通方式。当电压比较低时，接通电流较高。图9中的接通抛物线从右到左是条恒定功率的曲线。如电源有电流限制，则画圈的工作点是稳定的，但不是所要求的。稳压器也决不会到达所要求的（圈在水平线上的）工作点，解决的方法是保持接通轨迹位于电流极限值的左边。这可通过低压保护电路来实现。5.1.3.3.3稳定性的困难
在开关电源中，稳定性的围难是由线性和非线性现象的变化所产生。5.1.3.3.3.1音频敏感度
一些稳定性技术能引起音频敏感度问题即在输入电源上有较小的调制衰减。如前面所提到的，标准模型经常含有一个二级欠阻尼滤波器。假如一个单一的控制回路用于反馈，这个滤波器必须衰减开关频率下的输出纹波和外加的超过回路增益OdB的交点以外的输入电源频率纹波。稳定这种开关电源的一种方法是在反馈回路中便用滞后补偿去偶离增益以致于在OdB交点频率上存在足够的相位裕度。这就要求放大器增益在低于输出滤波器截止频率的频率上小于OdB。一个窗会因此在闭合回路衰减F下打开。在放大器交点频率和通过稳压器的输出滤波器截止频率之间，这个窗允许输入电源调制而不能衰减，这些关系列在图12中。在开关电源中，这是意想不到的常见设计缺陷。这个缺陷通常会在不能通过GJB151中的CSo1测试而表现出来。
关闭衰减窗的一种方法是采用带有超前滞后补偿（列在图13中）的反馈放大器来改善其频率响应。应将所要求的OdB交点频率选择在输出滤波器截止频率之外，并且，可通过设置幅8
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度增益来补偿在此频率点上的输出滤波器衰减。由于输出滤波器在这个频率上相移大约180°因此，在此频率点上，放大器增益上的超前必须去获得足够的相位裕度。较高的频率被移开去控制噪声抗扰度的带宽，且放大器频率增益在低频端被整形以提供很好的直流稳压。最后得到的闭环回路衰减F将按图13所示那样关闭衰减窗，但这是有代价的。这是一个有条件的稳定系统，即如果回路增益降低，它就会变成不稳定。放大电路的饱和通常会降低增益并在有条件的稳定系统内引起不稳定。当反馈回路对电网或负载或内部噪声或电磁干扰的一个足够大的变化过补偿时，饱和就会发生。后者在数字系统中是比较隐蔽的。电源的电磁于扰和内部噪声是动态负载的函数，它经常受软件控制。一个能产生更多内部噪声的特殊软件程序，能引起电源的瞬时不稳定，从而在数字系统逻辑状态中产生无法解释的现象，在不产生足够大的噪声去使放大器饱和的静态条件下，这些不稳定性是检测不到的。解决的方法就是避免有条件的稳定系统或全面地测试它们的噪声抗扰度。当要保持绝对稳定时，有很多种电路和多回路技术能用于关闭衰减窗。5.1.3.3.3.2传输
在数字系统中，一些开关电源的另一个特殊的隐蔽特性是开关频率的传输或同步对周期性的负载或电源瞬变的影响。在开关电源中开关频率的变化是负载或电网状态的函数，电网状态或负载的变化能使开关频率移到周期瞬变的最近谐波或次谐波，这些都已观察到。并且这些情况通常导致输出纹波增加，有时纹波增加是惊人的。例如在有5mV峰一峰值纹波的5V电源上，会产生数伏峰峰值纹波。再者，在数字系统中，周期性的瞬变处于软件控制之中，以致于软件程序的变化能引起元件失效或在以前良好的系统中引起随机的和无法解释的系统故障。
解决的办法是使用固定题率开关电源（难于传输），并测试所有开关电源的传输特性（包括频率可变的和频率固定的开关电源）。5.1.3.3.3.3右半平面零点
对图7中的表研究表明：在标准模型中，电压发生器有一个与频率有关的项fs，对于串联变换器，它为1。对于并联和反极性变换器，它表现为一个右半平面零点（通常，在标准模型中电流和电压发生器都有一个频率项。当电源和滤波器输入阻抗被加到模型上时，就需要电流发生器）。右半平面零点使系统进入非极小相位系统。这意味着，当使用波特图分析时，相位一频率曲线不能从幅度一频率曲线上推导出来。当不能进行相位测量而只能推断时，推断的结果是右半平面零点在幅度图上超前一个正90°而在实际中，却是一个负90°相移。右半平面零点的存在能通过精确的开环增益和相位测量来找到，尽管目前已经存在进行测量的高技术，但在开关电源进行这样的测量必须考虑到是很困难的，而且也经常被忽略了。开关电源的设计者经常没有意识到右半平面零点和它们的影响存在，因此对克服由此而引起的稳定性问题没有准备，结果为了增益的稳定性而忽视了动态响应（带宽）。解决的办法就是在设计阶段有精确的模型、合适的测量工具和适用的现代稳定技术。在新的线路结构（如Cuk变换器，它是在右半平面上拥有实的和复的零点的六阶系统）中，这是绝对必要的。附录A（参考件）中的标准模型采用了线性化技术，这对用占空比来将开关线性化和研究小信号扰动是很有用的。它预示着右半平面零点和其它难见现象的存在。但它不能揭开一些必须用其它技术来分析的非线性现象。5.1.3.3.3.4占空比大于0.5
当一个固定频率脉宽调制电源占空比增大到0.5以上时，经常碰到的个稳定性问题是9
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产生或长或短的占空比振荡。这个问题能通过图14中的图形技术显示出来。在每个周期T开始时，电源开关能通过外部源来接通。也就启动脉宽调制积分电路，它一直积分到开关断开的阅值，从而产生了脉宽调制。当电源开关工作在小于50%的脉冲导通时间时，这个系统就是稳定的，就如图14上部所示。假如占空比大于50%（如图14下部所示），小的扰动进而会代替这些衰减，且或长或短的振荡就会产生。当恒定频率时钟起始于关断时，占空比大于50%就稳定，当恒定频率时钟起始于导通时，占空比小于50%就稳定。
5.1.3.3.4电磁兼容性
无工频变压器开关电源也会产生系统电磁兼容性问题，这是由于整流谐波：开关频率和它的谐波以及在开关转换中所固有的高速电流和电压瞬变。因此电磁干扰问题为本指导性技术文件的主题，这两种电磁干扰问题和解决办法将在5.3和5.4中详细计论。5.1.3.4直流一直流变换器电路
在开关电源变换中，控制器件是一个理想开关，它或者处于闭合，或者处于断开，流向负载的功率能通过控制占空比来实现。为产生直流输出电压，需要使用理想的无损耗储能元件：电感和电容，它的作用是平滑来自开关动作的内部脉动特性，变压器除了提供能量传输的作用外，还在输入地和输出地之间提供隔离。串联、关联、反极性电路和它们的变型是当今最常使用的大多数功率变换方法。Cuk型和它的改进型是具有几种性能优点（特别是具有较低电磁干扰）的新方法，除一些复合开关和一些变压器（这些基本电路的隔离改进型）之外，本章仅限于对这些基本电路进行讨论。5.1.3.4.1基本电路
一个基本的开关变换器电路在这儿定义为这样一种电路，它仅包含一个开关和电抗元件，这些元件在输入端和输出端之间没有隔离（没有变压器）。在这些限制条件下，仅有四种可能的基本电路，第四种电路（Cuk电路）是近来新补充的，四种基本电路结构如图15所示。以下将研究这些基本电路，假定转换开关工作在恒定频率，占空比可控方式下，开关在位置A的时间为DTs（这里，占空比D是导通时间与开关周期之比，周期Ts是转换频率fs的倒数），开关周期的余下部分为D'Ts（即Ts一DTs），此时开关处在位置B，在这些叙述中，前提是在时间D'Ts期间，变换器电感的电流决不会掉到零（工作在连续导电方式）。图16给出了四种电路，它是用双极型晶体管、二极管作为替换件的一种实际开关电路。当Q：合上，二极管D，在正向不导通时，开关位置A表示时间DTs，在时间DTs时，Q，断开，D.导通。
5.1.3.4.1.1串联变换器
图15（a）和图16（a）的串联变换器是最基本的电路，输入直流电压被开关切换，接着被一个LC输出滤波器平滑，从输入到输出的理想直流电压增益是Vo/V =p
式中0..·(4)
图15（a）所示的端口电流波形，输出电流是非脉动的（即连续的），这是由于电感L的存在。相反，图15（a）的输入电流是脉动的（即间断的），当开关处在位置A时，电流才流动。当开关处于位置B时，电流会被急剧切断。由于它是潜在的、比并联变换器非脉动输入大得多的传导电磁干扰源，所以串联结构的脉动电流特性是这种变换方法的主要缺点。因此，串联变换器10
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