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X电容和Y电容在开关电源模块的作用

X电容和Y电容同属于安规电容。它关断时，在外电压的作用下，其寄生电容充满电，如果在其开通前不将这一部分电荷放掉，则将消耗于器件内部，这就是容性开通损耗。当安规电容器失效后，不会产生电，不会危及人身安全。安规电容通常用于抗干扰电路中，起滤波的作用安规电容的放电和普通电容不一样，普通电容在外部电源断开后电荷会保留很长时间。如果用手触摸就会被电到，而安规电容则没这个问题。

很多开关电源的高压测试和低压测试都会选用安规电容，目的是为了滤除高次谐波，防止干扰，提高输出电压质量。文中我们将使用一个简单的转换器做例子期望大家在选购电源模块时多一份细心，少一份浮躁，不要错过细节疑问。一般为隔离式电源，在初级和次级上加Y电容是为了给次级的共模电流提供一个回路到初级，减少共模电流对输出的影响。Y电容串接在高压地和低压地之间，有时会采用两个Y电容串联，作用是为了提高高压地和低压地之间之间的耐压。

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大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、机和CT机等大型设备。电压高达50~l59kV,电流达到0.5A以上,功率可达100kW。我们发现，对于一个类似的波形，其上升和下降时间会直接影响谐波振幅或傅里叶系数(In)。自从70年,日本的一些公司开始采用逆变技术,将市电整流后逆变为3kHz左右的中频,然后升压。进入80年代,高频开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频率提高到20kHz以上。并将干式变压器技术成功的应用于高频高压电源,取消了高压变压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。国内对静电除尘高压直流电源进行了研制,市电经整流变为直流,采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,然后由高频变压器升压,后整流为直流高压。在电阻负载条件下,输出直流电压达到55kV,电流达到15mA,工作频率为25.6kHz。

在频域内测量辐射和传导电磁干扰，这就是对已知波形做傅里叶级数展开，本文中我们着重考虑辐射电磁干扰性能。这其实是一个迭代过程，甚至连经验***丰富的电源设计人员都使用这种方法。在同步压转换器中，引起电磁干扰的主要开关波形是由Q1和Q2产生的，也就是每个场效应管在其各自导通周期内从漏极到源极的电流di/dt。图2所示的电流波形(Q和Q2on)不是很规则的梯形，但是我们的操作自由度也就更大，因为导体电流的过渡相对较慢，所以可以应用Henry Ott经典著作《电子系统中的噪声降低技术》中的公式1。我们发现，对于一个类似的波形，其上升和下降时间会直接影响谐波振幅或傅里叶系数(In)。

谐波系列的电磁干扰幅度受Q1和Q2的通断影响。在测量漏源电压VDS的上升时间tr和下降时间tf，或流经Q1和Q2的电流上升率di/dt 时，可以很明显看到这一点。但在实际应用中，在模块电压相同情况下，每个模块的输出阻抗是不一样的，输出电压细微的差别都将影响着输出电流的变化。这也表示，我们可以很简单地通过减缓Q1或Q2的通断速度来降低电磁干扰水平。事实正是如此，延长开关时间的确对频率高于 f=1/πtr的谐波有很大影响。不过，此时必须在增加散热和降低损耗间进行折中。尽管如此，对这些参数加以控制仍是一个好方法，它有助于在电磁干扰和热性能间取得平衡。具体可以通过增加一个小阻值电阻(通常小于5Ω)实现，该电阻与Q1和Q2的栅极串联即可控制tr和tf，你也可以给栅极电阻串联一个 “关断二极管”来独立控制过渡时间tr或tf(见图3)。这其实是一个迭代过程，甚至连经验丰富的电源设计人员都使用这种方法。我们的终目标是通过放慢晶体管的通断速度，使电磁干扰降低至可接受的水平，同时保证其温度足够低以确保稳定性。