开关电源的变压器EMC设计

对于带变压器拓扑结构的开关电源来说，变压器的电磁兼容性(EMC)设计对整个开关电源的EMC水平影响较大。本文以一款反激式开关电源为例，阐述了其传导共模干扰的产生、传播机理。根据噪声活跃节点平衡的思想，提出了一种新的变压器EMC设计方法。通过实验验证，与传统的设计方法相比，该方法对传导电磁干扰(EMI)的抑制能力更强，且能降低变压器的制作成本和工艺复杂程度。本方法同样适用于其他形式的带变压器拓扑结构的开关电源。

随着功率半导体器件技术的发展，开关电源的高功率体积比和高效率特性使其广泛应用于现代军事、工业和商业仪器设备中，随着时钟频率的不断提高，设备的电磁兼容性(EMC)受到了广泛的关注。 电磁兼容设计已成为开关电源开发设计中必不可少的环节。

　　传导电磁干扰(EMI)噪声的抑制必须在产品开发初期就加以考虑。通常情况下，加装电源线滤波器是抑制传导EMI的必要措施l1l。但是，仅仅依靠电源输入端的滤波器来抑制干扰往往会导致滤波器中元件的电感量增加和电容量增大。而电感量的增加使体积增加；电容量的增大受到漏电流安全标准的限制。电路中的其他部分如果设计恰当也可以完成与滤波器相似的工作。本文提出了变压器的噪声活跃节点相位干燥绕法，这种设计方法不仅能减少电源线滤波器的体积，还能降低成本。

1反向开关电源的共模导电干扰

　　电子技术设备的传导噪声进行干扰能力指的是：设备在与供电企业电网可以连接管理工作时以噪声控制电流的形式就是通过各种电源线传导到公共电网发展环境问题中去的电磁干扰。传导干扰因素分为共模干扰与差模干扰分析两种。共模干扰电流在零线与相线上的相位相等；差模干扰电流在零线与相线上的相位相反。差模干扰对总体政策传导干扰的贡献程度较小，且主要研究集中在噪声信号频谱低频端，较容易受到抑制；共模干扰对传导干扰的贡献存在较大，且主要还是处在一个噪声频谱的中频和高频频段。对共模传导干扰的抑制是电子产品设备传导EMC设计中的难点，也是我们最主要的任务。

　　反激式开关电源的电路中存在一些电压剧变的节点。和电路中其他电势相对稳定的节点不同，这些节点的电压包含高强度的高频成分[2]。这些电压变化十分活跃的节点称为噪声活跃节点。噪声活跃节点是开关电源电路中的共模传导干扰源，它作用于电路中的对地杂散电容就产生共模噪声电流M 。而电路中对EMI影响较大的对地杂散电容有：功率开关管的漏极对地的寄生电容C 变压器的主边绕组对副边绕组的寄生电容Cp ；变压器的副边回路对地的寄生电容C 变压器主、副边绕组对磁芯的寄生电容C。 、C 以及变压器磁芯对地的寄生电容C? 这些寄生电容在电路中的分布如图1所示。

 

 

 

　　图l中的共模电流， 在电路中的耦合途径主要有3条：从噪声源—— 功率开关管的d极通过C耦合到地；从噪声源通过c。 耦合到变压器次级电路，再通过C 耦合到地；从变压器的前、次级线圈通过C?C 耦合到变压器磁芯，再通过C 耦合到地。这3种电流是构成共模噪声电流(图1中的黑色箭头所示)的主要因素。共模电流通过电源线输入端的地线回流，从而被LISN取样测量得到。

隔离变压器的EMC设计2

　　2．1 传统电子变压器EMC设计

　　共模噪声的耦合发展除了可以通过一个场效应管d极对地选择这条重要途径外，开关管d极的噪声进行电压技术通过分析变压器的寄生电容将噪声控制电流耦合到变压器副边绕组以及所在的回路，再通过这些次级回路对地的寄生电容耦合到地也是共模电流之间产生的途径。因此我们设法不断减小从变压器主边绕组方式传递到副边绕组间的共模电流是一种能够有效的EMC设计研究方法。传统的变压器EMC设计教学方法是在两绕组间添加隔离层[3]，如图2所示。

 

 

 

金属屏障设计接地会增加共模噪声电流，使EMC性能变差。隔离层应该是电路节点的稳定的电位，如在图2中的间隔层的负电极的前级电路，连接器是一个连接良好。这种连接可以共模电流流动到原始有效分流的地面上，从而大大减少了噪声电平传导发射功率线。