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反激式开关电源EMI设计与整改(2)





上期文章简要先容了EMI相关背景常识,其中变换器分段线性化、傅里叶变换、麦克斯韦方程组为EMI设计与整改打下理论基础。本期,芯朋微技术团队为大家分享反激电源传导分析模型变压器优化设计方法EMI滤波器选取依据


反激电源传导分析模型




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案例:如图1所示,5V2A充电器因PCB布线不同造成传导结果6dB以上差异。

图1 PN8370 5V2A充电器PCB布线


由该案例可引出反激电源传导定量分析的关键因素:

  • 干扰源:开关节点(如PN8370的SW脚);

  • 路径:分布电容(如SW脚至输入整流回路),容量与金属极板面积成正比、距离成反比;

  • 形式:位移电流,由安培-麦克斯韦全电流定理可知变化电场可产生位移电流。


忽略PCB布线引起的分布电容,采用图2所示变压器结构,反激电源的传导分析模型如图3所示。

图2 变压器结构



图3 反激电源EMI传导分析模型(无散热器)


由反激电源EMI传导分析模型可知:

  • Q1、D2、D3为开关干扰源,dV/dt、di/dt变化显著;

  • 变压器寄生电容Csp、Csa、Cssh、Csc为共模噪声提供通路;由于屏蔽绕组及磁芯接初级参考地,寄生电容Cpc、Cpsh、Cash已转化为差模干扰回路,EMI影响忽略;

  • 由于干扰源(Q1、D2、D3)流过寄生电容(Csp、Csa、Cssh、Csc)的电流方向不一致,可调整变压器结构使得合成共模电流小。



变压器优化设计方法




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相比差模噪声,由于共模噪声频段宽(1M-1GHz)且滤波器衰减作用有限,因此反激变压器EMI设计以减小共模噪声为主。反激电源的共模噪声分析模型如图4所示,根据示波器测量的平台电压幅值优化变压器结构及屏蔽圈数,直至干扰平台电压幅值在2V以内。


图4 反激电源共模噪声分析模型


威尼斯2020娱乐官网以PN8370 12V1A适配器为例说明共模噪声与传导的关系,变压器初级:0.21mm*102Ts;屏蔽:0.21mm*12Ts;辅助:0.21mm*12Ts;次级:0.5mm*10Ts。共模噪声与传导测试结果如图5所示。


图5 共模噪声与传导测试结果1


屏蔽圈数由12Ts调整至15Ts,共模噪声与传导测试结果如图6所示。


图6 共模噪声与传导测试结果2


由实验结果可见,共模噪声与传导有着密切关系,根据工程经验:合理PCB布线,共模平台干扰电压控制在2V以内,为传导达标的充分条件,辐射达标的必要条件。



EMI滤波器选取




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A.   输入滤波器选取如图7所示:

(a)适应于无接地要求18W以内反激电源


(b)适应于有接地要求18W以内反激电源



(c)适应于18W以上反激电源

图7 典型输入EMI滤波器


B.   Y电容的选取:

  • Y电容容量远大于变压器寄生电容,可将流过变压器共模电流旁路为差模电流,改善EMI;

  • Y电容容量会影响辐射及漏电流,需满足EMI及安规要求。

  • Y电容回路为辐射干扰源之一,应尽量缩短,并与初级信号回路分开,以免EMS能力降低。



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