反激式開關(guān)電源的變壓器電磁兼容性設(shè)計(jì)

　　本文以一款反激式開關(guān)電源為例，闡述了其傳導(dǎo)共模干擾的產(chǎn)生、傳播機(jī)理。根據(jù)噪聲活躍節(jié)點(diǎn)平衡的思想，提出了一種新的變壓器EMC設(shè)計(jì)方法。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法相比，該方法對(duì)傳導(dǎo)電磁干擾(EMI)的抑制能力更強(qiáng)，且能降低變壓器的制作成本和工藝復(fù)雜程度。本方法同樣適用于其他形式的帶變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的開關(guān)電源。

　　隨著功率半導(dǎo)體器件技術(shù)的發(fā)展，開關(guān)電源高功率體積比和高效率的特性使得其在現(xiàn)代軍事、工業(yè)和商業(yè)等各級(jí)別的儀器設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用，并且隨著時(shí)鐘頻率的不斷提高，設(shè)備的電磁兼容性(EMC)問題引起人們的廣泛關(guān)注。EMC設(shè)計(jì)已成為開關(guān)電源開發(fā)設(shè)計(jì)中必不可少的重要環(huán)節(jié)。

　　傳導(dǎo)電磁干擾(EMI)噪聲的抑制必須在產(chǎn)品開發(fā)初期就加以考慮。通常情況下，加裝電源線濾波器是抑制傳導(dǎo)EMI的必要措施l1l。但是，僅僅依靠電源輸入端的濾波器來抑制干擾往往會(huì)導(dǎo)致濾波器中元件的電感量增加和電容量增大。而電感量的增加使體積增加;電容量的增大受到漏電流安全標(biāo)準(zhǔn)的限制。電路中的其他部分如果設(shè)計(jì)恰當(dāng)也可以完成與濾波器相似的工作。本文提出了變壓器的噪聲活躍節(jié)點(diǎn)相位干燥繞法，這種設(shè)計(jì)方法不僅能減少電源線濾波器的體積，還能降低成本。

　　1 反激式開關(guān)電源的共模傳導(dǎo)干擾

　　電子設(shè)備的傳導(dǎo)噪聲干擾指的是：設(shè)備在與供電電網(wǎng)連接工作時(shí)以噪聲電流的形式通過電源線傳導(dǎo)到公共電網(wǎng)環(huán)境中去的電磁干擾。傳導(dǎo)干擾分為共模干擾與差模干擾兩種。共模干擾電流在零線與相線上的相位相等;差模干擾電流在零線與相線上的相位相反。差模干擾對(duì)總體傳導(dǎo)干擾的貢獻(xiàn)較小，且主要集中在噪聲頻譜低頻端，較容易抑制;共模干擾對(duì)傳導(dǎo)干擾的貢獻(xiàn)較大，且主要處在噪聲頻譜的中頻和高頻頻段。對(duì)共模傳導(dǎo)干擾的抑制是電子設(shè)備傳導(dǎo)EMC設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)，也是最主要的任務(wù)。

　　反激式開關(guān)電源的電路中存在一些電壓劇變的節(jié)點(diǎn)。和電路中其他電勢(shì)相對(duì)穩(wěn)定的節(jié)點(diǎn)不同，這些節(jié)點(diǎn)的電壓包含高強(qiáng)度的高頻成分[2]。這些電壓變化十分活躍的節(jié)點(diǎn)稱為噪聲活躍節(jié)點(diǎn)。噪聲活躍節(jié)點(diǎn)是開關(guān)電源電路中的共模傳導(dǎo)干擾源，它作用于電路中的對(duì)地雜散電容就產(chǎn)生共模噪聲電流M 。而電路中對(duì)EMI影響較大的對(duì)地雜散電容有：功率開關(guān)管的漏極對(duì)地的寄生電容C 變壓器的主邊繞組對(duì)副邊繞組的寄生電容Cp ;變壓器的副邊回路對(duì)地的寄生電容C 變壓器主、副邊繞組對(duì)磁芯的寄生電容C。 、C 以及變壓器磁芯對(duì)地的寄生電容C? 這些寄生電容在電路中的分布如圖1所示。

　　圖l中的共模電流， 在電路中的耦合途徑主要有3條：從噪聲源—— 功率開關(guān)管的d極通過C耦合到地;從噪聲源通過c。耦合到變壓器次級(jí)電路，再通過C 耦合到地;從變壓器的前、次級(jí)線圈通過C?C 耦合到變壓器磁芯，再通過C 耦合到地。這3種電流是構(gòu)成共模噪聲電流(圖1中的黑色箭頭所示)的主要因素。共模電流通過電源線輸入端的地線回流，從而被LISN取樣測(cè)量得到。

　　2 隔離變壓器的EMC設(shè)計(jì)