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                方案

                方案

                反激式开▲关电源EMI设计与整改(2)





                上期文章简要介绍了EMI相关▃背景知识,其中变换器分段线性化、傅里叶变换、麦克々斯韦方程组为EMI设计与整改打下理论基础。本期,瑞彩祥云微技术团队为大ξ 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




                ?
                   

                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Ψ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




                ?
                   

                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ω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卐圈数,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


                我们以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①传导达标的充分条件,辐射达标的必要条件。



                EMI滤波器选取




                ?
                   

                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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