反激式開關(guān)電源的變壓器EMC設(shè)計

　　摘要：對于帶變壓器拓撲結(jié)構(gòu)的開關(guān)電源來說，變壓器的電磁兼容性(EMC)設(shè)計對整個開關(guān)電源的EMC水平影響較大。本文以一款反激式開關(guān)電源為例，闡述了其傳導共模干擾的產(chǎn)生、傳播機理。根據(jù)噪聲活躍節(jié)點平衡的思想，提出了一種新的變壓器EMC設(shè)計方法。通過實驗驗證，與傳統(tǒng)的設(shè)計方法相比，該方法對傳導電磁干擾(EMI)的抑制能力更強，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撲結(jié)構(gòu)的開關(guān)電源。
　　隨著功率半導體器件技術(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)等各級別的儀器設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用，并且隨著時鐘頻率的不斷提高，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)計已成為開關(guān)電源開發(fā)設(shè)計中必不可少的重要環(huán)節(jié)。

　　傳導電磁干擾(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導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準的限制。電路中的其他部分如果設(shè)計恰當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)點相位干燥繞法，這種設(shè)計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)電源的共模傳導干擾

　　電子設(shè)備的傳導噪聲干擾指的是：設(shè)備在與供電電網(wǎng)連接工作時以噪聲電流的形式通過電源線傳導到公共電網(wǎng)環(huán)境中去的電磁干擾。傳導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。差模干擾對總體傳導干擾的貢獻較小，且主要集中在噪聲頻譜低頻端，較容易抑制；共模干擾對傳導干擾的貢獻較大，且主要處在噪聲頻譜的中頻和高頻頻段。對共模傳導干擾的抑制是電子設(shè)備傳導EMC設(shè)計中的難點，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。和電路中其他電勢相對穩(wěn)定的節(jié)點不同，這些節(jié)點的電壓包含高強度的高頻成分[2]。這些電壓變化十分活躍的節(jié)點稱為噪聲活躍節(jié)點。噪聲活躍節(jié)點是開關(guān)電源電路中的共模傳導干擾源，它作用于電路中的對地雜散電容就產(chǎn)生共模噪聲電流M 。而電路中對EMI影響較大的對地雜散電容有：功率開關(guān)管的漏極對地的寄生電容C 變壓器的主邊繞組對副邊繞組的寄生電容Cp ；變壓器的副邊回路對地的寄生電容C 變壓器主、副邊繞組對磁芯的寄生電容C。 、C 以及變壓器磁芯對地的寄生電容C? 這些寄生電容在電路中的分布如圖1所示。