如何表征電源變壓器的 EMI 性能

電源變壓器通常是隔離開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器中共模噪聲的主要來源。為什么？因?yàn)樵谧儔浩鲀?nèi)部，隔離柵初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)的繞組非常接近（通常間隔小于 1 毫米），導(dǎo)致相鄰繞組之間存在顯著的寄生電容。

電源變壓器通常是隔離開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器中共模噪聲的主要來源。為什么？因?yàn)樵谧儔浩鲀?nèi)部，隔離柵初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)的繞組非常接近（通常間隔小于 1 毫米），導(dǎo)致相鄰繞組之間存在顯著的寄生電容。
這些繞組上出現(xiàn)的電壓通常具有較大的交流電壓。例如，在圖1所示的反激式轉(zhuǎn)換器中，初級(jí)繞組連接到初級(jí)開關(guān)的漏極，該初級(jí)開關(guān)的電壓波形在許多頻率上具有大量交流內(nèi)容。該交流電壓通過寄生電容從初級(jí)注入到次級(jí)的共模電流，這通常是許多電磁干擾 (EMI) 問題的根源。

    圖 1反激式電源變壓器產(chǎn)生的共模噪聲。資料德州儀器   

值得慶幸的是，屏蔽和共模平衡等變壓器設(shè)計(jì)技術(shù)可以限度地減少變壓器對 EMI 的影響，正如德州儀器 (TI) 電源設(shè)計(jì)研討會(huì)論文“反激式變壓器設(shè)計(jì)考慮效率和 EMI”中所討論的那樣。然而，檢查變壓器對 EMI 的影響以及如何優(yōu)化變壓器結(jié)構(gòu)可能非常困難且耗時(shí)。對于您想要測試的每個(gè)變壓器設(shè)計(jì)，您需要將變壓器焊接到 PCB 上，將電源轉(zhuǎn)換器放在 EMI 測試夾具上，然后運(yùn)行掃描。如果變壓器的 EMI 性能不可接受，則需要將其從 PCB 上拆下，然后重試。
   
在本電源提示中，我將向您展示一種非常簡單的方法，可以在將變壓器焊接到電路板之前檢查變壓器的 EMI 性能。
   
僅使用函數(shù)發(fā)生器和示波器，您就可以模擬電路中變壓器的情況并測量變壓器的共模 EMI 特征。圖 2中的圖表顯示了如何為圖 1 中使用的變壓器配置此測量。請注意，該變壓器在初級(jí)上有兩個(gè)繞組（W P和 W AUX），在次級(jí)上有一個(gè)繞組（W S）。
首先，使用一根短電線將初級(jí)上的交流安靜節(jié)點(diǎn)連接在一起。交流安靜節(jié)點(diǎn)是變壓器上與電路中的初級(jí)接地相連的任何引腳，可以直接連接或通過電容器連接。在此示例中，引腳 2 和引腳 3 都是隔離柵初級(jí)側(cè)的交流安靜節(jié)點(diǎn)。如果您的變壓器次級(jí)有多個(gè)繞組，您還需要將所有次級(jí)安靜節(jié)點(diǎn)連接在一起，但不要將它們連接到初級(jí)安靜節(jié)點(diǎn)。

圖 2變壓器 CMRR 測試設(shè)置，使用一根短電線將初級(jí)和次級(jí)上的交流安靜節(jié)點(diǎn)連接在一起，并在初級(jí)繞組上施加一個(gè)小正弦波，以測量初級(jí)和次級(jí)交流安靜之間感應(yīng)的電壓之間的比率節(jié)點(diǎn)和函數(shù)發(fā)生器注入的電壓（CMRR）。資料德州儀器

接下來，使用函數(shù)發(fā)生器在變壓器的初級(jí)繞組上施加一個(gè)小的正弦波。這模仿了初級(jí)繞組電壓，但現(xiàn)在您正在使用安全低電壓的單一頻率進(jìn)行測試。信號(hào)的幅度并不重要，因?yàn)樽儔浩鞯募纳娙莺艽蟪潭壬吓c電壓幅度無關(guān)。
   
使用示波器的一個(gè)通道測量函數(shù)發(fā)生器注入的電壓。使用另一個(gè)通道，測量初級(jí)和次級(jí)交流安靜節(jié)點(diǎn)之間感應(yīng)的電壓。這兩個(gè)信號(hào)的比率本質(zhì)上是共模抑制比 (CMRR)，表明電源變壓器在該頻率下對共模噪聲的影響有多大。