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方案

反激式開關(guān)電源EMI設(shè)計與整改(2)



上期文章簡要介紹了EMI相關(guān)背景知識,其中變換器分段線性化、傅里葉變換、麥克斯韋方程組為EMI設(shè)計與整改打下理論基礎(chǔ)。本期,芯朋微技術(shù)團隊為大家分享反激電源傳導(dǎo)分析模型、變壓器優(yōu)化設(shè)計方法EMI濾波器選取依據(jù)。


反激電源傳導(dǎo)分析模型




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案例:如圖1所示,5V2A充電器因PCB布線不同造成傳導(dǎo)結(jié)果6dB以上差異。

圖1 PN8370 5V2A充電器PCB布線


由該案例可引出反激電源傳導(dǎo)定量分析的關(guān)鍵因素:

  • 干擾源:開關(guān)節(jié)點(如PN8370的SW腳);

  • 路徑:分布電容(如SW腳至輸入整流回路),容量與金屬極板面積成正比、距離成反比;

  • 形式:位移電流,由安培-麥克斯韋全電流定理可知變化電場可產(chǎn)生位移電流。


忽略PCB布線引起的分布電容,采用圖2所示變壓器結(jié)構(gòu),反激電源的傳導(dǎo)分析模型如圖3所示。

圖2 變壓器結(jié)構(gòu)



圖3 反激電源EMI傳導(dǎo)分析模型(無散熱器)


由反激電源EMI傳導(dǎo)分析模型可知:

  • Q1、D2、D3為開關(guān)干擾源,dV/dt、di/dt變化顯著;

  • 變壓器寄生電容Csp、Csa、Cssh、Csc為共模噪聲提供通路;由于屏蔽繞組及磁芯接初級參考地,寄生電容Cpc、Cpsh、Cash已轉(zhuǎn)化為差模干擾回路,EMI影響忽略;

  • 由于干擾源(Q1、D2、D3)流過寄生電容(Csp、Csa、Cssh、Csc)的電流方向不一致,可調(diào)整變壓器結(jié)構(gòu)使得合成共模電流小。



變壓器優(yōu)化設(shè)計方法




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相比差模噪聲,由于共模噪聲頻段寬(1M-1GHz)且濾波器衰減作用有限,因此反激變壓器EMI設(shè)計以減小共模噪聲為主。反激電源的共模噪聲分析模型如圖4所示,根據(jù)示波器測量的平臺電壓幅值優(yōu)化變壓器結(jié)構(gòu)及屏蔽圈數(shù),直至干擾平臺電壓幅值在2V以內(nèi)。


圖4 反激電源共模噪聲分析模型


我們以PN8370 12V1A適配器為例說明共模噪聲與傳導(dǎo)的關(guān)系,變壓器初級:0.21mm*102Ts;屏蔽:0.21mm*12Ts;輔助:0.21mm*12Ts;次級:0.5mm*10Ts。共模噪聲與傳導(dǎo)測試結(jié)果如圖5所示。


圖5 共模噪聲與傳導(dǎo)測試結(jié)果1


屏蔽圈數(shù)由12Ts調(diào)整至15Ts,共模噪聲與傳導(dǎo)測試結(jié)果如圖6所示。


圖6 共模噪聲與傳導(dǎo)測試結(jié)果2


由實驗結(jié)果可見,共模噪聲與傳導(dǎo)有著密切關(guān)系,根據(jù)工程經(jīng)驗:合理PCB布線,共模平臺干擾電壓控制在2V以內(nèi),為傳導(dǎo)達標的充分條件,輻射達標的必要條件。



EMI濾波器選取




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A.   輸入濾波器選取如圖7所示:

(a)適應(yīng)于無接地要求18W以內(nèi)反激電源


(b)適應(yīng)于有接地要求18W以內(nèi)反激電源



(c)適應(yīng)于18W以上反激電源

圖7 典型輸入EMI濾波器


B.   Y電容的選?。?/strong>

  • Y電容容量遠大于變壓器寄生電容,可將流過變壓器共模電流旁路為差模電流,改善EMI;

  • Y電容容量會影響輻射及漏電流,需滿足EMI及安規(guī)要求。

  • Y電容回路為輻射干擾源之一,應(yīng)盡量縮短,并與初級信號回路分開,以免EMS能力降低。



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