高頻變壓器中共模傳導(dǎo)EMI代表的是什么

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高頻變壓器中共模傳導(dǎo)EMI代表的是什么

一、高頻變壓器與EMI

高頻變壓器中傳導(dǎo)EMI產(chǎn)生機(jī)理以反激式變換器為例，其主電路如圖1所示。

開(kāi)關(guān)管開(kāi)通后，變壓器一次側(cè)電流逐漸增加，磁芯儲(chǔ)能也隨之增加。當(dāng)開(kāi)關(guān)管關(guān)斷后，二次側(cè)整流二極管導(dǎo)通，變壓器儲(chǔ)能被耦合到二次側(cè)，給負(fù)載供電。

圖1反激變換器

在開(kāi)關(guān)電源中，輸入整流后的電流為尖脈沖電流，開(kāi)關(guān)開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)變換器中電壓、電流變化率很高，這些波形中含有豐富的高頻諧波。另外，在主開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)過(guò)程和整流二極管反向恢復(fù)過(guò)程中，電路的寄生電感、電容會(huì)發(fā)生高頻振蕩，以上這些都是電磁干擾的來(lái)源。開(kāi)關(guān)電源中存在大量的分布電容，這些分布電容給電磁干擾的傳遞提供了通路，如圖2所示。圖2中，LISN為線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)，用于線路傳導(dǎo)干擾的測(cè)量。干擾信號(hào)通過(guò)導(dǎo)線、寄生電容等傳遞到變換器的輸入、輸出端，形成了傳導(dǎo)干擾。變壓器的各繞組之間也存在著大量的寄生電容，如圖3所示。圖3中，A、B、C、D4點(diǎn)與圖1中標(biāo)識(shí)的4點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。

圖2反激式開(kāi)關(guān)電源寄生電容典型的分布

圖3變壓器中寄生電容的分布

在圖1所示的反激式開(kāi)關(guān)電源中，變換器工作于連續(xù)模式時(shí)，開(kāi)關(guān)管VT導(dǎo)通后，B點(diǎn)電位低于A點(diǎn)，一次繞組匝間電容便會(huì)充電，充電電流由A流向B;VT關(guān)斷后，寄生電容反向充電，充電電流由B流向A。這樣，變壓器中便產(chǎn)生了差模傳導(dǎo)EMI。同時(shí)，電源元器件與大地之間的電位差也會(huì)產(chǎn)生高頻變化。由于元器件與大地、機(jī)殼之間存在著分布電容，便產(chǎn)生了在輸入端與大地、機(jī)殼所構(gòu)成回路之間流動(dòng)的共模傳導(dǎo)EMI電流。

具體到變壓器中，一次繞組與二次繞組之間的電位差也會(huì)產(chǎn)生高頻變化，通過(guò)寄生電容的耦合，從而產(chǎn)生了在一次側(cè)與二次側(cè)之間流動(dòng)的共模傳導(dǎo)EMI電流。交流等效回路及簡(jiǎn)化等效回路如圖4所示。圖4中：ZLISN為線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)的等效阻抗;CP為變壓器一次繞組與二次繞組間的寄生電容;ZG為大地不同點(diǎn)間的等效阻抗;CSG為輸出回路與地間的等效電容;Z為變壓器以外回路的等效阻抗。

圖4變壓器中共模傳導(dǎo)EMI的流通回路

二、變壓器中EMI代表的是什么
變壓器中EMI代表的是電磁干擾。
變壓器與EMI之間有如下的關(guān)系：
1.由于變壓器的線圈帶有高頻電流，因此變壓器實(shí)際上已成為接收磁場(chǎng)的天線。這些磁場(chǎng)會(huì)沖擊附近的走線，并通過(guò)這些走線將磁場(chǎng)傳導(dǎo)或輻射到密封的范圍以外；
2.由于部分線圈有交流電壓，因此實(shí)際上它們也成為接收電磁場(chǎng)的天線；
3.初級(jí)及次級(jí)線圈之間的寄生電容可以將噪聲傳送到絕緣層之外。由于次級(jí)線圈的接地通常都與底板連在一起，因此這些噪聲又會(huì)通過(guò)這個(gè)接地面?zhèn)魉突貋?lái)，成為共模噪聲。為了減少泄漏電感，將初級(jí)及次級(jí)線圈緊靠在一起，但這樣也會(huì)增加線圈的互感，從而增加共模噪聲
知識(shí)點(diǎn)延伸：
電磁干擾（Electromagnetic Interference，EMI）是干擾電纜信號(hào)并降低信號(hào)完好性的電子噪音，EMI通常由電磁輻射發(fā)生源如馬達(dá)和機(jī)器產(chǎn)生。電磁干擾是人們?cè)缇桶l(fā)現(xiàn)的電磁現(xiàn)象，它幾乎和電磁效應(yīng)的現(xiàn)象同時(shí)被發(fā)現(xiàn)。

三、開(kāi)關(guān)電源EMI設(shè)計(jì)
1.開(kāi)關(guān)電源的EMI源
開(kāi)關(guān)電源的EMI干擾源集中體現(xiàn)在功率開(kāi)關(guān)管、整流二極管、高頻變壓器等，外部環(huán)境對(duì)開(kāi)關(guān)電源的干擾主要來(lái)自電網(wǎng)的抖動(dòng)、雷擊、外界輻射等。
（1）功率開(kāi)關(guān)管
功率開(kāi)關(guān)管工作在On-Off快速循環(huán)轉(zhuǎn)換的狀態(tài)，DV/DT和DI/DT都在急劇變換，因此，功率開(kāi)關(guān)管既是電場(chǎng)耦合的主要干擾源，也是磁場(chǎng)耦合的主要干擾源。
（2）高頻變壓器
高頻變壓器的EMI來(lái)源集中體現(xiàn)在漏感對(duì)應(yīng)的di/dt快速循環(huán)變換，因此高頻變壓器是磁場(chǎng)耦合的重要干擾源。
（3）整流二極管
整流二極管的EMI來(lái)源集中體現(xiàn)在反向恢復(fù)特性上，反向恢復(fù)電流的斷續(xù)點(diǎn)會(huì)在電感（引線電感、雜散電感等）產(chǎn)生高dv/dt，從而導(dǎo)致強(qiáng)電磁干擾。
（4）PCB
準(zhǔn)確的說(shuō)，PCB是上述干擾源的耦合通道，PCB的優(yōu)劣，直接對(duì)應(yīng)著對(duì)上述EMI源抑制的好壞。
2.開(kāi)關(guān)電源EMI傳輸通道分類
（1）傳導(dǎo)干擾的傳輸通道
1）容性耦合
2）感性耦合
3）電阻耦合
a.公共電源內(nèi)阻產(chǎn)生的電阻傳導(dǎo)耦合；
b.公共地線阻抗產(chǎn)生的電阻傳導(dǎo)耦合；
c.公共線路阻抗產(chǎn)生的電阻傳導(dǎo)耦合；
（2）輻射干擾的傳輸通道
1）在開(kāi)關(guān)電源中，能構(gòu)成輻射干擾源的元器件和導(dǎo)線均可以被假設(shè)為天線，從而利用電偶極子和磁偶極子理論進(jìn)行分析；二極管、電容、功率開(kāi)關(guān)管可以假設(shè)為電偶極子，電感線圈可以假設(shè)為磁偶極子；
2）沒(méi)有屏蔽體時(shí)，電偶極子、磁偶極子，產(chǎn)生的電磁波傳輸通道為空氣（可以假設(shè)為自由空間）；
3）有屏蔽體時(shí)，考慮屏蔽體的縫隙和孔洞，按照泄漏場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析處理。
3.開(kāi)關(guān)電源EMI抑制的9大措施
在開(kāi)關(guān)電源中，電壓和電流的突變，即高DV/DT和DI/DT，是其EMI產(chǎn)生的主要原因。實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)電源的EMC設(shè)計(jì)技術(shù)措施主要基于以下兩點(diǎn)：
（1）盡量減小電源本身所產(chǎn)生的干擾源，利用抑制干擾的方法或產(chǎn)生干擾較小的元器件和電路，并進(jìn)行合理布局；
（2）通過(guò)接地、濾波、屏蔽等技術(shù)抑制電源的EMI以及提高電源的EMS。
分開(kāi)來(lái)講，9大措施分別是：
①減小DV/DT和DI/DT（降低其峰值、減緩其斜率）；
②壓敏電阻的合理應(yīng)用，以降低浪涌電壓；
③阻尼網(wǎng)絡(luò)抑制過(guò)沖
④采用軟恢復(fù)特性的二極管，以降低高頻段EMI
⑤有源功率因數(shù)校正，以及其他諧波校正技術(shù)
⑥采用合理設(shè)計(jì)的電源線濾波器
⑦合理的接地處理
⑧有效的屏蔽措施
⑨合理的PCB設(shè)計(jì)
4.高頻變壓器漏感的控制
高頻變壓器的漏感是功率開(kāi)關(guān)管關(guān)斷尖峰電壓產(chǎn)生的重要原因之一，因此，控制漏感成為解決高頻變壓器帶來(lái)的EMI首要面對(duì)的問(wèn)題。
減小高頻變壓器漏感兩個(gè)切入點(diǎn)：電氣設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)。
（1）選擇合適磁芯，降低漏感。漏感與原邊匝數(shù)平方成正比，減小匝數(shù)會(huì)顯著降低漏感。
（2）減小繞組間的絕緣層。現(xiàn)在有一種稱之為“黃金薄膜”的絕緣層，厚度20～100um，脈沖擊穿電壓可達(dá)幾千伏。
（3）增加繞組間耦合度，減小漏感。
5.高頻變壓器的屏蔽
為防止高頻變壓器的漏磁對(duì)周圍電路產(chǎn)生干擾，可采用屏蔽帶來(lái)屏蔽高頻變壓器的漏磁場(chǎng)。屏蔽帶一般由銅箔制作，繞在變壓器外部一周，并進(jìn)行接地，屏蔽帶相對(duì)于漏磁場(chǎng)來(lái)說(shuō)是一個(gè)短路環(huán)，從而抑制漏磁場(chǎng)更大范圍的泄漏。
高頻變壓器，磁心之間和繞組之間會(huì)發(fā)生相對(duì)位移，從而導(dǎo)致高頻變壓器在工作中產(chǎn)生噪聲（嘯叫、振動(dòng)）。為防止該噪聲，需要對(duì)變壓器采取加固措施：
（1）用環(huán)氧樹(shù)脂將磁心（例如EE、EI磁心）的三個(gè)接觸面進(jìn)行粘接，抑制相對(duì)位移的產(chǎn)生；
（2）用“玻璃珠”（Glass beads）膠合劑粘結(jié)磁心，效果更好。

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