1.5减小反激式变压器的EMI性能

大家好，我叫李思聪

是德州仪器 ACDC 小功率产品线的市场工程师

我要介绍的主题是如何优化变压器的设计

来改进反激式变换器的效率和 EMI 性能

今天介绍最后一部分的内容

即反激式变压器的 EMI 及减少方法

这边要分析的 EMI 问题主要指共模噪声的问题

在分析之前先做两个假设

首先由于 Cb 的电容值很大

所以呢在高频情况下容抗很小

所以可以等效为短路

那么主功率开关管两端的电压

实际上就是加到了变压器初级绕组两端的电压

那么另外一个是输出电压的参考点

在不同的运用连接的方式不一样

有些运用会连接到了大地

有些运用会悬空

那么如果是悬空的话

可以等效为这个参考点

接了一个很小的分布电容到大地

那么在这里我们假设这个参考点

是接到了大地

由于主开关管工作在快速的开通和关断状态

所以在其两端就会产生很大的电压跳变

也就是 dv/dt ,那么当这个 dv/dt 加到了

变压器初级绕组时在这个变压器初次级绕组之间

分布电容上就会产生了位移电流

这个位移电流通过大地的时候

就形成了共模噪声

通常来说要减少这个共模噪声

就要减少这个分布电容

减小漏感就会增大这个分布电容

从而会恶化这个共模噪声

在绕组间加屏蔽是减少共模噪声的常用方法

也就是在初次级绕组之间加一个屏蔽铜箔

并电气连接到了初级侧的近电位点

也就是输入电压的负极

或者输入电压的正极

那么屏蔽层的作用是把

从初级绕组流到次级绕组的位移电流

排入到这个初级侧

那么这样可以减小

从变压器初级流到次级的这个位移电流

也就是共模噪声

那么这边要加的屏蔽铜箔层要尽量的比较薄

那么可以减少涡流损耗

另外屏蔽层的电气连接点连接位置不同

其作用也不一样

通常的方法是把它放到了中心点

如这个图所示

理论上还可以通过增加一个辅助绕组

来抵消初级绕组产生的共模噪声

如图所示

但是呢这种方法要保证

两个绕组对次级绕组的分布电容要一样

这样才能达到抵消的作用

那么实际生产时很难保证这种一致性

还可以通过组合抵消绕组

和屏蔽层的方式来平衡共模噪声

一方面这个屏蔽层

屏蔽了从初级绕组流到次级绕组的这个共模噪声

另外一方面由于这个屏蔽层

连接到了这个抵消绕组上

所以呢它是一个跳变的电压

那么用这个跳变电压可以抵消

次级绕组产生的共模噪声

这种方法在实际应用中重复性比较好

这边用一个优化设计后的变压器为例子

来说明这种方法

这个变压器的初次级绕组是用三明治的方法绕制的

初级绕组共有四层

均匀的分为两部分

而次级绕组只有六匝

一层均匀的分布到了窗口中

NB1 是辅助电源的这个绕组

NB2 是共模抵消的绕组

那么 NB2 的一端接到 NB1

另外一端是悬空的

那么 NB1 跟 NB2 总的匝数也是6匝

那么它们是一层均匀的分布

且加到了初级绕组跟次级绕组的下面这个交界面中间

那么 NB1 跟 NB2 这个绕组它的作用是

一方面屏蔽了这个下面这部分初级绕组

对次级绕组产生的这个共模噪声

另外一方面它抵消了次级绕组产生的共模噪声

同样的一个屏蔽层被加到了上面这个次级

初级绕组与次级绕组之间的这个交界面

那么它的作用一方面是

屏蔽了上半部分这个初级绕组

对次级绕组产生的共模噪声

另外一方面由于这个屏蔽层

被加到了 NB1 的这个3匝的地方

那么这个屏蔽层相当于一个跳变的一个电压

那么它的平均电压

跟这个次级绕组的平均电压是相同的

所以另外一方面它抵消了

这个次级绕组产生这个共模噪声

这里还设计了一个低成本的变压器

初次级绕组是用普通的方法绕制

辅助电源的绕组被放置在了初次级绕组之间

但是没有优化它这个抵消的这个效果

前面设计的两个变压器被放置到

同1块 65W 的电源板上

那么仅仅改变这个变压器

EMI 的这个测量结果被放到了这个图上

那么从这边图上可以看到

这个 EMI 的这个差异

相差了 26dB，那么可见变压器

绕组结构的优化设计对 EMI 影响是非常大的

谢谢大家

大家好，我叫李思聪

是德州仪器 ACDC 小功率产品线的市场工程师

我要介绍的主题是如何优化变压器的设计

来改进反激式变换器的效率和 EMI 性能

今天介绍最后一部分的内容

即反激式变压器的 EMI 及减少方法

这边要分析的 EMI 问题主要指共模噪声的问题

在分析之前先做两个假设

首先由于 Cb 的电容值很大

所以呢在高频情况下容抗很小

所以可以等效为短路

那么主功率开关管两端的电压

实际上就是加到了变压器初级绕组两端的电压

那么另外一个是输出电压的参考点

在不同的运用连接的方式不一样

有些运用会连接到了大地

有些运用会悬空

那么如果是悬空的话

可以等效为这个参考点

接了一个很小的分布电容到大地

那么在这里我们假设这个参考点

是接到了大地

由于主开关管工作在快速的开通和关断状态

所以在其两端就会产生很大的电压跳变

也就是 dv/dt ,那么当这个 dv/dt 加到了

变压器初级绕组时在这个变压器初次级绕组之间

分布电容上就会产生了位移电流

这个位移电流通过大地的时候

就形成了共模噪声

通常来说要减少这个共模噪声

就要减少这个分布电容

减小漏感就会增大这个分布电容

从而会恶化这个共模噪声

在绕组间加屏蔽是减少共模噪声的常用方法

也就是在初次级绕组之间加一个屏蔽铜箔

并电气连接到了初级侧的近电位点

也就是输入电压的负极

或者输入电压的正极

那么屏蔽层的作用是把

从初级绕组流到次级绕组的位移电流

排入到这个初级侧

那么这样可以减小

从变压器初级流到次级的这个位移电流

也就是共模噪声

那么这边要加的屏蔽铜箔层要尽量的比较薄

那么可以减少涡流损耗

另外屏蔽层的电气连接点连接位置不同

其作用也不一样

通常的方法是把它放到了中心点

如这个图所示

理论上还可以通过增加一个辅助绕组

来抵消初级绕组产生的共模噪声

如图所示

但是呢这种方法要保证

两个绕组对次级绕组的分布电容要一样

这样才能达到抵消的作用

那么实际生产时很难保证这种一致性

还可以通过组合抵消绕组

和屏蔽层的方式来平衡共模噪声

一方面这个屏蔽层

屏蔽了从初级绕组流到次级绕组的这个共模噪声

另外一方面由于这个屏蔽层

连接到了这个抵消绕组上

所以呢它是一个跳变的电压

那么用这个跳变电压可以抵消

次级绕组产生的共模噪声

这种方法在实际应用中重复性比较好

这边用一个优化设计后的变压器为例子

来说明这种方法

这个变压器的初次级绕组是用三明治的方法绕制的

初级绕组共有四层

均匀的分为两部分

而次级绕组只有六匝

一层均匀的分布到了窗口中

NB1 是辅助电源的这个绕组

NB2 是共模抵消的绕组

那么 NB2 的一端接到 NB1

另外一端是悬空的

那么 NB1 跟 NB2 总的匝数也是6匝

那么它们是一层均匀的分布

且加到了初级绕组跟次级绕组的下面这个交界面中间

那么 NB1 跟 NB2 这个绕组它的作用是

一方面屏蔽了这个下面这部分初级绕组

对次级绕组产生的这个共模噪声

另外一方面它抵消了次级绕组产生的共模噪声

同样的一个屏蔽层被加到了上面这个次级

初级绕组与次级绕组之间的这个交界面

那么它的作用一方面是

屏蔽了上半部分这个初级绕组

对次级绕组产生的共模噪声

另外一方面由于这个屏蔽层

被加到了 NB1 的这个3匝的地方

那么这个屏蔽层相当于一个跳变的一个电压

那么它的平均电压

跟这个次级绕组的平均电压是相同的

所以另外一方面它抵消了

这个次级绕组产生这个共模噪声

这里还设计了一个低成本的变压器

初次级绕组是用普通的方法绕制

辅助电源的绕组被放置在了初次级绕组之间

但是没有优化它这个抵消的这个效果

前面设计的两个变压器被放置到

同1块 65W 的电源板上

那么仅仅改变这个变压器

EMI 的这个测量结果被放到了这个图上

那么从这边图上可以看到

这个 EMI 的这个差异

相差了 26dB，那么可见变压器

绕组结构的优化设计对 EMI 影响是非常大的

谢谢大家