無Y電容反激電源如何抑制EMI

在常用的開關(guān)電源設(shè)計中，為了抑制電磁干擾的共模噪音，通常會在原副邊之間跨接一個Y電容，通常Y電容容值越大對共模抑制越有好處，但安規(guī)標準卻對Y電容大小有一定要求，容值大，漏電流也會相應(yīng)增大。

目前針對手機充電器和小功率電源，去除Y電容對使用者的安全和成本的降低都很有意義。但是，去除Y電容也會帶來新的挑戰(zhàn)，主要是解決電磁干擾的問題。本文章從EMI的耦合傳播原理和變壓器繞法及結(jié)合示波器判斷同時結(jié)合實際案列為你深度解析降低EMI的辦法。

EMI噪聲源和耦合路勁的基本概念

圖1所示是離線反激變換器的傳導(dǎo)電磁干擾測量電路圖。測量中使用的是標準的傳導(dǎo)測量儀器LISN，由電感，電容以及兩個50ohm電阻組成。對于噪音來說，兩個電感呈現(xiàn)高阻抗，而兩個0.1uF電容呈現(xiàn)低阻抗。通過兩個電阻耦合到噪音電壓被算作傳導(dǎo)電磁干擾。VX是LINE EMI電壓，Vy是neutral side EMI電壓。

按照傳統(tǒng)理論，EMI噪音分為兩種模式：差模噪音DM noise和共模噪音COMMON noise。DM noise由脈動的開關(guān)電源耦合到電阻R1和R2。差模干擾耦合路徑如圖1中藍色點劃線所示。一般而言，差模干擾隨負載電流而變化。CM noise由功率管的開通關(guān)斷（通常而言是dv/dt）通過寄生電容CPS耦合到電阻R1和R2。共模噪音干擾噪音耦合路徑如圖1中紅色虛點所示。差模干擾和共模干擾可以通過EMI噪音分離測量，其中差模干擾電壓為兩個電壓差（Vx-Vy）.共模干擾電壓為兩個電壓平均值（VX+VY）/2。

2、針對無Y電容反激電源的傳導(dǎo)EMI主要措施

無Y電容反激電源應(yīng)用的典型電路圖如圖2所示。圖3所示是差模干擾和共模干擾在傳導(dǎo)EMI不同頻率段中產(chǎn)生影響的主要區(qū)域，其中差模干擾主要在2MHZ以內(nèi)，共模干擾主要住500KHZ以上。

2.1與DM和CM EMI相關(guān)的元器件

在常規(guī)應(yīng)用中，以下元件被用來抑制差模干擾：

π型濾波器，由電感和電容組成，通常被置于輸入整流橋后。

X電容，是常用的抑制差模干擾的手段

通常在13W以內(nèi)的反激變換器應(yīng)用中，基本用的都是L1，C1和C2組成了的π型濾波器就可以應(yīng)付EMI了，X電容可以省去。

與共模干擾相關(guān)的元器件：

Y電容，是最常用的抑制共模EMI干擾的方法。

共模CHOKE，有時用于輸入或輸出側(cè)以降低共模EMI。

鐵氧體磁珠或uH級的電感，加在輸入側(cè)的π型濾波器中用以減小高頻共模干擾EMI，同時對輻射也有抑制效果

RCD鉗位吸收電路以及次邊RC吸收電路同樣對共模干擾有抑制效果

變壓器繞指結(jié)構(gòu)，恰當?shù)睦@組結(jié)構(gòu)和屏蔽可以大幅度降低共模干擾。

在此小功率反激變換器應(yīng)用中，采用了鐵氧體磁珠（L2）,原邊RCD吸收電路（R7，C5，D6和R8），二次側(cè)RC吸收（R14，C6）以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化的變壓器以降低共模EMI干擾。

2.2變壓器設(shè)計中的共模噪聲抑制技術(shù)

圖4顯示了變壓器內(nèi)部的電荷分布結(jié)構(gòu)，其中Qps是原邊對二次側(cè)繞組的電荷分布。通過電荷分布Qps我們可以得到原邊對二次側(cè)的等效電容Cps，這就是我們通常所知的原邊對二次側(cè)的共模噪聲路徑。

首先，通過減小等效電容Cps，增加共模噪音路徑阻抗。簡單有效的方法就是將原邊繞組的動點遠離二次側(cè)繞組。如圖5中變壓器繞組結(jié)構(gòu)中線繞原邊繞組，從動點起繞，13W以內(nèi)的變壓器采用初級平均繞法（非三明治結(jié)構(gòu)），這樣可以有效減小原邊對二次側(cè)的位移電流，從而達到減小等效電容CpS，增加共模噪聲路徑阻抗，抑制共模噪音的效果。

其次，共模干擾噪聲平衡平衡抵消技術(shù)-采取合適的屏蔽措施使共模噪音平衡抵消。如圖6所示，增加合適的屏蔽后，進一步降低了等效電容Cps，并且還同時增加可二次側(cè)對原邊的等效電容CSP，該電容可以把二次側(cè)噪音再傳到初級側(cè)來（在這是不是覺得功效和Y電容有點像了？）從理論上講，只有這兩個等效電容上的電荷達到平衡，用數(shù)學公式表達則為|Cps*Vp-Csp*Vs|=0,則LISIN上應(yīng)該檢測不到共模噪聲，因為共模噪聲都以能量的形式在電源內(nèi)部循環(huán)了。幾種達到平衡抵消常用的方法在圖7中給出。

3、懸浮RC電壓波形-一種檢測共模噪聲的簡單方法

圖8所示是一種檢測共模噪聲的簡單有效的方法，即通過跨接在原副邊靜態(tài)點之間的RC懸浮電壓波形，其中Rcm=20K連接原邊靜態(tài)點，Ccm=1nF連接二次側(cè)靜態(tài)點。電阻Rcm上電壓波形的極性和幅度體現(xiàn)了共模噪音的抵消效果。當Rcm懸浮電壓波形和開關(guān)管Q1的開關(guān)波形VDS一致時,變壓器內(nèi)屏蔽銅皮越長，則Rcm電壓的幅度越??；當屏蔽銅皮繼續(xù)增加，則會導(dǎo)致Rcm電壓波形極性反相。為了使得Cps和Csp之間平衡并獲得共模噪聲抵消的效果，Rcm電壓在0-2V且極性反相最為恰當，如圖10所示。圖9,10和11對變壓器無屏蔽，屏蔽抵消恰當和屏蔽抵消過頭做了對比。結(jié)果顯示，無屏蔽盒屏蔽抵消過頭的傳導(dǎo)EMI都比較差。

除了銅皮屏蔽，繞組屏蔽也是一樣的，而且比較方便調(diào)試（增加幾圈或者減幾圈）