开关电源PCB的EMC优化设计方案

图1 半桥变换器示意图

开关电源PCB的EMC优化设计方案

图2 开关管对地电容形成的共模电流回路

隔离变压器是一种广泛使用的电源线干扰抑制措施。其基本作用是实现电路之间的电气隔离,解决由地线环路带来的设备间相互干扰。对于理想的变压器,它只能传送差模电流而不能传送共模电流,这是因为对于共模电流,它在理想变压器的两个端子之间的电位相同,因此不能在绕组上产生磁场,也就不能够有共模电流通路了,从而起到了抑制共模噪声的作用。

而实际的隔离变压器原边和副边之间有一个耦合电容CW,这个耦合电容是由于变压器的绕组之间存在非电介质和物理间隙所产生的,它为共模电流提供了一个通路。

如图2 所示,A 点是电路中电压变化最强的区域,它也是产生噪声的最强的区域。伴随着电路的高频开关工作,该点的高频电压通过变压器初次级之间的分布电容Cps、电源线对地线的阻抗、变压器次级印制线自身的阻抗、电感、电容等参数,而形成变压器的共模噪声路径。

普通隔离变压器对共模噪声有一定的抑制作用,但因绕组间分布电容使它对共模干扰的抑制效果随频率升高而下降。普通隔离变压器对共模干扰的抑制作用可用初次级间的分布电容和设备对地分布电容之比值来估算。通常初次级间的分布电容为几百pF,设备对地分布电容为几~ 几十nF,因而共模干扰的衰减值在10~20 倍左右,即20~30dB。为了提高隔离变压器对共模噪声的抑制能力,关键是要耦合电容小,为此,可以在变压器初次级间增设屏蔽层。屏蔽层对变压器的能量传输无不良影响,但影响绕组间的耦合电容。带屏蔽层的隔离变压器除了能抑制共模干扰外,利用屏蔽层还可以抑制差模干扰,具体做法是将变压器屏蔽层接至初级的中线端。对50Hz 工频信号来说,由于初级与屏蔽层构成的容抗很高,故仍能通过变压器效应传递到次级,而未被衰减。对频率较高的差模干扰,由于初级与屏蔽层之间的容抗变小,使这部分干扰经由分布电容及屏蔽层与初级中线端的连线直接返回电网,而不进入次级回路。

因此,对变压器的高频建模非常重要,特别是变压器的许多寄生参数,例如:漏感,原副边之间的分布电容等,它们对共模EMI 电平的高低有着显着的影响,必须加以考虑。实际中,可以使用阻抗测量设备对变压器的主要参数进行测量,从而获得这些参数并进行仿真分析。

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