電源工程師們都知道,在開(kāi)關(guān)電源中,EMI產(chǎn)生的根本原因在于存在著(zhù)電流、電壓的高頻急劇變化,其通過(guò)導線(xiàn)的傳導,以及電感、電容的耦合形成傳導EMI。同而電流、電壓的變化必定伴有磁場(chǎng)、電場(chǎng)的變化,由此也就導致了輻射EMI。所謂EMI就是電磁兼容,是電子設備或系統在電磁環(huán)境下能正常工作,且不對該環(huán)境中任何事物構成不能承受的電磁騷擾的能力。所有拓撲形式的開(kāi)關(guān)電源都有電磁干擾的問(wèn)題。目前克服電磁干擾的技術(shù)手段主要有:在電源的輸入、輸出端設置無(wú)源或有源濾波器,設置屏蔽外殼并接地,采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)和變頻控制技術(shù)等。本文就將解析變壓器中共模傳導EMI的產(chǎn)生,以及變壓器中不同的屏蔽層設置方式對共模傳導EMI的抑制。
高頻變壓器中傳導EMI的產(chǎn)生
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,變壓器一次側電流逐漸增加,磁芯儲能也隨之增加。當開(kāi)關(guān)管關(guān)斷后,二次側整流二極管導通,變壓器儲能被耦合到二次側,給負載供電。
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(xiàn)性阻抗穩定網(wǎng)絡(luò ),用于線(xiàn)路傳導干擾的測量。干擾信號通過(guò)導線(xiàn)、寄生電容等傳遞到變換器的輸入、輸出端,形成了傳導干擾。變壓器的各繞組之間也存在著(zhù)大量的寄生電容,如圖3所示。圖3中,A、B、C、D4點(diǎn)與圖1中標識的 4點(diǎn)相對應。
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,變換器工作于連續模式時(shí),開(kāi)關(guān)管VT導通后,B點(diǎn)電位低于A(yíng)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、機殼之間存在著(zhù)分布電容,便產(chǎn)生了在輸入端與大地、機殼所構成回路之間流動(dòng)的共模傳導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)生了在一次側與二次側之間流動(dòng)的共模傳導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(xiàn)性阻抗穩定網(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EMI的流通回路