前面有關(guān)EMI專題文章中也提到過一些關(guān)于EMI的相關(guān)知識EMI知識點和相關(guān)整改措施EMC整改建議,本文主要是介紹最常見的反激變換器的相關(guān)EMI最優(yōu)設(shè)計,從最基本的原理入手,了解其設(shè)計思路。
圖1 與變壓器結(jié)構(gòu)相關(guān)的繞組間電容
對于許多設(shè)計人員來說,反激式轉(zhuǎn)換器仍然是不良 EMI 特征的代名詞。 EMI 有多種原因,其中一個主要因素是反激變壓器。 它的繞組承載高頻開關(guān)電流,使其成為 H 場(磁場)天線。 它的一些繞組在遠高于開關(guān)頻率的頻率下產(chǎn)生振鈴電壓,使變壓器也成為電場(電場)天線。 繞組間電容——特別是初級到次級的寄生電容——可以使變壓器成為共模傳導發(fā)射發(fā)生器,如圖 1所示。 其他值得注意的 EMI 來源是 MOSFET 漏極印刷電路板 (PCB) 走線、捕捉二極管 (與次級繞組串聯(lián))、PCB 走線回路和一般 PCB 布局。
圖2 繞組布置可以減少繞組間電容的影響
變壓器繞組間電容受兩個繞組彼此接近程度的影響。 由于繞組兩端的電壓不均勻,因此有效電容通常略小于計算出的物理電容。 必須始終考慮電壓梯度效應。 電容器“板”面對部分的交流電壓的平均值決定了存儲的電荷,從而決定了有效容量(見圖 1 和 2)。
以與初級 MOSFET 相同的接地電位為參考的靜電屏蔽可以中和這個共模電容,迫使任何共模電流通過本地路徑返回初級電路。
圖3 反激式變壓器中心間隙的邊緣磁通
以下是在使用反激式拓撲時有助于將 EMI 降至最低的標準技術(shù)列表:
• 變壓器應該是中心間隙的,因為來自暴露氣隙的邊緣場會成為強大的 EMI 來源。 如前所述,這意味著與最靠近中心間隙的繞組匝中的邊緣磁通感應電流相關(guān)的額外損耗(見圖 3)。
• 如果初級繞組位于多層上,則應從繞組末端開始纏繞(連接到印刷電路上的 MOSFET 漏極),以便外層屏蔽來自漏極電壓激勵的 E 場。 這也有助于降低與電壓梯度效應相關(guān)的繞組間電容效應(見圖 2)。
• 反激式轉(zhuǎn)換器是輸入和輸出紋波電流的強大來源。 在反激變壓器的輸入和輸出端使用高頻、低阻抗電容器,并結(jié)合其他類型的電容器和濾波器。 最小化快速 dI/dt 電流路徑的環(huán)路面積。 使用環(huán)形磁芯電感作為輸出濾波器; 避免使用棒狀電感器,因為它們的開芯形狀會產(chǎn)生 H 場。
• 注意捕捉二極管的反向恢復特性,它可能是 H 場發(fā)射的來源。 正向恢復如果太慢,會延遲過渡時間并增加電場發(fā)射。 肖特基二極管雖然沒有反向恢復問題,但由于其寄生并聯(lián)電容,會引入寄生電感諧振。 必要時,在鉗位二極管兩端放置一個 RC 緩沖器。
• 初級 MOSFET 的開啟(但不是關(guān)閉)應該比二極管的反向恢復時間慢。
• 應仔細進行PCB 布局以將EMI 降至最低。