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開關(guān)電源變壓器設(shè)計,EMI噪聲低到讓你不信!

發(fā)布時間:2015-09-02 責(zé)任編輯:sherry

【導(dǎo)讀】在開關(guān)電源設(shè)計中,功率變壓器的設(shè)計極為關(guān)鍵,尤其是工作頻率提高后,要達到電源的功率密度盡量高,同時要滿足較好的EMC指標(biāo)有一定的難度。下面介紹一種變壓器設(shè)計方法,可大大改善開關(guān)電源的EMI噪聲。
 
由于一次側(cè)和二次側(cè)繞組間寄生電容的存在,變壓器“開關(guān)”時,在分界處存在dV/dt,將“靜默層”布置在絕緣膠帶的兩側(cè),即一次側(cè)和Vin相連的一端,二次側(cè)和地相連的一端,分別布置在絕緣膠帶兩側(cè),可以減小分界處寄生電容的dV/dt。由于場效應(yīng)管的漏極電壓是波動的,將其繞為骨架的第一層,這樣外層可屏蔽內(nèi)層發(fā)射的電磁場。圖1和圖2給出了兩種低噪聲的繞線技術(shù),可應(yīng)用在典型的反激變換器變壓器中。
兩種低噪聲的繞線技術(shù)
方法一:如圖1所示,二次側(cè)繞組與二極管連接的末端必須緊鄰絕緣膠帶,因此絕緣膠帶的兩端將有一定大小的dV/dt,但該dV/dt比一次側(cè)繞組的漏極相連端與絕緣膠帶相鄰時小得多。此變壓器的優(yōu)點是二次側(cè)繞組的“靜默端”位于最外層,它本身就能很好的屏蔽變壓器的輻射。
兩種低噪聲的繞線技術(shù)
方法二:如圖2所示,使兩個靜默端與絕緣膠帶相鄰,此變壓器的優(yōu)點是穿越邊界的共模噪聲減小,但變壓器的外部噪聲比較大,需要在外部繞上銅皮屏蔽(即法拉第屏蔽)。
兩種低噪聲的繞線技術(shù)
在變壓器骨架窗口裕量充足的情況下,通常還需要在變壓器內(nèi)部一次側(cè)和二次側(cè)之間使用銅皮“隔離”,從而屏蔽繞組產(chǎn)生的噪聲。如果窗口裕量不是很充分,可以考慮將一次側(cè)的IC供電繞組作為法拉第屏蔽。如圖3所示,繞組的兩端均交流耦合至一次側(cè)地,使一次側(cè)主繞組發(fā)射的容性噪聲減小,因此傳導(dǎo)至二次側(cè)的共模噪聲大大減小。使用法拉第屏蔽的缺點是漏感大大增加,從而降低了效率。所以我們在反激變換器變壓器內(nèi)部一般不使用任何常規(guī)的屏蔽,但經(jīng)常使用法拉第屏蔽。
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在為客戶設(shè)計定制產(chǎn)品時,客戶要求在不加外圍輔助電路的情況下,要求傳導(dǎo)過CLASS B,根據(jù)方法一,在結(jié)合使用傳統(tǒng)的“三明治繞法”不僅解決了傳導(dǎo)的問題,還解決了只用方法一帶來的變壓器漏感大的問題,從而提高了電源的穩(wěn)定性,也達到了客戶的要求。該定制產(chǎn)品繞線順序如表1所示,傳導(dǎo)結(jié)果如圖4所示,峰值最少有20dB的裕量,平均值也有10dB的裕量。
兩種低噪聲的繞線技術(shù)
對于帶變壓器拓撲結(jié)構(gòu)的開關(guān)電源來說,變壓器的電磁兼容性(EMC)設(shè)計對整個開關(guān)電源的EMC水平影響較大。通常情況下,加裝電源線濾波器是抑制傳導(dǎo)EMI的必要措施。但是,僅僅依靠電源輸入端的濾波器來抑制干擾往往會導(dǎo)致濾波器中元件的電感量增加和電容量增大。而電感量的增加使體積增加、電容量的增大受到漏電流安全標(biāo)準(zhǔn)的限制。本文提出了新的變壓器設(shè)計方法。 不僅能減少電源線濾波器的體積,對傳導(dǎo)電磁干擾(EMI)的抑制能力更強,且能降低變壓器的制作成本和工藝復(fù)雜程度。
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