反激式開關電源的變壓器電磁兼容性設計

　　變壓器骨架最內層是前級繞組線圈的一半，與功率開關管的d極相連;中間層的線圈是次級繞組;最外層是前級繞組的另一半，與節點Uin相連。由于噪聲電流主要通過前后級線圈層之間的寄生電容耦合，把前、后級線圈方向相反的噪聲活躍節點成對地繞在內外層相對位置就能使大部分的噪聲電流相互抵消，大大降低了最終耦合到次級的噪聲電流的強度。

　　本 文討論的電路中還存在前級電路和次級電路的輔助電源，它們也是由繞在變壓器上的獨立線圈提供能量的。這兩級輔助線圈的存在給噪聲電流的傳播提供了額外的途 徑。輔助線圈是為了控制電路的供電設計的。盡管控制電路本身的功率很小，但它們的存在卻增大了電路對地的寄生電容，從而分擔了一部分把共模噪聲從活躍節點 耦合到地的工作。然而把這些繞組夾在前級線圈和次級線圈的繞組中間就能增大前后級繞組的距離，從而它們的層間寄生電容就減小了，噪聲電流就能相應減小。因 此，變壓器繞制的最終方法應如圖4所示。從內到外的線圈繞組依次是：前級繞組的一半、輔助繞組的一半、后級繞組、輔助繞組的另一半和前級繞組的另一半。

　　3、實驗部分

　　變壓器改進繞法對開關電源的傳導EMC性能提高的有效性可以通過實驗得到驗證。

　　3.1、實驗方法

　　實驗按照文獻[4]中的電壓法進行。頻段范圍為0.15～30 MHz;頻譜分析儀的檢波方式為準峰值檢波;測量帶寬為9 kHz;頻譜橫軸(頻率)取對數形式;噪聲信號的單位為dBμV[5]。

　　圖4、變壓器改進繞法細節

　　3.2、實驗結果

　　圖5為變壓器設計改進前后實驗樣品的傳導噪聲頻譜對比。

　　圖5、變壓器設計改進前后的噪聲頻譜

　　圖 5中的上下兩條平行折線分別為國際無線電干擾特別委員會(簡稱CISPR)頒布的CISPR22標準中b級要求的準峰值檢波限值和平均值檢波限值;而曲線 為開關電源的傳導噪聲頻譜。從實驗結果可以看出：與傳統方法相比，新方法有著更出色的對共模噪聲電流的抑制能力，尤其在中頻1～5MHz的頻段。在較低頻 段，電源線上的傳導干擾主要是差模電流引起的;而在中高頻段，共模電流起主要作用。而本文提出的方法對共模電流的抑制較強，實驗和理論是相符合的。在10 MHz以上的頻段，主要由電路中的其他寄生參數決定EMC性能，與變壓器關系不大。

　　4、結束語

　　開關電源電路中的噪聲活躍節點是電路中的共模噪聲源。要降低開關電源的傳導干擾水平，實際上是減小共模電流強度、增大噪聲源的對地阻抗。在傳統的隔離式EMC設計中，隔離層連接到電路中電位穩定的節點上(如：變壓器前級的負極)要比直接連到地線對EMI干擾的抑制更有效。

　　開關電源電路中的噪聲活躍節點通常都是成對存在的，這些成對節點之間的相位相反，利用這一特點活躍節點相位平衡繞法對EMI抑制的有效性高于傳統的隔離式設計。由于不需要添加隔離金屬層，變壓器的體積與成本都能被有效減小或降低。