最近没事浏览了一下PI公司官网,发现了很多有意思的东西,在这里分享一下心得。看了PI的产品以及规格书,不得不说在小功率范围电源,PI的确是一直被模仿,从未被超越!
先来看一下PI的无Y电容变压器结构【手机充电器】
下图是变压器具体绕制方式
其中:实心黑点圈为绕制时的起点,空心点为骨架换方向后绕制时的起点。
那这个变压器为啥就不需要用到Y电容呢?我们来分析一下。
首先对于传导而言,主要是抑制高频共模噪声,传导路径就是:
变压器初级-变压器分布电容-变压器次级-Y电容-变压器初级。
如果没有Y电容,呢么传导路径就变成:
变压器初级-变压器分布电容-变压器次级-空间对地电容-大地-LISN-初级。
靠近变压器增加Y电容:
加了Y电容后共模电流环路被限制在PCB板上环路的面积小电磁发射能力低,不加Y电容的共模电流环路要经由空气-大地-空气再回到PCB板上,这个环路的面积大电磁发射能力强也就是电磁辐射比较大。
好像描述不那么清晰- =,那我们先来看看干扰测试的过程:
辐射干扰的测试在专门的屏蔽室中进行,待测试的设备放在转台上,天线分别放在水平和垂直的位置上下移动扫描,检测到信号送到接收机进行分析。
辐射干扰的测试包括电场发射和磁场发射,电场发射由du/dt产生,磁场发射由di/dt产生。注意:空间电容是电场发射的通道,共模电流可以产生相当大的电场发射。
电场发射示意图:
初级绕组电压变化的幅值大,对于电场发射起主导作用。磁芯也是一个电场发射源。在系统的PCB底层铺铜皮或额处加一块铜皮或单面板,可以有效的减小电场发射和共模电流。有个时候铜箔也以用屏蔽绕组,但是效果可能没有铜箔好。
增加铜箔能够减小电场发射
高di/dt 的环路通过环路的寄生电感产生磁场发射,次级侧的电流变化幅值大,对于磁场发射的起主导作用。磁场发射形成的方向符合右手定则。
由电流产生的发射磁场:
高di/dt环路的寄生电感随环路面积增大而增大,因此磁场发射对于PCB的设计非常关键。次级侧的电流环面积要尽量的小,布线要尽量的短粗。
变压器的杂散磁场也是一个磁场发射源,其主要由变压器的气隙产生。E型磁芯在两侧开气隙时杂散磁场大,在中心柱开气隙时杂散的磁场小。在变压器的最外面包裹铜皮,铜皮两端短接,用导线连接到冷点,可以减小杂散的磁场。因为杂散磁场在铜皮中产生涡流,涡流反过来产生磁场阻碍变压器杂散磁通的外泄。输出棒状及鼓状的差模电感如同一个天线产生大的磁场发射。
输出线也是一个磁场的发射途径:
注意:手机充电器要带长的输出线(1.8m)进行测试,长的输出导线也如同一个天线,并将共模电流放大,从而形成较大的共模电场辐射,这种辐射只有通过上面变压器的结构进行抑止,在没有频率拌动或频率调制的系统中,还得加输出共模电感。才能有效的减小在30~50M间的电场发射。
这里面还涉及到差模和共模噪声之间的相互转化,要想研究就很复杂,国外IEEE期刊上有不少研究可以去检索,本人涉猎较少,就不在这板门弄斧了。如果各位工程师需要讨论这方面,欢迎下方评论区留言~