前面有关EMI专题文章中也提到过一些关于EMI的相关知识EMI知识点和相关整改措施EMC整改建议,本文主要是介绍最常见的反激变换器的相关EMI最优设计,从最基本的原理入手,了解其设计思路。
图1 与变压器结构相关的绕组间电容
对于许多设计人员来说,反激式转换器仍然是不良 EMI 特征的代名词。 EMI 有多种原因,其中一个主要因素是反激变压器。 它的绕组承载高频开关电流,使其成为 H 场(磁场)天线。 它的一些绕组在远高于开关频率的频率下产生振铃电压,使变压器也成为电场(电场)天线。 绕组间电容——特别是初级到次级的寄生电容——可以使变压器成为共模传导发射发生器,如图 1所示。 其他值得注意的 EMI 来源是 MOSFET 漏极印刷电路板 (PCB) 走线、捕捉二极管 (与次级绕组串联)、PCB 走线回路和一般 PCB 布局。
图2 绕组布置可以减少绕组间电容的影响
变压器绕组间电容受两个绕组彼此接近程度的影响。 由于绕组两端的电压不均匀,因此有效电容通常略小于计算出的物理电容。 必须始终考虑电压梯度效应。 电容器“板”面对部分的交流电压的平均值决定了存储的电荷,从而决定了有效容量(见图 1 和 2)。
以与初级 MOSFET 相同的接地电位为参考的静电屏蔽可以中和这个共模电容,迫使任何共模电流通过本地路径返回初级电路。
图3 反激式变压器中心间隙的边缘磁通
以下是在使用反激式拓扑时有助于将 EMI 降至最低的标准技术列表:
• 变压器应该是中心间隙的,因为来自暴露气隙的边缘场会成为强大的 EMI 来源。 如前所述,这意味着与最靠近中心间隙的绕组匝中的边缘磁通感应电流相关的额外损耗(见图 3)。
• 如果初级绕组位于多层上,则应从绕组末端开始缠绕(连接到印刷电路上的 MOSFET 漏极),以便外层屏蔽来自漏极电压激励的 E 场。 这也有助于降低与电压梯度效应相关的绕组间电容效应(见图 2)。
• 反激式转换器是输入和输出纹波电流的强大来源。 在反激变压器的输入和输出端使用高频、低阻抗电容器,并结合其他类型的电容器和滤波器。 最小化快速 dI/dt 电流路径的环路面积。 使用环形磁芯电感作为输出滤波器; 避免使用棒状电感器,因为它们的开芯形状会产生 H 场。
• 注意捕捉二极管的反向恢复特性,它可能是 H 场发射的来源。 正向恢复如果太慢,会延迟过渡时间并增加电场发射。 肖特基二极管虽然没有反向恢复问题,但由于其寄生并联电容,会引入寄生电感谐振。 必要时,在钳位二极管两端放置一个 RC 缓冲器。
• 初级 MOSFET 的开启(但不是关闭)应该比二极管的反向恢复时间慢。
• 应仔细进行PCB 布局以将EMI 降至最低。