多路输出反激式电源电磁兼容问题研究

3.2 减弱共模辐射耦合

参照图3，由式（2）可得，共模电流Icm1及Icm2的幅值与两电气节点①与②处dv/dt和对PE（安全地）的分布电容Cd1和Cd2的积成正比。图中节点①是MOS管漏极与变压器原边的连接点，节点②为变压器二次侧与输出二极管的连接点。共模电流辐射强度与共模电流围绕回路面积有关，也就是说，电磁辐射强度和电流环路面积成正比，这里环路面积用阴影面积表示。因此，减弱共模辐射耦合应从3个方面入手，即减小dv/dt；减小分布电容；减小共模电流环路面积。



节点①及②存在非常大的电压瞬变，因而在节点①及②处布线应当占用尽可能小的面积，以减小分布电容值。分布电容一般为pF级，因而在低频段（＜1MHz）其阻抗影响非常显著，需要滤波器对共模电流进行衰减，共模扼流圈电感值一般取10～100mH。

装在MOS管上的散热器由于表面积很大，其对节点①的分布电容必须考虑。由图4可知，采用屏蔽方法将铜箔夹在散热器和MOS管之间，使原有分布电容Ck变成相互串联的Ck1和Ck2，从而减小了分布电容。散热器和变压器磁芯同样存在电压瞬变，将散热器和磁芯屏蔽分别就近与节点③及④连接，用以抑制散热器和磁芯的电压瞬变，并缩短共模电流的耦合路径。



3.3 减弱公共阻抗传导耦合

减弱公共阻抗传导耦合，就是仔细布线以避免两电气回路的公共阻抗部分。其中尤为重要的是地线的铺设，要遵循“模拟部分地和数字部分地分开，功率部分地和控制部分地分开”的原则在实际铺设中采取了“星状地”形式，如图5所示，避免使用环形地。所谓“星状地”是指不同回路地单独走线，最后汇集到一点O。O点通常是去耦电容或者滤波电容的阴极。比如在控制芯片周围，驱动回路的地单独从控制芯片的去耦电容（O1点）出发，连接到输入端滤波电容处（O2点），而MOS管源极功率部分引线也直接接入O2点。电压和电流反馈信号的地线均单独接入星状点O1。



图5中L1及L2分别为电压反馈和电流反馈的地线接入端。Cd1为控制（驱动）电路的电源去耦电容，Cd0为输入滤波电容。

3.4 减弱外部电磁场干扰

设计合理的EMI滤波器。EMI滤波器除能衰减开关电源对电网的EMI之外，还能够衰减电网引进的部分瞬态干扰。需要强调的是，增加安全地(PE)对衰减共模电流，抑制外界瞬态干扰十分必要。

如图6所示，在交流进线端并联高频CBB电容Ca（2.2nF）和压敏电阻(VSR)对瞬态电压进行箝位。



除了对电路采取局部屏蔽措施外，在调试过程中还使用了整体屏蔽罩，以降低辅助电源子系统对外界的电磁辐射干扰。接入屏蔽罩的输入、输出引线（屏蔽线）应当尽量短，并且要妥善接地。

3.5 减弱电压瞬变和电流瞬变

从上述分析可知，EMI的强度都和dv/dt和di/dt成正比。而由变压器漏感和二极管反向恢复等引起的电压、电流的过冲和振铃相比开关周期非常的窄，会造成强的宽频的瞬态电磁噪声。因此，在实验过程中，有针对性地对电路各部分的电压、电流的过冲和振铃进行了抑制。

3.5.1 针对开关管

1）考虑减慢MOS管的开关速度，采取增大门极驱?电阻，减小驱动电流来实现。但是要注意适度，因为开关速度越慢，MOS管的开通时间、关断时间都相应延长，开关损耗随之增大，会造成开关管过热，使变流器效率降低。

2）采用RCD缓冲电路，吸收变压器原边漏感产生的尖峰，减小MOS管的应力，同时减小EMI。当开关管关断时，变压器漏感能量转移到电容C上来，然后由电阻R将这部分能量消耗。图7（a）及图7（b）分别为加入吸收电路前后开关管漏源电压波形，实验结果表明该电路可进一步吸收漏感Lp（线路寄生电感）和开关管结电容形成的电压尖峰。



3.5.2 针对变压器二次侧续流回路

在续流二极管D旁并联RC吸收电路，同时与续流二极管D串接可饱和磁芯电感Ls，如图8所示。可饱和磁芯线圈在通过正常电流时磁芯饱和，电感量很小，不会影响电路正常工作；一旦电流要反向流过时，磁芯线圈将产生很大的反电势，阻止反向电流的上升，因此，将它与二极管D串联就能有效地抑制二极管的反向浪涌电流。一种小型磁环，可以直接套在二极管的正极引线上，使用很方便。



图9（a）及图9（b）分别是续流电路采取相应措施前后的续流二极管电压波形，可见对抑制电压过冲效果明显。



3.5.3 针对变压器的漏感

在反激式拓扑中，可将变压器等效为理想变压器和原边激磁电感的并联。为了传送足够的功率，变压器必须添加气隙，以便在磁路中储存能量，因而磁漏一般都较大。在实际绕制变压器时，采取了三明治绕法以减小漏感。以其中一组变压器为例，最里一层为原边绕组，第二、三层是副边，最外一层仍是原边。这种绕法增强了原副边的耦合程度，减小了变压器漏感，这样可以减小开关管上的尖峰电压，由散热器回路产生的共模干扰也会大幅度降低。三明治绕法的缺点是原边绕组从内层到外层穿越了中间的副边绕组，在变压器中轴端侧绝缘性能大大降低，对于耐高压实验是不利的，因而多用在对绝缘性能要求不高的场合。