如何表征電源變壓器的 EMI 性能

電源變壓器通常是隔離開關電源轉換器中共模噪聲的主要來源。為什么？因為在變壓器內部，隔離柵初級側和次級側的繞組非常接近（通常間隔小于 1 毫米），導致相鄰繞組之間存在顯著的寄生電容。

電源變壓器通常是隔離開關電源轉換器中共模噪聲的主要來源。為什么？因為在變壓器內部，隔離柵初級側和次級側的繞組非常接近（通常間隔小于 1 毫米），導致相鄰繞組之間存在顯著的寄生電容。
這些繞組上出現的電壓通常具有較大的交流電壓。例如，在圖1所示的反激式轉換器中，初級繞組連接到初級開關的漏極，該初級開關的電壓波形在許多頻率上具有大量交流內容。該交流電壓通過寄生電容從初級注入到次級的共模電流，這通常是許多電磁干擾 (EMI) 問題的根源。

    圖 1反激式電源變壓器產生的共模噪聲。資料德州儀器   

值得慶幸的是，屏蔽和共模平衡等變壓器設計技術可以限度地減少變壓器對 EMI 的影響，正如德州儀器 (TI) 電源設計研討會論文“反激式變壓器設計考慮效率和 EMI”中所討論的那樣。然而，檢查變壓器對 EMI 的影響以及如何優化變壓器結構可能非常困難且耗時。對于您想要測試的每個變壓器設計，您需要將變壓器焊接到 PCB 上，將電源轉換器放在 EMI 測試夾具上，然后運行掃描。如果變壓器的 EMI 性能不可接受，則需要將其從 PCB 上拆下，然后重試。
   
在本電源提示中，我將向您展示一種非常簡單的方法，可以在將變壓器焊接到電路板之前檢查變壓器的 EMI 性能。
   
僅使用函數發生器和示波器，您就可以模擬電路中變壓器的情況并測量變壓器的共模 EMI 特征。圖 2中的圖表顯示了如何為圖 1 中使用的變壓器配置此測量。請注意，該變壓器在初級上有兩個繞組（W P和 W AUX），在次級上有一個繞組（W S）。
首先，使用一根短電線將初級上的交流安靜節點連接在一起。交流安靜節點是變壓器上與電路中的初級接地相連的任何引腳，可以直接連接或通過電容器連接。在此示例中，引腳 2 和引腳 3 都是隔離柵初級側的交流安靜節點。如果您的變壓器次級有多個繞組，您還需要將所有次級安靜節點連接在一起，但不要將它們連接到初級安靜節點。

圖 2變壓器 CMRR 測試設置，使用一根短電線將初級和次級上的交流安靜節點連接在一起，并在初級繞組上施加一個小正弦波，以測量初級和次級交流安靜之間感應的電壓之間的比率節點和函數發生器注入的電壓（CMRR）。資料德州儀器

接下來，使用函數發生器在變壓器的初級繞組上施加一個小的正弦波。這模仿了初級繞組電壓，但現在您正在使用安全低電壓的單一頻率進行測試。信號的幅度并不重要，因為變壓器的寄生電容很大程度上與電壓幅度無關。
   
使用示波器的一個通道測量函數發生器注入的電壓。使用另一個通道，測量初級和次級交流安靜節點之間感應的電壓。這兩個信號的比率本質上是共模抑制比 (CMRR)，表明電源變壓器在該頻率下對共模噪聲的影響有多大。