一種反激式開關(guān)電源的變壓器電磁兼容性設(shè)計(jì)方法

　　變壓器骨架最內(nèi)層是前級繞組線圈的一半，與功率開關(guān)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(jié)點(diǎn)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(jié)點(diǎn)成對地繞在內(nèi)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(qiáng)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(dú)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(shè)計(jì)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(dān)了一部分把共模噪聲從活躍節(jié)點(diǎn) 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(yīng)減小。因 此，變壓器繞制的最終方法應(yīng)如圖4所示。從內(nèi)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(shí)驗(yàn)部分

　　變壓器改進(jìn)繞法對開關(guān)電源的傳導(dǎo)EMC性能提高的有效性可以通過實(shí)驗(yàn)得到驗(yàn)證。

　　3.1、實(shí)驗(yàn)方法

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

　　圖4、變壓器改進(jìn)繞法細(xì)節(jié)

　　3.2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　圖5為變壓器設(shè)計(jì)改進(jìn)前后實(shí)驗(yàn)樣品的傳導(dǎo)噪聲頻譜對比。

　　圖5、變壓器設(shè)計(jì)改進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)中b級要求的準(zhǔn)峰值檢波限值和平均值檢波限值;而曲線 為開關(guān)電源的傳導(dǎo)噪聲頻譜。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出：與傳統(tǒng)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(dǎo)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(qiáng)，實(shí)驗(yàn)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(shù)決定EMC性能，與變壓器關(guān)系不大。

　　4、結(jié)束語

　　開關(guān)電源電路中的噪聲活躍節(jié)點(diǎn)是電路中的共模噪聲源。要降低開關(guān)電源的傳導(dǎo)干擾水平，實(shí)際上是減小共模電流強(qiáng)度、增大噪聲源的對地阻抗。在傳統(tǒng)的隔離式EMC設(shè)計(jì)中，隔離層連接到電路中電位穩(wěn)定的節(jié)點(diǎn)上(如：變壓器前級的負(fù)極)要比直接連到地線對EMI干擾的抑制更有效。

　　開關(guān)電源電路中的噪聲活躍節(jié)點(diǎn)通常都是成對存在的，這些成對節(jié)點(diǎn)之間的相位相反，利用這一特點(diǎn)活躍節(jié)點(diǎn)相位平衡繞法對EMI抑制的有效性高于傳統(tǒng)的隔離式設(shè)計(jì)。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。