电源适配器传导设计

原创韬略科技EMC 2021-10-09 17:15

TI MCU方案：能源基础设施实时控制 如何增强能源基础设施的实时控制？

一传导干扰概念

传导干扰主要评估输入和输出线上流过的干扰噪声，测试的方法见图1所示。待测试的设备EUT通过阻抗匹配网络LISN 连接到干净的交流电源上。

图1: LISN 及EUT测试

（一）LISN的作用如下

1.隔离待测试设备EUT和交流输入电源，滤除由输入电源线引入的噪声及干扰。

2.EUT产生的干扰噪声依次通过LISN内部的高通滤波器和50 Ω电阻，在50 Ω电阻上得到相应的信号值送到接收机进行分析。

（二）测试原理分析

传导干扰来源于差模电流噪声和共模电流噪声，这两种类型的噪声干扰如下图所示：

图2: 差模电流和共模电流

1.差模电流在两根输入电源线间反方向流动，两者相互构成电流回路，即一根作为差模电流的源线，一根作为差模电流的回线。

2.共模电流在两根输入电源线上同方向流动，它们分别与大地构成电流回路，即同时作为共模电流的源线或回线。

二噪声产生原因及解决措施

（一）共模电流

1.共模电流产生原因

共模电流在输入及输出线与大地间流动，其产生主要是功率器件高频工作时产生的电压的瞬态的变化。共模电流的产生主要有下面几部分：

① 通过MOSFET源级到大地的电容Cde。如果改进IC的设计，如对于单芯片电源芯片，将MOSFET源极连接到芯片基体用于散热，而不是用漏极进行散热，这样可以减小漏极对大地的寄生电容。PCB布线时减小漏极区铜皮的面积可减小漏极对大地的寄生电容，但要注意保证芯片的温度满足设计的要求。

②通过Cm 和Cme产生共模电流。

③ 通过Ca 和 Cme产生共模电流。

④ 通过Ct 和Coe产生共模电流。

⑤ 通过Cs 和Coe产生共模电流，这部分在共模电流中占主导作用。减小漏极电压的变化幅值及变化率可减小共模电流，如降低反射电压，加大漏源极电容，但这样会使MOSFET承受大的电流应力，其温度将增加，同时加大漏源极电容产生更大的磁场发射。

图3: 共模电流产生

2.解决方法

（1）增加Y电容

图4: Y电容作用

电压如果系统加了Y电容，由图4所示, 通过Cs的大部分的共模电流被Y 电容旁路，返回到初级的地，因为Y电容的值大于Coe。

Y电容必须直接并用尽量短的直线连接到初级和次级的冷点。作为一个规则，如果开通叶MOSFET的dV/dt大于关断时的值，Y电容连接到初级的地。反之连接到Vin。

强调：电压没有变化的点称为静点或冷点，电压变化的点称为动点或热点。初级的地和Vin都是冷点，对于辅助绕组和输出绕组，冷点可以通过二极管的位置进行调整。图18中，A，B和Vin为冷点，F， D，B和C为热点；而图5中，A，Vcc，Vin和Vo为冷点，D，F和G 为热点。

图5: 冷点位置

图6: 改变二极管后冷点位

（2）改变变压器的结构

去除Y电容无法有效的旁路共模电流，导到共模电流噪声过大，无法通过测试标准，设计的方法是改进变压器的结构。一般的法加利屏蔽方法不能使设备在无Y电容的情况下通过EMI的测试。由于MOSFET的漏极端的电压变化幅值大，主要针对这个部位进行设计。永远注意：电压的变化是产生差模及共模电流的主要原因，寄生电容是其流动的通道。

前面提到Cm和Cme及Cme和Ca也会产生共模电流，初级层间电容的电流一部分形成差模电流，有一部分也会形成共模电流，这也表明差模和共模电流可以相互的转换。

如果按图7结构安排冷点（蓝色点）和绕组，在没有Y电容时，基于电压改变的方向可以得到初级绕组与次级绕组及辅助绕组和次级绕组层间电容的电流的流动方向，初级绕组和辅助绕组的电流都流入次级绕组中。

图 7: 初级与次级绕组及辅助和次级绕组共模电流

图 8: 调整冷点后初级与次级绕组及辅助和次级绕组共模电流

调整冷点后如图 8 所示，可以看到，初级绕组与次级绕组及辅助绕组和次级绕组层间电容的电流的流动方向相同，可以相互抵消一部分流入次级绕组的共模电流，从而减小总体的共模电流的大小。

辅助绕组和次级绕组的整流二极管放置在下端，从而改变电压变化的方向，同时注意冷点要尽量的靠近，这样因为两者间没有电压的变化，所以不会产生共模电流。

进一步，如果在内层及初级绕组和次级绕组间放置铜皮，铜皮的宽度小于或等于初级绕组的宽度，铜皮的中点由导线引线到冷点，如图 9 所示，由于铜皮为冷点，与其接触的绕组和铜皮间电压的摆率降低，从而减小共模电流，同时将共模电流由铜皮旁路引入到冷点。注意铜皮的搭接处不能短路，用绝缘胶带隔开，内外层铜皮的方向要一致。