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EMI及無Y電容變壓器的設(shè)計(jì)在開關(guān)電源中，功率器件高頻導(dǎo)通/關(guān)斷的操作導(dǎo)致的電流和電壓的快速變化而產(chǎn)生較高的電壓及電流尖峰是產(chǎn)生EMI的主要原因。加緩沖吸收電路有利于降低EMI，但會產(chǎn)生過多的功耗，增加元件數(shù)量、PCB尺寸及系統(tǒng)成本。通常情況下，系統(tǒng)前端要加濾除器和Y電容，Y電容的存在會使輸入和輸出線間產(chǎn)生漏電流，具有Y電容的金屬殼手機(jī)充電器會讓使用者有觸電的危險(xiǎn)，因此，一些手機(jī)制造商開始采用無Y電容的充電器，然而，去除Y電容會給EMI的設(shè)計(jì)帶來困難，本文將介紹無Y電容的充電器變壓器補(bǔ)償設(shè)計(jì)方法。變壓器補(bǔ)償設(shè)計(jì)減小電壓和電流變化率及增加耦合通道阻抗是提高EMI性能的常用辦法，變壓器是另外一個(gè)噪聲源，而初級/次級的漏感及層間電容、初級和次級間的耦合電容則是噪聲的通道，初級或次級的層間電容可以通過減少繞組的層數(shù)來降低，增大變壓器骨架窗口的寬度可以減少繞組的層數(shù)。分離的繞組，如初級采用三明治繞法，可以減小初級的漏感，但由于增大了初級和次級的接觸面積，因而增大了初級和次級的耦合電容，采用銅皮的Faraday屏蔽可以減小初級與次級間的耦合電容。Faraday屏蔽層繞在初級與次級之間，并且要接到初級或次級的靜點(diǎn)，如初級地和次級地。Faraday屏蔽層會使初級和次級的耦合系統(tǒng)降低，從而增加了漏感。開關(guān)管的導(dǎo)通電流尖峰由三部分組成：（1）變壓器初級繞組的層間電容充電電流；（2）MOSFET漏-源極電容的放電電流；（3）工作在CCM模式的輸出二極管的方向恢復(fù)電流。導(dǎo)通電流尖峰不能通過輸入濾波的直流電解電容旁路，因?yàn)檩斎霝V波的直流電解電容有等效的串聯(lián)電感ESL和電阻ESR，產(chǎn)生的差模電流會在電源的兩根輸入線間流動，對于變壓器而言，初級繞組兩端所加的電壓高，繞組層數(shù)少，層間電容少，然而，在很多應(yīng)用中由于骨架窗口寬度的限制，以及為了保證合適的飽和電流，初級繞組通常用多層結(jié)構(gòu)，本設(shè)計(jì)針對4層的初級繞組結(jié)構(gòu)進(jìn)行討論。對于常規(guī)的4層初級繞組結(jié)構(gòu)，在開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷的過程中，層間的電流向同一個(gè)方面流動，在圖1中在開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，原極接到初級的地，B點(diǎn)電壓為0，A點(diǎn)電壓為Vin，基于電壓的變化方向，初級繞組層間電容中電流流動的方向向下，累積形成的差模電流值大。在功率器件關(guān)斷瞬間，MOSFET漏-源極電容充電變壓器初級繞組的層間電容放電，這兩部分電流也會形成差模電流，同樣，基于電壓的變化方向，初級繞組層間電容中的電流流動方向向上，累積形成的差模電流值大。差模電流可以通過差模濾波器濾除，差模濾波器為由電感和電容組成的二階低通濾波器。對于PCB設(shè)計(jì)而言，盡量減小高的di/dt環(huán)路并采用寬的布線有利于減小差模干擾，由于濾波器電感有雜散電容，高頻干擾噪聲可以由雜散電容旁路，使濾波器不能起到有效的作用，用幾個(gè)電解電容并聯(lián)可以減小ESL和ESR，在小功率充電器中，由于成本的壓力不會用X電容，因此，在交流整流后要加一級LC濾波器。如果對變壓器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，如圖1所示，通過補(bǔ)償?shù)姆绞娇梢詼p小差模電流。注意：初級繞組的熱點(diǎn)應(yīng)該埋在變壓器的最內(nèi)層，外層的繞組起到屏蔽的作用，同樣，基于電壓的變化方向，可以得到初級繞組層間電容的電流方向，由圖1所示可以看到，部分層間電流由于方向相反可以相互抵消，從而得到補(bǔ)償。共模電流在輸入及輸出線與大地間流動，主要有下面幾部分可通過MOSFET源級到大地的電容Cde。如果改進(jìn)IC的設(shè)計(jì)，如對于單芯片電源芯片，將MOSFET源極連接到芯片基極用于散熱，而不是用漏極進(jìn)行散熱，這樣可以減小漏極對大地的寄生電容，PCB布線時(shí)減小漏極區(qū)銅皮的面積可減小漏極對大地的寄生電容，但要注意保證芯片的溫度滿足設(shè)計(jì)的要求；通過Cm和Cme產(chǎn)生共模電流；通過Ca和Cme產(chǎn)生共模電流，通過Ct和Coe產(chǎn)生共模電流，通過Cs和Coe產(chǎn)生共模電流，這部分在共模電流中占主導(dǎo)作用，減小漏極電壓的變化幅值及變化率可減小共模電流，如降低反射電壓，加大漏-源極電容，但這樣會使MOSFET承受大的電流應(yīng)力，其溫度將增加，同時(shí)加大漏-源極電容，產(chǎn)生更強(qiáng)的磁場。如果系統(tǒng)加了Y電容，如圖2所示，通過Cs的大部分共模電流被Y電容旁路，返回到初級的地，因?yàn)閅電容的值大于Coe。Y電容必須直接并用盡量短的直線連接到初級和次級的冷點(diǎn)，如果導(dǎo)通時(shí)MOSFET的dV/dt大于關(guān)斷時(shí)的值，Y電容則連接到初級的地，反之連接到Vin。電壓沒有變化的點(diǎn)稱為靜點(diǎn)或冷點(diǎn)，電壓變化的點(diǎn)稱為動點(diǎn)或熱點(diǎn)，初級的地和Vin都是冷點(diǎn)，對于輔助繞組和輸出繞組，冷點(diǎn)可以通過二極管的位置進(jìn)行調(diào)整，圖2（b）中，A、B和Vin為冷點(diǎn)，F(xiàn)、D、B和C為熱點(diǎn)，而圖2（c）中，A、Vcc、Vin和Vo為冷點(diǎn)，D、F和G為熱點(diǎn)。去除Y電容無法有效地旁路共模電流，導(dǎo)致共模電流噪聲過大，無法通過測試，解決的方法是改進(jìn)變壓器的結(jié)構(gòu)，一般的屏蔽方法不能使設(shè)備在無Y電容的情況下通過EMI的測試，由于MOSFET漏極端的電壓變化幅值大，主要針對這個(gè)部位進(jìn)行設(shè)計(jì)，需要注意：電壓的變化是產(chǎn)生差模及共模電流的主要原因，寄生電容是其流動的通道，前面提到，Cm、Cme、Cme和Ca也會產(chǎn)生共模電流，初級層間電容的電流一部分形成差模電流，有一部分也會形成共模電流，這也表明差模和共模電流可以相互轉(zhuǎn)換。如果按結(jié)構(gòu)安排冷點(diǎn)和繞組，在沒有Y電容時(shí)，基于電壓改變的開關(guān)電源方向，可以得到初級與次級繞組及輔助繞組和次級繞組層間www.lenoer.com電容的電流方向，初級繞組和輔助繞組的電流都流入次級繞組中，調(diào)整冷點(diǎn)后如圖3（b）所示，可以看出，初級與次級繞組及輔助繞組和次級繞組層間電容的電流方向相同，可以相互抵消一部分流入次級繞組的共模電流，從而減小總體共模電流的大小，輔助繞組和次級繞組的整流二極管放置在下端，從而改變電壓變化的方向，同時(shí)，注意冷點(diǎn)要盡量靠近，因此兩者間沒有電壓的變化，所以不會產(chǎn)生共模電流。如果在內(nèi)層及初級、次級繞組間放置銅皮，銅皮的寬度小于或等于初級繞組的寬度，銅皮的中點(diǎn)由導(dǎo)線連到冷點(diǎn)，如3（c）所示，由于銅皮為冷點(diǎn)，與其接觸的繞組和銅皮間電壓的擺率降低，從而減小共模電流，同時(shí)將共模電流由銅皮旁路引入到冷點(diǎn)，注意銅皮的搭接處不能短路，用絕緣膠帶隔開，內(nèi)外層銅皮的方向要一致。輔助繞組和次級繞組的共模電流可以由以下方法補(bǔ)償：1）加輔助屏蔽繞組：輔助屏蔽繞組繞制方向與次級繞組保持一致，輔助屏蔽繞組與次級繞組的同名端連接到一起，并連接到冷點(diǎn)，輔助屏蔽繞組的另一端浮空。由于它們的電壓變化的方向相同，所以兩者間沒有電流流動，2）加外層的輔助屏蔽銅皮：輔助屏蔽銅皮的中點(diǎn)連接到輔助繞組的中點(diǎn)。同樣，基于電壓的變化方向分析電流的方向，可以看到，兩者間的電流形成環(huán)流，相互補(bǔ)償?shù)窒瑥亩档凸材ｋ娏鳌y試結(jié)果浮空電壓波形測量變壓器初級和次級靜點(diǎn)的電壓波形及變壓器磁芯的電壓波形，可以為EMI的傳導(dǎo)測試提供一些參考（見圖4）。常規(guī)結(jié)構(gòu)變壓器的初級和次級靜點(diǎn)電壓波形的幅值為10V，并且可以明顯地看到基于開關(guān)頻率的開關(guān)波形，新結(jié)構(gòu)變壓器的初級和次級靜點(diǎn)電壓波形的幅值為5V，基于開關(guān)頻率的開關(guān)波形不是很明顯，常規(guī)結(jié)構(gòu)的變壓器的磁芯電壓波形的幅值為18V，可以明顯地看出基于開關(guān)頻率的開關(guān)波形，新結(jié)構(gòu)的變壓器的磁芯電壓波形的幅值為5V，基于開關(guān)頻率的開關(guān)波形不是很明顯。傳導(dǎo)及輻射測量如圖5所示，從測試結(jié)果看，即使出除了Y電容，由于對變壓器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化補(bǔ)償，因此可以通過測試的要求。結(jié)語1、在變壓器內(nèi)部使用補(bǔ)償?shù)姆椒梢詼p小共模干擾電流，從而提高系統(tǒng)的EMI傳導(dǎo)性能，并可以去除Y電容。2、使用屏蔽繞組和銅皮是在變壓器內(nèi)部進(jìn)行補(bǔ)償?shù)挠行Х椒ā?、變壓器內(nèi)部補(bǔ)償對高頻輻射的影響不明顯。摘要：本文首先介紹了關(guān)于EMI常規(guī)知識以及在開關(guān)電源中使用的各種緩沖吸引電路。然后介紹了在EMI中和傳導(dǎo)相關(guān)的共模及差模電流產(chǎn)生的原理，靜點(diǎn)動點(diǎn)的概念，并詳細(xì)的說明了在變壓器的結(jié)構(gòu)中使用補(bǔ)償設(shè)計(jì)的方法。最后介紹了EMI的發(fā)射產(chǎn)生的機(jī)理和頻率抖動及共模電感的設(shè)計(jì)。目前，Y電容廣泛的應(yīng)用在開關(guān)電源中，但Y電容的存在使輸入和輸出線間產(chǎn)生漏電流。具有Y電容的金屬殼手機(jī)充電器會讓使用者有觸電的危險(xiǎn)，因此一些手機(jī)制造商目前開始采用無Y電容的充電器。然而摘除Y電容對EMI的設(shè)計(jì)帶來了困難。具有頻抖和頻率調(diào)制的脈寬調(diào)制器可以改善EMI的性能，但不能絕對的保證充電器通過EMI的測試，必須在電路和變壓器結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn)，才能使充電器滿足EMI的標(biāo)準(zhǔn)。1EMI常識在開關(guān)電源中，功率器件高頻開通關(guān)斷的操作導(dǎo)致電流和電壓的快速的變化是產(chǎn)生EMI的主要原因。在電路中的電感及寄生電感中快速的電流變化產(chǎn)生磁場從而產(chǎn)生較高的電壓尖峰：uL=LdiL/dt在電路中的電容及寄生電容中快速的電壓變化產(chǎn)生電場從而產(chǎn)生較高的電流尖峰:iC=CduC/dt圖1:Mosfet電壓電流波形 磁場和電場的噪聲與變化的電壓和電流及耦合通道如寄生的電感和電容直接相關(guān)。直觀的理解，減小電壓率du/dt和電流變化率di/dt及減小相應(yīng)的雜散電感和電容值可以減小由于上述磁場和電場產(chǎn)生的噪聲，從而減小EMI干擾。1.1減小電壓率du/dt和電流變化率di/dt減小電壓率du/dt和電流變化率di/dt可以通過以下的方法來實(shí)現(xiàn)：改變柵極的電阻值和增加緩沖吸引電路，如圖2和圖3所示。增加?xùn)艠O的電阻值可以降低開通時(shí)功率器件的電壓變化率。DR1R2圖2:柵極驅(qū)動電路圖3中，基本的RCD箝位電路用于抑止由于變壓器的初級漏感在開關(guān)管關(guān)斷過程中產(chǎn)生的電壓尖峰。L1，L2和L3可以降低高頻的電流的變化率。L1和L2只對特定的頻帶起作用。L3對于工作于CCM模式才有效。R1C1，R2C2，R3C3，R4C4和C5可以降低相應(yīng)的功率器件兩端的高頻電壓的變化率。所有的這些緩沖吸引電路都需要消耗一定功率，產(chǎn)生附加的功率損耗，降低系統(tǒng)的效率；同時(shí)也增加元件的數(shù)日和PCB的尺寸及系統(tǒng)的成本，因此要根據(jù)實(shí)際的需要選擇使用。圖3:緩沖吸引電路 1.2減小寄生的電感和電容值開關(guān)器件是噪聲源之一，其內(nèi)部引線的雜散電感及寄生電容也是噪聲耦合的通道，但是由于這些參數(shù)是器件固有的特性，電子設(shè)計(jì)和應(yīng)用工程師無法對它們進(jìn)行優(yōu)化。寄生電容包括漏源極電容和柵漏極的Miller電容。變壓器是另外一個(gè)噪聲源，而初級次級的漏感及初級的層間電容、次級的層間電容、初級和次級之間的耦合電容則是噪聲的通道。初級或次級的層間電容可以通過減小繞組的層數(shù)來降低，增大變壓器骨架窗口的寬度可在減小繞組的層數(shù)。分離的繞組如初級采用三明治繞法可以減小初級的漏感，但由于增大了初級和次級的接觸面積，因而增大了初級和次級的耦合電容。采用銅皮的Faraday屏蔽可以減小初級與次級間的耦合電容。Faraday屏蔽層繞在初級與次級之間，并且要接到初級或次級的靜點(diǎn)如初級地和次級地。Faraday屏蔽層使初級和次級的耦合系數(shù)降低，從而增加了漏感。2傳導(dǎo)干擾2.1LISNEMI測試由傳導(dǎo)干擾CE和輻射干擾RE組成，這兩種噪聲分開的檢測和評價(jià)。對于不同的應(yīng)用，不同的地區(qū)和國家都有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)對于頻段的寬度和限制值都作了十分明確的定義。例如對于手機(jī)充電器屬于FCC15/EN55022CLASSB，傳導(dǎo)干擾測量的頻率范圍為0.15MHz到30MHz，輻射干擾測量的頻率范圍為30MHz到1GHz。具體的內(nèi)容可以參考相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)FCC，CIRPR和EN等。傳導(dǎo)干擾指在輸入和輸出線上流過的干擾噪聲，測試的方法見圖4所示。待測試的設(shè)備EUT通過阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)LISN（或人工開關(guān)電源網(wǎng)絡(luò)）連接到干凈的交流電源上。圖4:LISN及EUT測試LISN的作用如下：（1)隔離待測試的設(shè)備EUT和交流輸入電源，濾除由輸入電源線引入的噪聲及干擾。2)EUT產(chǎn)生的干擾噪聲依次通過LISN內(nèi)部的高通濾波器個(gè)50?電阻，在50?電阻上得到相應(yīng)的信號值送到接收機(jī)進(jìn)行分析。由圖4可見：EUT放置在絕緣的測試臺上，測試臺下部裝有接地良好的鐵板，測試臺及鐵板的尺寸和安裝都在特定的規(guī)定。傳導(dǎo)干擾來源于差模電流噪聲和共模電流噪聲，這兩種類型的噪聲干擾見圖5所示。Y電容直接和傳導(dǎo)干擾相關(guān)。圖5:差模電流和共模電流差模電流在兩根輸入電源線間反方向流動，兩者相互構(gòu)成電流回路，即一根作為差模電流的源線，一根作為差模電流的回線。共模電流在兩根輸入電源線上同方向流動，它們分別與大地構(gòu)成電流回路，即同時(shí)作為共模電流的源線或回線。2.2變壓器模型變壓器所包含的寄生電容的模型見圖6中所示。①Cp:初級繞組的層間電容。②Coe:輸出線到大地的電容。③Cme:磁芯到大地的電容。④Ca:最外層繞組到磁芯的電容。⑤Ct:輔助繞組到次級繞組的電容。⑥Cs:初級繞組到次級繞組的電容.⑦Cm:最內(nèi)層初級繞組到磁芯的電容。 變壓器寄生電容2.3差模電流差模電流噪聲主要由功率開關(guān)器件的高頻開關(guān)電流產(chǎn)生。①功率器件開通在功率器件開通瞬間存在電流的尖峰，圖7所示。圖7:開通電流尖峰開通電流尖峰由三部分組成：(1)變壓器初級繞組的層間電容充電電流。(2)MOSFET漏源極電容的放電電流。(3)工作在CCM模式的輸出二極管的反向恢復(fù)電流。開通電流尖峰不能通過輸入濾波的直流電解電容旁路，因?yàn)檩斎霝V波的直流電解電容有等效的串聯(lián)電感ESL和電阻ESR，這樣就產(chǎn)生的差模電流在電源的兩根輸入線間流動。注意：MOSFET漏源極的電容的放電電流對差模電流噪聲無影響，但會產(chǎn)生輻射干擾。 功率器件開通瞬間的差模電流功率器件開通瞬間形成的差模電流為IDM為：IDM=ICp+nIR?ICin對于變壓器而言，初級繞組兩端所加的電壓高，初級繞組的層數(shù)少，層間的電容越少，然而在很多應(yīng)用中由于骨架窗口寬度的限制并為了保證合適的飽和電流，初級繞組通常用多層結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)針對四層的初級繞組結(jié)構(gòu)進(jìn)行討論。AB圖9:開關(guān)管開通時(shí)初級繞組層間電流流動方向?qū)τ诔Ｒ?guī)的四層初級繞組結(jié)構(gòu)，在開關(guān)管開通和關(guān)斷的過程中，層間的電流向同一個(gè)方向流動。在圖9中，在開關(guān)管開通時(shí)，源極接到初級的地，B點(diǎn)電壓為0，A點(diǎn)電壓為Vin，基于電壓的變化方向，初級繞組層間電容中電流流動方向向下，累積形成的差模電流值大。②功率器件關(guān)斷在功率器件關(guān)斷瞬間，MOSFET漏源極電容的充電，變壓器初級繞組的層間電容放電，這兩部分電流也會形成差模電流，如圖10所示。圖10:功率器件關(guān)斷瞬間的差模電流功率器件關(guān)斷瞬間形成的差模電流為IDM為：IDM=ICds+Ig?ICp?ICin.圖11:開關(guān)管關(guān)斷時(shí)初級繞組層間電流流動方向同樣，基于電壓的變化方向，初級繞組層間電容中的電流流動方向向上，累積形成的差模電流值大。③功率開關(guān)工作于開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)電流（開關(guān)頻率）的高次諧波也會因?yàn)檩斎霝V波的直流電解電容的ESL和ESR形成差模電流。 開關(guān)電源形成的差模電流差模電流可以通過差模濾波器濾除，差模濾波器為由電感和電容組成的二階低通濾波器。從PCB設(shè)計(jì)而言，盡量減小高的di/dt的環(huán)路并采用寬的布線有利于減小差模干擾。由于濾波器的電感有雜散的電容，對于高頻的干擾噪聲可以由雜散電容旁路，使濾波器不能起到有效的作用。用幾個(gè)電解電容并聯(lián)可以減小ESL和ESR，在小功率的充電器中由于成本的壓力不會用X電容，因此在交流整流后要加一級LC濾波器，圖13所示。VinVo2ESRESLESRESLCin2Cin313Cin4CLRDM濾波器如果對變壓器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，如圖14和15所示，通過補(bǔ)償?shù)姆绞娇梢詼p小差模電流。注意：初級繞組的熱點(diǎn)應(yīng)該埋在變壓器的最內(nèi)層，外層的繞組起到屏蔽的作用。 同樣的基于電壓的變化方向，可以得到初級繞組層間電容的電流流動的方向，由圖14和15所示可以看到，部分的層間電流由于方向相反可以相互的抵消，從而得到補(bǔ)償。圖14:新結(jié)構(gòu)開關(guān)管開通時(shí)初級繞組層間電流流動方向 新結(jié)構(gòu)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)初級繞組層間電流流動方向2.4共模電流共模電流在輸入及輸出線與大地間流動，其產(chǎn)生主要是功率器件高頻工作時(shí)產(chǎn)生的電壓的瞬態(tài)的變化。共模電流的產(chǎn)生主要有下面幾部分： 通過MOSFET源級到大地的電容Cde。如果改進(jìn)IC的設(shè)計(jì)，如對于單芯片電源芯片，將MOSFET源極連接到芯片基體用于散熱，而不是用漏極進(jìn)行散熱，這樣可以減小漏極對大地的寄生電容。PCB布線時(shí)減小漏極區(qū)銅皮的面積可減小漏極對大地的寄生電容，但要注意保證芯片的溫度滿足設(shè)計(jì)的要求。②通過Cm和Cme產(chǎn)生共模電流。③通過Ca和Cme產(chǎn)生共模電流。④通過Ct和Coe產(chǎn)生共模電流。⑤通過Cs和Coe產(chǎn)生共模電流，這部分在共模電流中占主導(dǎo)作用。減小漏極電壓的變化幅值及變化率可減小共模電流，如降低反射電壓，加大漏源極電容，但這樣會使MOSFET承受大的電流應(yīng)力，其溫度將增加，同時(shí)加大漏源極電容產(chǎn)生更大的磁場發(fā)射。VccCaCtVinLISN2VoCin3CmCsCdeCmeCoe14圖16:共模電流產(chǎn)生Y電容作用電壓如果系統(tǒng)加了Y電容，由圖17所示,通過Cs的大部分的共模電流被Y電容旁路，返回到初級的地，因?yàn)閅電容的值大于Coe。Y電容 必須直接并用盡量短的直線連接到初級和次級的冷點(diǎn)。作為一個(gè)規(guī)則，如果開通葉MOSFET的dV/dt大于關(guān)斷時(shí)的值，Y電容連接到初級的地。反之連接到Vin。強(qiáng)調(diào)：電壓沒有變化的點(diǎn)稱為靜點(diǎn)或冷點(diǎn)，電壓變化的點(diǎn)稱為動點(diǎn)或熱點(diǎn)。初級的地和Vin都是冷點(diǎn)，對于輔助繞組和輸出繞組，冷點(diǎn)可以通過二極管的位置進(jìn)行調(diào)整。A，B和Vin為冷點(diǎn)，F(xiàn)，D，B和C為熱點(diǎn)；而圖19中，A，Vcc，Vin和Vo為冷點(diǎn)，D，F(xiàn)和G為熱點(diǎn)。VccEAVinCVo2Cin31DB4A圖18:冷點(diǎn)位置VccFVinVo2Cin31DG4A改變二極管后冷點(diǎn)位置去除Y電容無法有效的旁路共模電流，導(dǎo)到共模電流噪聲過大，無法通過測試標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)的方法是改進(jìn)變壓器的結(jié)構(gòu)。一般的法加利屏蔽方法不能使設(shè)備在無Y電容的情況下通過EMI的測試。由于 MOSFET的漏極端的電壓變化幅值大，主要針對這個(gè)部位進(jìn)行設(shè)計(jì)。永遠(yuǎn)注意：電壓的變化是產(chǎn)生差模及共模電流的主要原因，寄生電容是其流動的通道。前面提到Cm和Cme及Cme和Ca也會產(chǎn)生共模電流，初級層間電容的電流一部分形成差模電流，有一部分也會形成共模電流，這也表明差模和共模電流可以相互的轉(zhuǎn)換。如果按圖20結(jié)構(gòu)安排冷點(diǎn)（藍(lán)色點(diǎn)）和繞組，在沒有Y電容時(shí)，基于電壓改變的方向可以得到初級繞組與次級繞組及輔助繞組和次級繞組層間電容的電流的流動方向，初級繞組和輔助繞組的電流都流入次級繞組中。初級與次級繞組及輔助和次級繞組共模電流調(diào)整冷點(diǎn)后初級與次級繞組及輔助和次級繞組共模電流互感器調(diào)整冷點(diǎn)后如圖21所示，可以看到，初級繞組與次級繞組及輔助繞組和次級繞組層間電容的電流的流動方向相同，可以相互抵消一部分流入次級繞組的共模電流，從而減小總體的共模電流的大小。輔助繞組和次級繞組的整流二極管放置在下端，從而改變電壓變化的方向，同時(shí)注意冷點(diǎn)要盡量的靠近，這樣因?yàn)閮烧唛g沒有電壓的變化，所以不會產(chǎn)生共模電流。進(jìn)一步，如果在內(nèi)層及初級繞組和次級繞組間放置銅皮，銅皮的寬度小于或等于初級繞組的寬度，銅皮的中點(diǎn)由導(dǎo)線引線到冷點(diǎn)，如圖22所示，由于銅皮為冷點(diǎn)，與其接觸的繞組和銅皮間電壓的擺率降低，從而減小共模電流，同時(shí)將共模電流由銅皮旁路引入到冷點(diǎn)。注意銅皮的搭接處不能短路，用絕緣膠帶隔開，內(nèi)外層銅皮的方向要一致。 銅皮的補(bǔ)償輔助繞組和次級繞組的共模電流可以由以下方法補(bǔ)償：①加輔助屏蔽繞組輔助屏蔽繞組繞制方向與次級繞組繞制方向保持一致，輔助屏蔽繞組與次級繞組的同名端連接到一起并連接到冷點(diǎn)，輔助屏蔽繞組的另一端浮空。由于它們的電壓變化的方向相同，所以兩者間沒有電流流動。②加外層的輔助屏蔽銅皮 輔助屏蔽銅皮的中點(diǎn)連接到到輔助繞組的中點(diǎn)。同樣，基于電壓的變化方向分析電流的流動方向，可以看到，兩者之間的電流形成環(huán)流，相互補(bǔ)償?shù)窒瑥亩档凸材ｋ娏鳌?amp;nbsp; 輔助屏蔽銅皮3EMI輻射干擾3.1電場和磁場發(fā)射輻射干擾的測試在專門的屏蔽室中進(jìn)行，待測試的設(shè)備放在轉(zhuǎn)臺上，天線分別放在水平和垂直的位置上下移動掃描，檢測到信號送到接收機(jī)進(jìn)行分析。 輻射干擾測試 輻射干擾的測試包括電場發(fā)射和磁場發(fā)射，電場發(fā)射由du/dt產(chǎn)生，磁場發(fā)射由di/dt產(chǎn)生。注意：空間電容是電場發(fā)射的通道，共模電流可以產(chǎn)生相當(dāng)大的電場發(fā)射。.:電場發(fā)射初級繞組電壓變化的幅值大，對于電場發(fā)射起主導(dǎo)作用。磁芯也是一個(gè)電場發(fā)射源。在系統(tǒng)的PCB底層鋪銅皮或額處加一塊銅皮或單面板，可以有效的減小電場發(fā)射和共模電流。 減小電場發(fā)射高di/dt的環(huán)路通過環(huán)路的寄生電感產(chǎn)生磁場發(fā)射，次級側(cè)的電流變化幅值大，對于磁場發(fā)射的起主導(dǎo)作用。磁場發(fā)射形成的方向見圖27所示，方向符合右手定則。 高di/dt環(huán)路的寄生電感隨環(huán)路面積增大而增大，因此磁場發(fā)射對于PCB的設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。次級側(cè)的電流環(huán)面積要盡量的小，布線要盡量的短粗。圖27:磁場發(fā)射變壓器的雜散磁場也是一個(gè)磁場發(fā)射源，其主要由變壓器的氣隙產(chǎn)生。E型磁芯在兩側(cè)開氣隙時(shí)雜散磁場大，在中心柱開氣隙時(shí)雜散的磁場小。在變壓器的最外面包裹銅皮，銅皮兩端短接，用導(dǎo)線連接到冷點(diǎn)，可以減小雜散的磁場。因?yàn)殡s散磁場在銅皮中產(chǎn)生渦流，渦流反過來產(chǎn)生磁場阻礙變壓器雜散磁通的外泄。輸出棒狀及鼓狀的差模電感如同一個(gè)天線產(chǎn)生大的磁場發(fā)射。使用前述的相關(guān)的緩沖吸引電路可以減小相應(yīng)的磁場發(fā)射。圖27:輸出線發(fā)射注意：手機(jī)充電器要帶長的輸出線（1.8m）進(jìn)行測試，長的輸出導(dǎo)線也如同一個(gè)天線，并將共模電流放大，從而形成較大的共模電場輻射，這種輻射只有通過上面變壓器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行抑止，在沒有頻率拌動或頻率調(diào)制的系統(tǒng)中，還得加輸出共模電感。才能有效的減小在30~50M間的電場發(fā)射。 需要說明的是：傳導(dǎo)和輻射及差模和共模電流間可以相互轉(zhuǎn)換，具體的理論相當(dāng)復(fù)雜，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出作者的知識范圍，特表歉意。3.2共模電感設(shè)計(jì)共模電感的兩個(gè)繞組分別與輸出的二根線串聯(lián)，注意到當(dāng)輸出電流在每個(gè)繞組流過時(shí)，它們在磁芯中形成的磁通方向是相反的，可以相互的抵消，平衡的條件下磁芯中的磁通為0，因此共模電感不會因?yàn)檩敵龅呢?fù)載電流產(chǎn)生飽和。當(dāng)同方向的共模電流在兩個(gè)繞組中流過時(shí)，其在磁芯中形成的磁通方向是相同，阻抗增加，從而衰減共模電流信號。Figure27:共模電感設(shè)計(jì)過程：①選擇磁芯材料鐵氧體是一個(gè)較好的具有成本優(yōu)勢的材料。②設(shè)定電感的阻抗對于一個(gè)給定的要求衰減的頻率，定義此頻率下共模電感的感抗為50~100?，即至少50%的衰減，因此有：Z=ωL③選擇磁芯的形狀的和尺寸成本低漏感小的環(huán)形磁芯非常適合于共模電感，但是這種形狀不容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化繞制，一般用手工繞制。磁環(huán)尺寸的大小選取有一定的隨意性，通常基于PCB的尺寸選取合適的磁芯。為了減小共模電感的寄生電容，共模電感通常只用單層的線圈。若單層繞制時(shí)磁芯無法容納所有的線圈，則選用大一號尺寸的磁環(huán)。當(dāng)然也可以基于磁芯的數(shù)據(jù)手冊由LI的乘積選取。④計(jì)算線圈的匝數(shù)由磁芯的電感系數(shù)AL計(jì)算共模電感的圈數(shù)：N=(L×106AL)0.5⑤計(jì)算導(dǎo)線的線徑------------------------------------AdlsongAN--------------------------------------------導(dǎo)線允許通過的電流密度選取為：400~800A/cm?，由此可以得到要求的線徑。3.3頻率抖動或調(diào)制事實(shí)上，噪聲是基于特定的頻帶和步長（傳導(dǎo)是9KHz）來檢測的，當(dāng)開關(guān)頻率固定時(shí)，基于開關(guān)頻率的電流變化和電壓變化的高頻高次諧波如2次，3次，4次，……會在一個(gè)特定的頻率點(diǎn)處疊加，這樣以此頻率點(diǎn)為中心的一個(gè)窄帶內(nèi)噪聲的值就較高。芯片有頻率抖動或調(diào)制時(shí)，開關(guān)的頻率不是固定的，而是在一定的范圍內(nèi)變化，頻率變化的范圍通常以名義的開關(guān)頻率為中心上下變化不大于4KHz，以免影響到系統(tǒng)的正常工作。如基頻即工作頻率變化范圍為±4KHz，則2次諧波頻率變化的范圍為±8KHz，3次諧波頻率變化的范圍為±12KHz……，這樣對于一個(gè)特定的頻率點(diǎn)噪聲在更寬的頻帶內(nèi)分布，因此噪聲的值降低。頻率越高，特定的頻率點(diǎn)頻帶分布越大，噪聲值也就越低。頻率抖動或調(diào)制的原理見圖28所示。從圖29至圖32可以看到：沒有頻率抖動或調(diào)制時(shí)諧波分布窄，噪聲值在諧波頻率點(diǎn)處較高。有頻率抖動或調(diào)制時(shí)，諧波值平滑而且較小，從圖29至圖32還可以看出：頻率抖動或調(diào)制對準(zhǔn)峰值降低不大，而對平均值降低十分時(shí)顯。在測試RE時(shí)，由于頻率抖動或調(diào)制的作用，即使從波形看某一頻點(diǎn)似乎沒有余量，但接收機(jī)在讀點(diǎn)時(shí)很難抓取到幅值最大點(diǎn)，因此讀點(diǎn)時(shí)讀取值仍有范圍內(nèi)有一定余量。圖28:頻率抖動或調(diào)制原理 傳導(dǎo)測試無頻率抖動或調(diào)制的準(zhǔn)峰值和平均值圖30:傳導(dǎo)測試有頻率抖動或調(diào)制的準(zhǔn)峰值和平均值圖31:輻射測試無頻率抖動或調(diào)制的水平和垂直值圖32:輻射測試有頻率抖動或調(diào)制的水平和垂直值3.4浮空電壓波形測量變壓器初級和次級靜點(diǎn)的電壓波形及變壓器磁芯的電壓波形可以為EMI的傳導(dǎo)測試提供一些參考。常規(guī)結(jié)構(gòu)的變壓器的初級和次級靜點(diǎn)電壓波形的幅值為10V并且可以明顯的看到基于開關(guān)頻率的開關(guān)波形。新的結(jié)構(gòu)的變壓器的初級和次級靜點(diǎn)電壓波形的幅值為5V，基于開關(guān)頻率的開關(guān)波形不是很明顯。常規(guī)結(jié)構(gòu)的變壓器的磁芯電壓波形的幅值為18V并且可以明顯的看到基于開關(guān)頻率的開關(guān)波形。新的結(jié)構(gòu)的變壓器的磁芯電壓波形的幅值為5V，基于開關(guān)頻率的開關(guān)波形不是很明顯。 （1）常規(guī)結(jié)構(gòu)（2）新的結(jié)構(gòu)圖33：初級和次級靜點(diǎn)電壓波形(Ch1scale:5V,Time:4us)（1）常規(guī)結(jié)構(gòu)（2）新的結(jié)構(gòu)圖34：磁芯電壓波形(Ch1scale:5V,Time:4us)附1：PI無Y電容的變壓器結(jié)構(gòu)（1）芯片有頻抖功能，芯片可以不需要輔助繞組供電。（2）變壓器最外面裹銅皮，銅皮兩端短接并引線到初級的地。圖35：腳管和繞組安排 其中：實(shí)心黑點(diǎn)圈為繞制時(shí)的起點(diǎn)，空心點(diǎn)為骨架換方向后繞制時(shí)的起點(diǎn)。