不同的屏蔽層設置方式對共模傳導EMI的抑制

電源工程師們都知道，在開關電源中，EMI產生的根本原因在于存在著電流、電壓的高頻急劇變化，其通過導線的傳導，以及電感、電容的耦合形成傳導EMI。同而電流、電壓的變化必定伴有磁場、電場的變化，由此也就導致了輻射EMI。所謂EMI就是電磁兼容，是電子設備或系統在電磁環境下能正常工作，且不對該環境中任何事物構成不能承受的電磁騷擾的能力。所有拓撲形式的開關電源都有電磁干擾的問題。目前克服電磁干擾的技術手段主要有：在電源的輸入、輸出端設置無源或有源濾波器，設置屏蔽外殼并接地，采用軟開關技術和變頻控制技術等。本文就將解析變壓器中共模傳導EMI的產生，以及變壓器中不同的屏蔽層設置方式對共模傳導EMI的抑制。

高頻變壓器中傳導EMI的產生

以反激式變換器為例，其主電路如圖1所示。開關管開通后，變壓器一次側電流逐漸增加，磁芯儲能也隨之增加。當開關管關斷后，二次側整流二極管導通，變壓器儲能被耦合到二次側，給負載供電。

圖1 反激變換器

在開關電源中，輸入整流后的電流為尖脈沖電流，開關開通和關斷時變換器中電壓、電流變化率很高，這些波形中含有豐富的高頻諧波。另外，在主開關管開關過程和整流二極管反向恢復過程中，電路的寄生電感、電容會發生高頻振蕩，以上這些都是電磁干擾的來源。開關電源中存在大量的分布電容，這些分布電容給電磁干擾的傳遞提供了通路，如圖2所示。圖2中，LISN為線性阻抗穩定網絡，用于線路傳導干擾的測量。干擾信號通過導線、寄生電容等傳遞到變換器的輸入、輸出端，形成了傳導干擾。變壓器的各繞組之間也存在著大量的寄生電容，如圖3所示。圖3中，A、B、C、D4點與圖1中標識的 4點相對應。

圖2 反激式開關電源寄生電容典型的分布

圖3 變壓器中寄生電容的分布

在圖1所示的反激式開關電源中，變換器工作于連續模式時，開關管VT導通后，B點電位低于A點，一次繞組匝間電容便會充電，充電電流由A流向B;VT關斷后，寄生電容反向充電，充電電流由B流向A。這樣，變壓器中便產生了差模傳導EMI。同時，電源元器件與大地之間的電位差也會產生高頻變化。由于元器件與大地、機殼之間存在著分布電容，便產生了在輸入端與大地、機殼所構成回路之間流動的共模傳導EMI電流。

具體到變壓器中，一次繞組與二次繞組之間的電位差也會產生高頻變化，通過寄生電容的耦合，從而產生了在一次側與二次側之間流動的共模傳導EMI電流。交流等效回路及簡化等效回路如圖4所示。圖4中：ZLISN為線性阻抗穩定網絡的等效阻抗;CP為變壓器一次繞組與二次繞組間的寄生電容;ZG為大地不同點間的等效阻抗;CSG為輸出回路與地間的等效電容;Z為變壓器以外回路的等效阻抗。

圖4 變壓器中共模傳導EMI的流通回路