1 高頻變壓器中傳導EMI產生機理

以反激式變換器為例，其主電路如圖1所示。

kaiguanguankaitonghou，bianyaqiyicicedianliuzhujianzengjia
，cixinchunengyesuizhizengjia。dangkaiguanguanguanduanhou，ercicezhengliuerjiguandaotong，bianyaqichunengbeiouhedaoercice，geifuzaigongdian。


在開關電源中

，輸入整流後的電流為尖脈衝電流
，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複過程中

，電路的寄生電感、電(dian)容(rong)會(hui)發(fa)生(sheng)高(gao)頻(pin)振(zhen)蕩(dang)，以(yi)上(shang)這(zhe)些(xie)都(dou)是(shi)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)的(de)來(lai)源(yuan)。開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)中(zhong)存(cun)在(zai)大(da)量(liang)的(de)分(fen)布(bu)電(dian)容(rong)，這(zhe)些(xie)分(fen)布(bu)電(dian)容(rong)給(gei)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)的(de)傳(chuan)遞(di)提(ti)供(gong)了(le)通(tong)路(lu)，如(ru)圖(tu)2所示。圖2中，LISN為線性阻抗穩定網絡，用於線路傳導幹擾的測量。幹擾信號通過導線
、寄生電容等傳遞到變換器的輸入
、輸出端，形成了傳導幹擾。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。


在圖1所示的反激式開關電源中，變換器工作於連續模式時
，開關管VT導通後，B點電位低於A點
，一次繞組匝間電容便會充電
，充電電流由A流向B;VT關斷後，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。由於元器件與大地
、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。

jutidaobianyaqizhong，yiciraozuyuerciraozuzhijiandedianweichayehuichanshenggaopinbianhua，tongguojishengdianrongdeouhe，congerchanshenglezaiyiciceyuercicezhijianliudongdegongmochuandaoEMI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。

2 變壓器中共模傳導EMI數學模型

以圖3所示的變壓器為例，最上層一次繞組與二次繞組間的寄生電容最大，是產生共模傳導EMI的主要原因，故以下主要分析這兩層間分布電容對共模傳導EMI的影響，忽略變壓器其他繞組對共模傳導EMI的影響。

設一次繞組有3層，每層m匝
，二次繞組僅一層
，為n匝。當變壓器磁芯中的磁通發生變化，便會同時在一次側和次級產生感應電動勢。根據疊加定理，可認為這是僅一次繞組有感應電動勢
、二次繞組電動勢為零和僅二次繞組有感應電動勢、一次繞組電動勢為零兩種情況的疊加。僅一次繞組有感應電動勢、二次繞組電動勢為零的情況如圖5所示。圖5中：e1為每匝一次繞組的感應電動勢；C1x為一匝最外層一次繞組與二次繞組間的寄生電容。


在此情況下，由一次側流向次級的共模電流為：




在僅二次繞組有感應電動勢
、一次繞組電動勢為零的情況如圖6所示。圖6中：e2為每匝二次繞組的感應電動勢；C2x為一匝二次繞組與一次繞組最外層間的寄生電容。

在此情況下，由次級流向一次側的共模電流為：




根據疊加原理，可得在一次側最外層繞組和次級間流動的共模電流：



3 屏蔽繞組抑製共模傳導EMI原理

根據圖3所示的結構。繞製變壓器，並在交流整流濾波後增設13mH差模濾波電感和6.8差模濾波電容，對開關電源進行傳導EMI測試，結果如圖6所示。由圖6可見，傳導EMI非常嚴重，不能通過電磁幹擾測試。在交流整流前增設35mH共模濾波電感，傳導EMI測試結果如圖7所示，產品即可通過測試。比較測試結果可得出：在圖3所示的電路中
，主要是由於大量共模傳導EMI，才使電源不能通過電磁幹擾測試。

去掉共模濾波電感，在變壓器中增設一次側屏蔽繞組如圖8所示，並將E與A點（電容Cin正極）xianglian。cishi，yicicepingbiraozudaitileyuanyiciraozudezuiwaiceng，jiasheyicicepingbiraozuyuerciraozujiandejishengdianrongyuyuanbianyaqiyicicezuiwaicengraozuyuerciraozudejishengdianrongxiangtong，ze：



由式（4）可知：在電路工作情況不變的狀況下，共模電流i1的第一項減小為原來的1/（2m+1），故傳導EMI減小了，測試結果如圖9所示。

由於在共模傳導EMI的模型中輸入濾波電容Cin是短路的，因此，若將E與電容Cin負極相連
，屏蔽繞組對傳導EMI的抑製效果與E點、A點相連的情況是一致的
，測試結果如圖10和圖11所示。

在變壓器內部再增設次級屏蔽繞組如圖12所示
，並將E點與A點相連，將F點與C點相連
，此時
，一次側屏蔽繞組與次級屏蔽繞組的感應電動勢和寄生電容分布情況是基本一致的，近似有：



式（5）中：Cx為一側屏蔽繞組與另一屏蔽繞組間的寄生電容值。結合式（3）可(ke)知(zhi)，通(tong)過(guo)兩(liang)屏(ping)蔽(bi)繞(rao)組(zu)耦(ou)合(he)的(de)共(gong)模(mo)電(dian)流(liu)近(jin)似(si)為(wei)零(ling)，但(dan)一(yi)次(ci)側(ce)與(yu)次(ci)級(ji)屏(ping)蔽(bi)繞(rao)組(zu)不(bu)可(ke)能(neng)完(wan)全(quan)一(yi)致(zhi)，因(yin)此(ci)，屏(ping)蔽(bi)繞(rao)組(zu)之(zhi)間(jian)仍(reng)會(hui)有(you)共(gong)模(mo)幹(gan)擾(rao)電(dian)流(liu)，但(dan)得(de)到(dao)了(le)極(ji)大(da)的(de)衰(shuai)減(jian)，測(ce)試(shi)結(jie)果(guo)如(ru)圖(tu)13所示。

如果將2層屏蔽繞組換為2層ceng屏ping蔽bi銅tong箔bo，由you於yu兩liang層ceng屏ping蔽bi銅tong箔bo感gan應ying電dian動dong勢shi和he寄ji生sheng電dian容rong分fen布bu的de分fen布bu更geng為wei相xiang似si
，因yin此ci，對dui共gong模mo傳chuan導dao電dian流liu就jiu有you更geng好hao的de抑yi製zhi效xiao果guo，測ce試shi結jie果guo如ru圖tu14所示。

理論及試驗結果均表明：在變壓器中增加屏蔽層，可以對共模傳導EMI起抑製作用
，尤以兩層銅箔的屏蔽效果最好。具體設計中，可根據電源共模傳導EMI的嚴重程度來選擇相應的屏蔽措施。

由於各類變換器中產生共模傳導EMI的機理是相同的，所以，上述共模傳導幹擾的模型和屏蔽層的設計方法同樣適用於其他拓撲。

4 結語

由於開關電源輸入、輸出側與大地之間存在著電位差的高頻變化，是造成共模EMIdegenbenyuanyin。lilunfenxiheshiyanjieguobiaoming
，zaiyiciraozuyuerciraozuzhijianshezhipingbiraozuhuopingbitongbo，keyiyizhiyiciceyucijizhijiandegongmodianliu，jianshaogongmochuandaoEMI。


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