反激变换器时频域分析方法

反激电源传导分析模型

案例：如图1所示，5V2A充电器因PCB布线不同造成传导结果6dB以上差异。

图1 PN8370 5V2A充电器PCB布线

由该案例可引出反激电源传导定量分析的关键因素：

• 干扰源： 开关节点（如PN8370的SW脚）；
• 路径： 分布电容(如SW脚至输入整流回路)，容量与金属极板面积成正比、距离成反比；
• 形式： 位移电流，由安培-麦克斯韦全电流定理可知变化电场可产生位移电流。

忽略PCB布线引起的分布电容，采用图2所示变压器结构，反激电源的传导分析模型如图3所示。

图2 变压器结构

图3 反激电源EMI传导分析模型(无散热器)

由反激电源EMI传导分析模型可知：

• Q1、D2、D3为开关干扰源，dV/dt、di/dt变化显著；
• 变压器寄生电容Csp、Csa、Cssh、Csc为共模噪声提供通路；由于屏蔽绕组及磁芯接初级参考地，寄生电容Cpc、Cpsh、Cash已转化为差模干扰回路，EMI影响忽略；
• 由于干扰源（Q1、D2、D3）流过寄生电容（Csp、Csa、Cssh、Csc）的电流方向不一致，可调整变压器结构使得合成共模电流最小。

变压器优化设计方法

相比差模噪声，由于共模噪声频段宽（1M-1GHz）且滤波器衰减作用有限，因此**反激变压器EMI设计以减小共模噪声为主。**反激电源的共模噪声分析模型如图4所示，根据示波器测量的平台电压幅值优化变压器结构及屏蔽圈数，直至干扰平台电压幅值在2V以内。

图4 反激电源共模噪声分析模型

我们以PN8370 12V1A适配器为例说明共模噪声与传导的关系，变压器初级：0.21mm102Ts；屏蔽：0.21mm12Ts；辅助：0.21mm12Ts；次级：0.5mm10Ts。共模噪声与传导测试结果如图5所示。

图5 共模噪声与传导测试结果1

屏蔽圈数由12Ts调整至15Ts，共模噪声与传导测试结果如图6所示。

图6 共模噪声与传导测试结果2

由实验结果可见，共模噪声与传导有着密切关系，根据工程经验：合理PCB布线，共模平台干扰电压控制在2V以内，为传导达标的充分条件，辐射达标的必要条件。

EMI滤波器选取

A. 输入滤波器选取如图7所示：

（a）适应于无接地要求18W以内反激电源

（b）适应于有接地要求18W以内反激电源

（c）适应于18W以上反激电源

图7 典型输入EMI滤波器

B. Y电容的选取：

• Y电容容量远大于变压器寄生电容，可将流过变压器共模电流旁路为差模电流，改善EMI；
• Y电容容量会影响辐射及漏电流，需满足EMI及安规要求。
• Y电容回路为辐射干扰源之一，应尽量缩短，并与初级信号回路分开，以免EMS能力降低。