電氣開關(guān)電源電磁干擾防制技術(shù)——傳導(dǎo)篇-資料下載頁
2025-07-14 01:17本頁面
【正文】 耦合電容的產(chǎn)生，就如紅色電容所示。由剛才的波形可得知，MOSFET的Drain pin與二極管的A端是電壓變動(dòng)率最大的地方，而變壓器線圈的另一邊是靜點(diǎn)（因直接連接電容，電壓無法瞬間變化），所以內(nèi)部線圈的電位差是由變化量最大的一端往另一端減小，就如圖44紫色所標(biāo)示一樣，線圈愈靠近MOSFET的Drain pin或是二極管的A端有較大的電位差，而電位差的變動(dòng)量隨著往另一端愈近而愈小。圖43圖44因此在實(shí)際的變壓器繞制上，都會(huì)建議變壓器最內(nèi)層是由電位差變化最大的點(diǎn)開始起繞，讓愈外層的銅線其電位差愈小，如此可讓最內(nèi)層高壓變化的電場被其他相對電位較小的導(dǎo)體包覆在里面來減低其對外的輻射效應(yīng)。另外，在做變壓器設(shè)計(jì)時(shí)，若一開始就可以考慮此因繞組電位差所導(dǎo)致的電場效應(yīng)，將可大大地減少EMI除錯(cuò)時(shí)間。除了介于初級(jí)與次級(jí)側(cè)之間的層間電容之外，初級(jí)側(cè)本身與次級(jí)側(cè)本身之間也會(huì)存在著耦合電容如圖45紅色所示，而在變壓器線路里其等效的寄生電容如圖46所示，紅色為介于初級(jí)與次級(jí)之間，黃色則為初級(jí)本身與次級(jí)本身。此電容量會(huì)隨著圈數(shù)的增加而上升，而此電容量也會(huì)引起高頻電場干擾。圖45圖46 內(nèi)銅因介于變壓器初級(jí)側(cè)與次級(jí)側(cè)的耦合電容會(huì)引起嚴(yán)重的電場干擾，因此一般會(huì)在初級(jí)側(cè)與次級(jí)側(cè)之間做電場隔離來減少電場效應(yīng)，一般使用的方式是在初級(jí)與次級(jí)之間加一層內(nèi)銅箔或是銅線做電場隔離，如圖47所示為加了銅箔的變壓器，內(nèi)銅箔介在初級(jí)與次級(jí)之間，由高電位差引起的耦合電流大部份會(huì)經(jīng)過紅色的耦合電容至銅箔而形成另一個(gè)回路，大大地減少了耦合至另一側(cè)的耦合電容。若將此銅箔下PIN回初級(jí)側(cè)(可以是地或是高壓)，相當(dāng)于初級(jí)側(cè)產(chǎn)生的高電位差，經(jīng)由電容效應(yīng)到銅箔上，再經(jīng)由銅箔回到初級(jí)側(cè)本身，形成一初級(jí)側(cè)的電流回路，幫助初級(jí)側(cè)電場電流回到初級(jí)側(cè)而做到電場隔離；如此只剩下少部份的如圖48黃色的耦合電容，大大地減少電容效應(yīng)來達(dá)到減少電場干擾的作用。圖47圖48 Y電容一般在變壓器的初級(jí)與次級(jí)側(cè)，我們都會(huì)在兩端的地之間放一顆Y電容，而此Y電容的作用也與上述的一二次側(cè)耦合電容相關(guān)；如圖49線路所示，紅色的Y電容介在初次級(jí)側(cè)之間，而初級(jí)側(cè)電壓變動(dòng)所導(dǎo)致的電容效應(yīng)，即耦合至次級(jí)側(cè)的電流，可以多了一個(gè)路徑，即經(jīng)由此Y電容回到初級(jí)側(cè)，大大的減少共模路徑的干擾。（若沒有此Y電容，則大部份的耦合電流都會(huì)經(jīng)由大地FG回至初級(jí)側(cè)）也因?yàn)閅電容是給予初級(jí)次級(jí)側(cè)一路徑，因此連接的位置與大小也很重要，電容Xc的阻抗為1/2*π*f*c，代表頻率愈高時(shí)，其阻抗愈低，高頻信號(hào)愈可以由Y電容流入另一側(cè)，但決定的因素卻是因變壓器與布線不同而有不同差異，因?qū)Σ哂袝r(shí)需將干擾源留在內(nèi)部較好，有時(shí)卻是將其流入外部較好，因此不同的案子都必需對Y電容做些調(diào)整。圖49 漏磁變壓器的漏感(漏磁通)不但會(huì)造成初級(jí)側(cè)開關(guān)Vds過高，也會(huì)對EMI產(chǎn)生很大的影響。一般開關(guān)變壓器的鐵粉心里都沒有氣隙，因此實(shí)際使用時(shí)都會(huì)因飽和問題而將鐵心磨氣隙，而漏磁最大的地方就在氣隙周邊，在設(shè)計(jì)時(shí)要盡量選擇將氣隙放在變壓器內(nèi)部中心處的鐵心，再用導(dǎo)體或銅箔做屏敝來減低其漏磁的影響，而氣隙中間的漏磁通如圖50虛線所示。除了氣隙外，雖大部份的磁通會(huì)經(jīng)由導(dǎo)磁路徑（即變壓器鐵心）形成一回路，但仍會(huì)有些許漏磁會(huì)在變壓器外部形成漏磁通，此漏磁通如圖50藍(lán)色箭頭所示，漏磁產(chǎn)生的磁場干擾很容易會(huì)影響周圍的導(dǎo)體或組件。而減少干擾的方法，一是對變壓器進(jìn)行磁場屏蔽，另一是盡量拉開與變壓器漏磁通之間的距離，或盡量減少在其周邊的電流導(dǎo)體面積。圖50 外銅箔所謂的外銅箔是在變壓器鐵心外圍包覆一銅箔，包覆方式可延著鐵心包覆或是延著線包包覆，也可以同時(shí)包覆鐵心與線包（十字包法），簡易如圖51所示，左邊為鐵心包覆，中間為線包包覆，右邊則為十字包法，而銅箔兩端接觸后需相連并下地，如此不但可作電場屏蔽也可作磁場屏蔽。非導(dǎo)磁材料一般是無法對磁通有屏蔽作用的，但銅箔是良導(dǎo)體，漏磁通穿過銅箔時(shí)會(huì)產(chǎn)生渦流，而渦流產(chǎn)生的磁場正好可抵消變壓器的漏磁通，如此來抑制漏磁所造成的磁場干擾。而銅箔的良導(dǎo)體特性也會(huì)抑制電場耦合效應(yīng)，就如內(nèi)銅箔的作用一樣。圖518 對策EMI——傳導(dǎo)的方法在做傳導(dǎo)測試時(shí)，可先依下面做些確認(rèn)。 確認(rèn)測試方式首先必需確認(rèn)測試方式是否正確，不正確的測試方式會(huì)浪費(fèi)很多時(shí)間，確認(rèn)的地方包括測試法規(guī)為何／測試電壓為何(不同國家有不同電壓輸入)／待測物是系統(tǒng)或是仿真負(fù)載／系統(tǒng)的工作模式(是否過載或動(dòng)態(tài)負(fù)載)／系統(tǒng)的周邊(monitor，USB或硬盤)是否會(huì)造成干擾源／輸出或電源線是否需下地／外接設(shè)備的地線是否與主電源的地線有分開／是否先空掃一次確認(rèn)接收器的誤差…等等；建議在開始對策之前，先確認(rèn)以上的測試環(huán)境是否正確，再開始做對策；筆者就有過對策一個(gè)下午后，才發(fā)現(xiàn)其中一項(xiàng)設(shè)定錯(cuò)誤，白白浪費(fèi)一個(gè)下午時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)。 確認(rèn)導(dǎo)體的天線效應(yīng)任何的導(dǎo)體在測試EMI時(shí)都會(huì)有天線效應(yīng)，因此建議使用客戶量產(chǎn)所用的線材，包括輸入線材與輸出線材(不同的線材會(huì)有些許的差異)，而散熱片一般會(huì)下地(或一參考電位)，外面有鋁殼或金屬導(dǎo)體時(shí)也要下地，避免導(dǎo)體因電場或磁場效應(yīng)而產(chǎn)生干擾，成品的組件組裝上也需注意是否有遠(yuǎn)離干擾源，任何導(dǎo)體經(jīng)過磁性組件周邊時(shí)也要注意磁性組件漏磁通所帶來的干擾。 在150KHz~10MHz的頻段一般是由操作頻率的倍頻差模信號(hào)加上共模信號(hào)所組成，一般對策方式為修改EMI低通濾波器／變壓器耦合路徑／Y電容大?。季€方式等來做對策，可依文章前面所述方法做確認(rèn)。9 結(jié)語電磁干擾(EMI)的防制在電源設(shè)計(jì)里是門很重要的學(xué)問，此篇文章將EMI傳導(dǎo)的法規(guī)，量測法做介紹，并解釋傳導(dǎo)的一些基本概念，包括電場干擾與磁場干擾等，并分析布線，EMI濾波器與變壓器設(shè)計(jì)對EMI的干擾等。所有的EMI問題，其實(shí)皆因高速的電壓變動(dòng)所產(chǎn)生的電場干擾，或是高速的電流變動(dòng)所產(chǎn)生的磁場干擾，并搭配組件或布線的高頻路徑(包括寄生電感與電容)所產(chǎn)生，因此只要知道開關(guān)電源的電場與磁場來源，并知道各組件內(nèi)部的等效電路與布線路徑，就可以知道用怎樣的方式可得到較佳的EMI結(jié)果。(本文作者現(xiàn)任職于通嘉科技Leadtrend Technology Corp.)
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