變壓器骨架最內(nèi)層是前級(jí)繞組線圈的一半，與功率開(kāi)關(guān)管的d極相連；中間層的線圈是次級(jí)繞組；最外層是前級(jí)繞組的另一半，與節(jié)點(diǎn)U_in相連。由于噪聲電流主要通過(guò)前后級(jí)線圈層之間的寄生電容耦合，把前、后級(jí)線圈方向相反的噪聲活躍節(jié)點(diǎn)成對(duì)地繞在內(nèi)外層相對(duì)位置就能使大部分的噪聲電流相互抵消，大大降低了最終耦合到次級(jí)的噪聲電流的強(qiáng)度。

本文討論的電路中還存在前級(jí)電路和次級(jí)電路的輔助電源，它們也是由繞在變壓器上的獨(dú)立線圈提供能量的。這兩級(jí)輔助線圈的存在給噪聲電流的傳播提供了額外的途徑。輔助線圈是為了控制電路的供電設(shè)計(jì)的。盡管控制電路本身的功率很小，但它們的存在卻增大了電路對(duì)地的寄生電容，從而分擔(dān)了一部分把共模噪聲從活躍節(jié)點(diǎn)耦合到地的工作。然而把這些繞組夾在前級(jí)線圈和次級(jí)線圈的繞組中間就能增大前后級(jí)繞組的距離，從而它們的層間寄生電容就減小了，噪聲電流就能相應(yīng)減小。因此，變壓器繞制的最終方法應(yīng)如圖4所示。從內(nèi)到外的線圈繞組依次是：前級(jí)繞組的一半、輔助繞組的一半、后級(jí)繞組、輔助繞組的另一半和前級(jí)繞組的另一半。

3、實(shí)驗(yàn)部分

變壓器改進(jìn)繞法對(duì)開(kāi)關(guān)電源的傳導(dǎo)EMC性能提高的有效性可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到驗(yàn)證。

3.1、實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)按照文獻(xiàn)[4]中的電壓法進(jìn)行。頻段范圍為0.15～30 MHz；頻譜分析儀的檢波方式為準(zhǔn)峰值檢波；測(cè)量帶寬為9 kHz；頻譜橫軸(頻率)取對(duì)數(shù)形式；噪聲信號(hào)的單位為dBμV[5]。

圖4、變壓器改進(jìn)繞法細(xì)節(jié)

3.2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖5為變壓器設(shè)計(jì)改進(jìn)前后實(shí)驗(yàn)樣品的傳導(dǎo)噪聲頻譜對(duì)比。

圖5、變壓器設(shè)計(jì)改進(jìn)前后的噪聲頻譜

圖5中的上下兩條平行折線分別為國(guó)際無(wú)線電干擾特別委員會(huì)(簡(jiǎn)稱CISPR)頒布的CISPR22標(biāo)準(zhǔn)中b級(jí)要求的準(zhǔn)峰值檢波限值和平均值檢波限值；而曲線為開(kāi)關(guān)電源的傳導(dǎo)噪聲頻譜。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出：與傳統(tǒng)方法相比，新方法有著更出色的對(duì)共模噪聲電流的抑制能力，尤其在中頻1～5MHz的頻段。在較低頻段，電源線上的傳導(dǎo)干擾主要是差模電流引起的；而在中高頻段，共模電流起主要作用。而本文提出的方法對(duì)共模電流的抑制較強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)和理論是相符合的。在10 MHz以上的頻段，主要由電路中的其他寄生參數(shù)決定EMC性能，與變壓器關(guān)系不大。

4、結(jié)束語(yǔ)

開(kāi)關(guān)電源電路中的噪聲活躍節(jié)點(diǎn)是電路中的共模噪聲源。要降低開(kāi)關(guān)電源的傳導(dǎo)干擾水平，實(shí)際上是減小共模電流強(qiáng)度、增大噪聲源的對(duì)地阻抗。在傳統(tǒng)的隔離式EMC設(shè)計(jì)中，隔離層連接到電路中電位穩(wěn)定的節(jié)點(diǎn)上(如：變壓器前級(jí)的負(fù)極)要比直接連到地線對(duì)EMI干擾的抑制更有效。

開(kāi)關(guān)電源電路中的噪聲活躍節(jié)點(diǎn)通常都是成對(duì)存在的，這些成對(duì)節(jié)點(diǎn)之間的相位相反，利用這一特點(diǎn)活躍節(jié)點(diǎn)相位平衡繞法對(duì)EMI抑制的有效性高于傳統(tǒng)的隔離式設(shè)計(jì)。由于不需要添加隔離金屬層，變壓器的體積與成本都能被有效減小或降低。

作者：蔡辰辰、陸元成、邱榮斌，華南理工大學(xué)物理系