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次級輸出整流管放在高端或低端EMI差異原因

2023-12-27 13:33| 发布者: 闪电| 查看: 1| 评论: 0

摘要: 反激變換器次級輸出整流二級管或同步MOSFET,放在高端(輸出電源端)或放在低端(輸出地端),這二種情況下,電源系統EMI結果會有較大差異。通常,其放在高端EMI效果更好、餘量更大,下面就來分析這個原因。開關電源 ...
反激變換器次級輸出整流二級管或同步MOSFET,放在高端(輸出電源端)或放在低端(輸出地端),這二種情況下,電源系統EMI結果會有較大差異。通常,其放在高端EMI效果更好、餘量更大,下面就來分析這個原因。開關電源中,功率器件高頻開通、關斷操作導致電流和電壓的快速變化是產生EMI的主要原因。電路的電感及寄生電感中快速電流變化產生磁場,從而產生較高電壓尖峰: VL = LS · diL /dt   
電路的電容及寄生電容中快速電壓變化產生電場,從而產生較高電流尖峰:iC = C · duc /dt
磁場和電場的干擾噪聲,和變化的電壓和電流及耦合通道如寄生電感和電容直接相關,控制EMI的主要方法有:

1、減小電壓變化率du/dt和電流變化率di/dt

    如控制開關管的開關速度、外部使用吸收電路等。   

2、減小相應寄生雜散電感和寄生耦合電容
    如開關管所在迴路儘可能短並用寬的PCB 銅箔,減小電壓動態變化的開關節點的PCB銅箔面積;優化變壓器結構,減少繞組層數、初級採用三明治繞法、初級和次級繞組之間增加屏蔽銅皮或屏蔽繞組。

3、干擾噪聲電流的補償抵消
   初級和次級繞組之間增加補償繞組、優化初級和次級的動點和靜點的位置,讓干擾的電流信號相互抵消。電壓不發生變化的節點,稱為靜點;電壓發生變化的節點,稱為動點。
次級輸出整流二級管或同步MOSFET,放在高端和放在低端EMI的差異,就是上面第3種情況。
    

反激變換器變壓器次級繞組的上端和開關節點SW(功率MOSFET的漏極)為同名端,如圖1所示。C1為開關節點SW和次級繞組下端之間的寄生電容;C2為初級電源正端和次級繞組上端之間的寄生電容;CSW為開關節點的空間寄生電容;C3為輸出地的空間寄生電容。   
                                                                                                   

 1、輸出整流二極體放在高端   
   輸出整流二極體放在高端,輸入的電源正端、次級繞組下端(輸出地)是靜點。開關管關斷時,功率MOSFET的VDS電壓以非常大的dV/dt上升,如圖2所示。
                                                                                                                   


初級和次級的寄生電容C1在dV/dt的影響下,初級和次級之間產生干擾電流信號I1。同樣,次級繞組上端電壓也隨之以一定的dV/dt上升,初級和次級的寄生電容C2在dV/dt的影響下,初級和次級之間產生干擾電流信號I2。C1的電流I1、C2的電流I2,它們的方向如圖3所示。

                                                                                                 
                                                                                                              
變壓器次級的干擾電流信號都要通過輸出地的空間電容C3流回到檢測設備大地,因此,流過C3的電流IGND為: IGND = I1 - I2
可以看到,干擾電流I1的一部分通過I2流過到初級,減少總的干擾電流IGND,相當於通過C2補償、抵消一部分C1產生的干擾電流。

2、輸出整流二極體放在低端
輸出整流二極體放在低端,輸入電源正端、次級繞組上端(電源輸出)是靜點。
開關管關斷時,C2中沒有干擾電流流過。次級繞組下端電壓,卻以一定的dV/dt下降,因此,寄生電容C1之間總的dV/dt變大,那麼,初級和次級之間產生干擾電流信號I1’就會大於I1;同時,這個電流全部流向輸出地的空間電容C3: IGND‘= I1’> I1 > IGND
C1的電流I1‘、C3的電流I3’,它們的方向如圖4所示。可以看到,C1產生的干擾電流無法得到C2的補償、抵消,因此,EMI結果變差。
                                                                                                                       

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