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怎么经过变压器的规划来下降传导EMI

发布时间:2021-11-18 14:21:33 来源:williamhill中国官网 点击次数:46 作者:williamhill中国官网

  元件也需求减小或移除。而其EMI问题则成为了要害瓶颈。本次同享以反激(Flyback)变换器为例,来阐明怎么经过变压器的规划来下降传导EMI。

  在电力电子体系中,MOSFET二极管等器材在高频开关进程中会发生高dv/dt节点与高di/dt环路,这些是EMI发生的根本原因。而传导EMI噪声可经过缆线或其他导体传到受害设备。一些测验规范(如CISPR22,EN55032/22等)规则了其限值。

  传导EMI可依据传达途径的不同分为两类:差模和共模。差模噪声(DM)首要在两条线间活动,而共模电流则可经过设备对地的杂散电容以位移电流的办法流到地上,再流回电网。这两种噪声的传达途径和按捺机理不同。在丈量中,咱们能够运用噪声分离器来得到它们,据此就可知道构成EMI超支的原因到底是差模仍是共模噪声。值得一提的是,关于阻隔型的变换器来说,其变压器规划针对的是共模噪声。下图表明了一个反激变换器中的共模噪声途径。

  在反激变换器中,共模电流一般有两条途径。一是从原边MOS管的漏级经过对地的杂散电容流到参阅地上,并经过接在设备和参阅地之间的LISNs流回被测设备;二是经过变压器流到副边,再经过副边对地的杂散电容流到参阅地,终究回到被测设备。关于第一条通路,在许多状况中,由于MOS有本身散热器,经过把散热器接地即可将共模电流引回原边地而不会发生噪声。这时,变压器的规划关于共模电流的按捺就至关重要。

  传统变压器的建模一般是在每两个节点之间衔接杂散电容。一起,由于原副边电压能够用两个有线性联络的电压源等效,恰当化简后剩余四个电容。可是,在实践电路中,一般咱们会运用多绕组变压器,比方需求给芯片供电的辅佐绕组,多个输出绕组等等。这时,模型会变得十分复杂,因而,对变压器进行建模和简化很有实践意义。

  由于绕组电压的线性联络,经过推导可得出,仅用一个电压源以及两个等效电容即可表征它的共模特性。电压源即为原边绕组上的电压,而两个等效电容的和是变压器原副边之间的总电容,它们别离表明发生和不发生共模电流的电容。

  在得到了变压器模型之后,咱们将把它放在反激变换器中来得到EMI模型。EMI建模的第一步是把开关用电流源或电压源进行等效,等效之后,电路遍地的电流和电压仍然不变。然后能够运用叠加定理来具体剖析每一个源的影响。关于反激变换器,在变压器漏感影响不明显的前提下,实践上对起到效果的源只需原边MOS管两头的电压。因而,咱们能够得到终究如下图示的模型。ZED代表共模滤波器阻抗,Cy代表原副边之间的Y电容,ZSG代表副边地对地的寄生阻抗。

  依据模型能够知道,处理共模噪声的首要途径是增大共模滤波器,添加Y电容以及经过变压器规划来减小CBD的影响。其间,添加共模滤波器意味着体积更大,添加Y电容会增大漏电流,因而,最佳计划则为变压器的优化。

  对变压器的优化,中心问题将发生噪声的等效电容减小至零。那么怎么来减小呢?首要咱们需求有一种便利的办法来得到两个等效电容的值。实践上,总电容能够经过别离将原边短接,副边短接,并直接丈量原副边之间阻抗得到;而两电容的份额可经过在原边加鼓励,并丈量分压联络得到。

  在得到电容的值之后,一个最直接的补偿办法也就呼之欲出了。假如CBD为正,则可在副边高电位跳动点到原边地直接跨接一个电容;假如CBD为负,则能够在原边高电位和副边地之间跨接一个电容。接法如图6所示。在补偿之后,能够再次丈量两电容的值,来判别是否到达了抱负的补偿效果。

  图7所示为跨接补偿电容将CBD平衡至零之前和之后丈量的共模EMI噪声。能够发现,共模噪声尽管有必定的改进,但仍未降到十分低的水准。

  因而,咱们有必要剖析其他的原因。由于变压器放置在PCB上,变压器的磁芯接近原副边开关管的散热器,除此之外,在变压器内部会有原边或许副边绕组接近磁芯。因而,会发生如下图所示的杂散电容。在EMI频段,磁芯由于有较高的介电常数能够近似短路,而共模噪声将会经过这些杂散电容进行传达。为了处理这个问题,能够将磁芯接原边地,磁芯到原边地的电容即被短路,而磁芯到副边地的电容则成为一个不发生共模噪声的Y电容。原边绕组到磁芯的电流会直接流回原边地,不经过LISN;而为了处理副边绕组到原边的电流,能够在绕制的时分使得副边绕组不接近磁芯。

  磁芯能够用铜皮胶带环包并引线连到原边地上。下图比较了几种状况的EMI噪声:原始噪声,只用平衡电容,平衡电容+不接地屏蔽层,平衡电容+接地屏蔽层。从图9中可知,屏蔽层不接地是无效的,这也佐证了这个问题本源是电场的耦合。在接地之后,噪声能够下降到十分低的水准。

  跨接电容尽管能够减小EMI,可是并不是最佳计划,由于添加了一个安规电容的本钱,且或许使得原副边漏电流增大。所以它最好作为变压器结构不便利再做修改时的一种处理计划。实践上,变压器也能够直接经过绕组规划来减小EMI。

  图10中,关于相邻绕组来说,假如以为绕组是均匀且严密绕制的,其总电容(CPS)是能够用间隔为d,相对面积为2πrh的平行板电容器来核算的,其间d为绕组间隔,h为绕组高度,r为绕组对磁芯中心的间隔。此外,由于绕组两头的dv/dt已知,若假定此dv/dt沿绕组均匀改动,则相邻绕组间流过的共模电流能够积分求得。

  个更为简明的结论是,相邻绕组间的共模电流,与相邻绕组的dv/dt的均匀值的差成正比。因而,规划时的准则便是尽量减小相邻原副边绕组的dv/dt之差。

  以图11中的变压器为例,咱们想要规划的变压器有三层原边(每层匝数Np),一层副边(匝数为Ns)和一层辅佐绕组(匝数为Na),那么咱们先能够先画出一切绕组的压降。然后咱们选取差值最小的两个绕组(原边第一层与辅佐绕组)来和副边接近。一起考虑到运用三明治绕法来减小漏感,则得到图中的绕组结构。

  需求留意的是,图11中dV/dt的方向和变压器绕组的极性是有联络的。而这也会和电路的拓扑有关。图12所示为副边二极管别离在高侧和低侧时的绕组dv/dt改动图,可见,当二极管或同步整流管在高侧时,EMI噪声更低。

  整相邻绕组的方位并不能让咱们彻底平衡EMI。这时,有两种办法能够选用,一是传统办法,即在相邻的原副边之间加屏蔽层并将其接地;二是运用补偿绕组。补偿绕组是一个一端接地,另一端悬空的绕组。它的优势在于便于主动化出产,且相同体积下对EMI的补偿才能更强。

  补偿绕组的接法也是比较灵敏的,既能够接在原边也能够接在副边(接在副边需求运用三层绝缘线给出了两电容模型中CBD为正值时的接法:既能够从原边地开端,以相对原边的相反极性绕制,也能够从副边高电位开端,以相对副边的相同极性持续绕制。绕制完成后,能够经过丈量两电容来确认变压器现已到达平衡。

  图14给出了选用跨接电容和运用带补偿绕组变压器的反激变换器的共模噪声比照。从图中可见,运用补偿绕组也能够取得杰出的效果,并将共模EMI噪声降到足够低的水平。

  以上便是这次同享中的全部内容了,假如关于变压器规划其他的一些细节感兴趣(比方漏感影响,近场耦合等等),能够参看视频中的参阅文献来进一步了解与沟通。十分感谢阅览。

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  微集成器材供给单组件处理计划,能够在不需求续流二极管的状况下切换感应负载,如继电器,螺线管和小型直流电机。它承受逻辑电平输入,因而答应它由各种设备驱动,包含逻辑门,逆变器和微操控器。 特性 在DC之间供给强壮的接口继电器线伏特下驱动额定电流高达150 mA的继电器线个离散组件 内部齐纳二极管消除了对自在二极管的需求 满意负载转储和其他轿车标准 运用 终端产品 驱动窗口,门闩,门,天线继电器 轿车 工业设备 电路图、引脚图和封装图...

  MC79L 线负线性稳压器是一款价格低廉,易于运用的器材,适用于需求高达100 mA电流的很多运用。与功率更高的MC7900系列负调理器相同,该线性稳压器具有热关断和电流约束功用,使其十分坚固耐用。在大多数运用中,无需外部元件即可运转。 MC79L00线性稳压器适用于卡上调理或需求适度电流水平的稳压负电压的任何其他运用。与常见的电阻/齐纳二极管办法比较,该稳压器具有明显的优势。 标准: MC79L00AB MC79L00AC 容差 4% 4% 温度规模 -40°C到+ 125°C 0°C至+ 125°C 封装 SOIC-8,TO-92 SOIC-8,TO-92 特性 无需外部组件 内部短路电流约束 内部热过载维护 低本钱 供给的互补正稳压器(MC78L00系列) 无铅封装是Av ailable 电路图、引脚图和封装图...

  MC78L 线A系列线性稳压器是价格低廉,易于运用的器材,适用于需求高达100 mA稳压电源的很多运用。与其更高功率的MC7800和MC78M00系列同类产品相同,这些稳压器具有内部限流和热关断功用,使其十分坚固耐用。在许多运用中,MC78L00设备无需外部组件。与传统的齐纳二极管 - 电阻器组合比较,这些线性稳压器具有明显的功用优势,由于输出阻抗和静态电流明显下降。 标准: MC78L00AB MC78L00AC 容差 4% 4% 温度规模 -40°C至+ 125°C 0°C至+ 125°C 封装 SOIC-8,TO-92 SOIC-8,TO-92,SOT -89 特性 广泛的可用固定输出电压 低本钱 内部短路电流约束 内部热过载维护 无需外部组件 互补供给负调理器(MC79L00系列) 无铅封装是Av ailable 电路图、引脚图和封装图...

  8是一款低功耗升压稳压器,旨在经过单节锂离子或锂离子电池供给安稳的3.3 V输出。输出电压选项固定为3.3 V,在VIN = 2.3 V时保证最大负载电流为200 mA,在VIN = 3.3 V时保证300 mA。关断办法下的输入电流小于1μA,然后最大极限地延伸电池寿数。 PFM操作是主动的而且“无毛病”。该稳压器可在低负载时坚持低至37μA静态电流的输出调理。内置功率晶体管,同步整流和低电源电流的组合使FAN4868成为电池供电运用的抱负挑选.FAN4868可在6-凸点0.4 mm间隔晶圆级芯片尺度封装(WLCSP)。 特性 运用少数外部元件作业:1μH电感和0402外壳尺度输入和输出电容 输入电压规模为2.3 V至3.2 V 固定3.3 V输出电压选项 最大负载电流

  150 mA,VIN = 2.3 V 最大负载电流300 mA,VIN = 2.7 V,VOUT = 3.3 V 低作业静态电流 True Load Disc关机期间的衔接 具有轻载省电办法的可变导通时刻脉冲频率调制(PFM) 内部同步整流器(无需外部二极管) 热关断和过载维护 6-Bump WLCSP,0.4 mm间隔 运用 终端产品 为3.3 V中心导轨供电 PDA...

  155将MOSFET驱动器,高端MOSFET和低端MOSFET集成在一个封装中。驱动器和MOSFET已针对高电流DC-DC降压功率转化运用进行了优化。与分立元件处理计划比较,NCP302155集成处理计划大大下降了封装寄生效应和电路板空间。 特性 均匀电流高达55A 能够以高达2 MHz的频率切换 兼容3.3 V或5 V PWM输入 支撑Intel®PowerState 4 运用3级PWM的零穿插检测选项 内部自举二极管 热正告输出和热关机 运用 终端产品 台式机和笔记本微处理器 服务器和作业站,V-Core和非V核DC-DC转化器 大电流DC-DC负载点转化器 小型电压调理器模块 电源和笔记本 电路图、引脚图和封装图...

  151将MOSFET驱动器,高端MOSFET和低端MOSFET集成到单个封装中。驱动器和MOSFET已针对高电流DC-DC降压功率转化运用进行了优化。与分立元件处理计划比较,NCP303151集成处理计划大大下降了封装寄生效应和电路板空间。 特性 能够到达50 A的均匀电流 30 V / 30 V击穿电压MOSFET具有更高的长时间牢靠性 能够以高达1 MHz的频率切换 与3.3兼容V或5 V PWM输入 正确呼应3级PWM输入 准确电流监测 具有3级PWM的过零检测选项 内部自举二极管 欠压确定 支撑英特尔®PowerState 4 运用 桌面和笔记本微处理器 图形卡 路由器和交换机 支撑英特尔®PowerState 4 电路图、引脚图和封装图...

  055将MOSFET驱动器,高端MOSFET和低端MOSFET集成在一个封装中。驱动器和MOSFET已针对高电流DC-DC降压功率转化运用进行了优化。与分立元件处理计划比较,NCP302055集成处理计划大大削减了封装寄生效应和电路板空间。 特性 均匀电流高达50A 能够以高达2 MHz的频率切换 兼容3.3 V或5 V PWM输入 支撑Intel®PowerState 4 运用3级PWM的零穿插检测选项 内部自举二极管 热正告输出和热关机 热关机 运用 终端产品 台式机和笔记本微处理器 服务器和作业站,V -Core和非V-DC DC-DC转化器 大电流DC-DC负载点转化器 小型电压调理器模块 电源和笔记本 电路图、引脚图和封装图...

  2是一款可调输出非同步升压操控器,用于驱动外部N沟道MOSFET。该器材选用峰值电流办法操控和内部斜率补偿。该IC集成了一个内部稳压器,为栅极驱动器供给电荷。维护功用包含内部设置软发动,欠压确定,逐周期电流约束,打嗝办法短路维护和热关断。其他功用包含低静态电流睡觉办法和外部同步开关频率。 特性 优势 工厂可编程 灵敏性 4.8 V至45 V操作 运用反极性维护二极管经过起动和负载转储进行操作 -40 C至150 C操作 轿车级 双功用启用/同步引脚 紧凑SOIC8包中的额定功用 运用 终端产品 仪表盘 引擎集群 发动/中止运用程序 导航 LED背光 轿车运用 电路图、引脚图和封装图...

  74是一款通用型四相同步降压操控器。它结合了差分电压检测,差分相电流检测和PWM VID接口,为核算机或图形操控器供给准确的稳压电源。它能够从处理器接纳节电指令(PSI),并以单相二极管仿真办法作业,以取得轻载时的高功率。双边缘多相PWM调制保证快速瞬态呼应,并尽或许削减电容。 运用 终端产品 GPU和CPU电源 显卡的电源办理 台式电脑 笔记本电脑 电路图、引脚图和封装图...