在電力電子係統中
，MOSFET，二極管等器件在高頻開關過程中會產生高dv/dt節點與高di/dt環路，這些是EMI產生的根本原因。而傳導EMI噪聲可通過纜線或其他導體傳到受害設備。一些測試標準(如CISPR22，EN55032/22等)規定了其限值。

 

傳導EMI可根據傳播途徑的不同分為兩類：差模和共模。差模噪聲(DM)主zhu要yao在zai兩liang條tiao線xian間jian流liu動dong

，而er共gong模mo電dian流liu則ze可ke通tong過guo設she備bei對dui地di的de雜za散san電dian容rong以yi位wei移yi電dian流liu的de形xing式shi流liu到dao地di上shang，再zai流liu回hui電dian網wang。這zhe兩liang種zhong噪zao聲sheng的de傳chuan播bo途tu徑jing和he抑yi製zhi機ji理li不bu同tong。在zai測ce量liang中zhong
，我wo們men可ke以yi使shi用yong噪zao聲sheng分fen離li器qi來lai得de到dao它ta們men，據ju此ci就jiu可ke知zhi道dao造zao成chengEMI超(chao)標(biao)的(de)原(yuan)因(yin)到(dao)底(di)是(shi)差(cha)模(mo)還(hai)是(shi)共(gong)模(mo)噪(zao)聲(sheng)。值(zhi)得(de)一(yi)提(ti)的(de)是(shi)，對(dui)於(yu)隔(ge)離(li)型(xing)的(de)變(bian)換(huan)器(qi)來(lai)說(shuo)，其(qi)變(bian)壓(ya)器(qi)設(she)計(ji)針(zhen)對(dui)的(de)是(shi)共(gong)模(mo)噪(zao)聲(sheng)。下(xia)圖(tu)表(biao)示(shi)了(le)一(yi)個(ge)反(fan)激(ji)變(bian)換(huan)器(qi)中(zhong)的(de)共(gong)模(mo)噪(zao)聲(sheng)路(lu)徑(jing)。

 

Fig. 2. 反激變換器中的共模噪聲通路。

 

在反激變換器中，共模電流一般有兩條路徑。一是從原邊MOS管的漏級通過對地的雜散電容流到參考地上
，並通過接在設備和參考地之間的LISNs流回被測設備;二是通過變壓器流到副邊，再通過副邊對地的雜散電容流到參考地，最終回到被測設備。對於第一條通路
，在很多情況中，由於MOS有自身散熱器，通過把散熱器接地即可將共模電流引回原邊地而不會產生噪聲。這時，變壓器的設計對於共模電流的抑製就至關重要。

 

變壓器與反激變換器建模

 

Fig. 3. 傳統兩繞組變壓器模型。

 

傳chuan統tong變bian壓ya器qi的de建jian模mo一yi般ban是shi在zai每mei兩liang個ge節jie點dian之zhi間jian連lian接jie雜za散san電dian容rong。同tong時shi，因yin為wei原yuan副fu邊bian電dian壓ya可ke以yi用yong兩liang個ge有you線xian性xing關guan係xi的de電dian壓ya源yuan等deng效xiao，適shi當dang化hua簡jian後hou剩sheng下xia四si個ge電dian容rong。然ran而er，在zai實shi際ji電dian路lu中zhong，通tong常chang我wo們men會hui使shi用yong多duo繞rao組zu變bian壓ya器qi，比bi如ru需xu要yao給gei芯xin片pian供gong電dian的de輔fu助zhu繞rao組zu，多duo個ge輸shu出chu繞rao組zu等deng等deng。這zhe時shi
，模mo型xing會hui變bian得de非fei常chang複fu雜za
，因yin此ci
，對dui變bian壓ya器qi進jin行xing建jian模mo和he簡jian化hua很hen有you實shi際ji意yi義yi。

 

Fig. 4. 多繞組變壓器及其兩電容模型。

 

youyuraozudianyadexianxingguanxi，tongguotuidaokedechu，jinyongyigedianyayuanyijilianggedengxiaodianrongjikebiaozhengtadegongmotexing。dianyayuanjiweiyuanbianraozushangdedianya，erlianggedengxiaodianrongdeheshibianyaqiyuanfubianzhijiandezongdianrong，tamenfenbiebiaoshichanshenghebuchanshenggongmodianliudedianrong。

 

在得到了變壓器模型之後，我們將把它放在反激變換器中來得到EMI模型。EMIjianmodediyibushibakaiguanyongdianliuyuanhuodianyayuanjinxingdengxiao，dengxiaozhihou，dianlugechudedianliuhedianyayiranbubian。ranhoukeyishiyongdiejiadinglilaijutifenximeiyigeyuandeyingxiang。duiyufanjibianhuanqi
，zaibianyaqilouganyingxiangbuxianzhudeqiantixia
，shijishangduiqidaozuoyongdeyuanzhiyouyuanbianMOS管兩端的電壓。因此，我們可以得到最終如下圖示的模型。ZED代表共模濾波器阻抗，Cy代表原副邊之間的Y電容，ZSG代表副邊地對地的寄生阻抗。

 

Fig. 5. 反激變換器共模EMI噪聲模型

 

根據模型可以知道，解決共模噪聲的主要途徑是增大共模濾波器，增加Y電容以及通過變壓器設計來減小CBD的影響。其中
，增加共模濾波器意味著體積更大，增加Y電容會增大漏電流
，因此，最佳方案則為變壓器的優化。

 

通過跨接電容減小EMI

 

對變壓器的優化，核心問題將產生噪聲的等效電容減小至零。那麼如何來減小呢?shouxianwomenxuyaoyouyizhongfangbiandefangfalaidedaolianggedengxiaodianrongdezhi。shijishang，zongdianrongkeyitongguofenbiejiangyuanbianduanjie，fubianduanjie，bingzhijieceliangyuanfubianzhijianzukangdedao;而兩電容的比例可通過在原邊加激勵，並測量分壓關係得到。

 

在得到電容的值之後，一個最直接的補償方法也就呼之欲出了。如果CBD為正，則可在副邊高電位跳動點到原邊地直接跨接一個電容;如果CBD為負
，則可以在原邊高電位和副邊地之間跨接一個電容。接法如圖6所示。在補償之後，可以再次測量兩電容的值，來判斷是否達到了理想的補償效果。

 

Fig. 6. 共模EMI噪聲補償電容的接法

 

圖7所示為跨接補償電容將CBD平衡至零之前和之後測量的共模EMI噪聲。可以發現
，共模噪聲雖然有一定的改善，但仍未降到非常低的水準。

 

Fig. 7. 跨接補償電容前後的共模噪聲比較

 

因此，我們有必要分析其他的原因。由於變壓器放置在PCBshang
，bianyaqidecixinlinjinyuanfubiankaiguanguandesanreqi，chucizhiwai
，zaibianyaqineibuhuiyouyuanbianhuozhefubianraozulinjincixin。yinci，huichanshengruxiatusuoshidezasandianrong。zaiEMIpinduan
，cixinyinweiyoujiaogaodejiedianchangshukeyijinsiduanlu，ergongmozaoshengjianghuitongguozhexiezasandianrongjinxingchuanbo。weilejiejuezhegewenti，keyijiangcixinjieyuanbiandi，cixindaoyuanbiandidedianrongjibeiduanlu
，ercixindaofubiandidedianrongzechengweiyigebuchanshenggongmozaoshengdeY電容。原邊繞組到磁芯的電流會直接流回原邊地，不經過LISN;而為了解決副邊繞組到原邊的電流，可以在繞製的時候使得副邊繞組不臨近磁芯。

 

Fig. 8. 變壓器磁芯的近場電場耦合與解決方法

 

磁芯可以用銅皮膠帶環包並引線連到原邊地上。下圖比較了幾種情況的EMI噪聲：原始噪聲
，隻用平衡電容

，平衡電容+不接地屏蔽層，平衡電容+接地屏蔽層。從圖9中可知
，屏蔽層不接地是無效的，這也佐證了這個問題根源是電場的耦合。在接地之後
，噪聲可以降低到非常低的水準。

 

Fig. 9. 變壓器磁芯屏蔽的影響

 

通過變壓器繞組設計減小EMI

 

跨接電容雖然可以減小EMI，但(dan)是(shi)並(bing)不(bu)是(shi)最(zui)佳(jia)方(fang)案(an)，因(yin)為(wei)增(zeng)加(jia)了(le)一(yi)個(ge)安(an)規(gui)電(dian)容(rong)的(de)成(cheng)本(ben)，且(qie)可(ke)能(neng)使(shi)得(de)原(yuan)副(fu)邊(bian)漏(lou)電(dian)流(liu)增(zeng)大(da)。所(suo)以(yi)它(ta)最(zui)好(hao)作(zuo)為(wei)變(bian)壓(ya)器(qi)結(jie)構(gou)不(bu)方(fang)便(bian)再(zai)做(zuo)修(xiu)改(gai)時(shi)的(de)一(yi)種(zhong)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。實(shi)際(ji)上(shang)
，變(bian)壓(ya)器(qi)也(ye)可(ke)以(yi)直(zhi)接(jie)通(tong)過(guo)繞(rao)組(zu)設(she)計(ji)來(lai)減(jian)小(xiao)EMI。

 

Fig.10. 變壓器連接及其繞組截麵圖示例

 

圖10中
，對於相鄰繞組來說，如果認為繞組是均勻且緊密繞製的
，其總電容(CPS)是可以用間距為d，相對麵積為2πrh的平行板電容器來計算的
，其中d為繞組間距，h為繞組高度，r為繞組對磁芯中心的距離。此外，由於繞組兩端的dv/dt已知，若假設此dv/dt沿繞組均勻變化，則相鄰繞組間流過的共模電流可以積分求得。

 

個更為簡明的結論是，相鄰繞組間的共模電流
，與相鄰繞組的dv/dt的平均值的差成正比。因此，設計時的原則即是盡量減小相鄰原副邊繞組的dv/dt之差。

 

以圖11中的變壓器為例，我們想要設計的變壓器有三層原邊(每層匝數Np)
，一層副邊(匝數為Ns)和一層輔助繞組(匝數為Na)，那麼我們先可以先畫出所有繞組的壓降。然後我們選取差值最小的兩個繞組(原邊第一層與輔助繞組)來和副邊臨近。同時考慮到使用三明治繞法來減小漏感，則得到圖中的繞組結構。

 

Fig.11. 變壓器繞組dV/dt與結構的選擇

 

需要注意的是，圖11中dV/dt的方向和變壓器繞組的極性是有關係的。而這也會和電路的拓撲有關。圖12所示為副邊二極管分別在高側和低側時的繞組dv/dt變化圖，可見，當二極管或同步整流管在高側時，EMI噪聲更低。

 

Fig.12. 副邊二極管(或同步整流管)在高、低側的繞組dv/dt示意圖

 

很多情況下
，僅僅調整相鄰繞組的位置並不能讓我們完全平衡EMI。這時，有兩種方法可以采用
，一是傳統方法，即在相鄰的原副邊之間加屏蔽層並將其接地;二是使用補償繞組。補償繞組是一個一端接地，另一端懸空的繞組。它的優勢在於便於自動化生產，且相同體積下對EMI的補償能力更強。

 

補償繞組的接法也是比較靈活的，既可以接在原邊也可以接在副邊(接在副邊需要使用三層絕緣線)，圖13給出了兩電容模型中CBD為正值時的接法：既(ji)可(ke)以(yi)從(cong)原(yuan)邊(bian)地(di)開(kai)始(shi)，以(yi)相(xiang)對(dui)原(yuan)邊(bian)的(de)相(xiang)反(fan)極(ji)性(xing)繞(rao)製(zhi)，也(ye)可(ke)以(yi)從(cong)副(fu)邊(bian)高(gao)電(dian)位(wei)開(kai)始(shi)
，以(yi)相(xiang)對(dui)副(fu)邊(bian)的(de)相(xiang)同(tong)極(ji)性(xing)繼(ji)續(xu)繞(rao)製(zhi)。繞(rao)製(zhi)完(wan)成(cheng)後(hou)，可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)測(ce)量(liang)兩(liang)電(dian)容(rong)來(lai)確(que)定(ding)變(bian)壓(ya)器(qi)已(yi)經(jing)達(da)到(dao)平(ping)衡(heng)。

 

Fig.13. CBD為正時補償繞組的接法示意圖

 

圖14給gei出chu了le采cai用yong跨kua接jie電dian容rong和he使shi用yong帶dai補bu償chang繞rao組zu變bian壓ya器qi的de反fan激ji變bian換huan器qi的de共gong模mo噪zao聲sheng對dui比bi。從cong圖tu中zhong可ke見jian，使shi用yong補bu償chang繞rao組zu也ye可ke以yi取qu得de良liang好hao的de效xiao果guo，並bing將jiang共gong模moEMI噪聲降到足夠低的水平。

 

Fig.14. CBD為正時補償繞組的接法示意圖