【摘 要】
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开关电源在高频高功率密度的发展趋势下,解决由快速开关动作引起的EMI超标已经成为无法避免的设计环节,但额外的EMI优化成本往往导致产品竞争力严重下滑。在不影响性能的前提下找到能有效解决EMI问题的低成本方案具有重要的研究与应用价值。反激变换器作为现阶段消费类电子的常用电源拓扑,通常采用添加原副边Y电容形成低阻抗通路来减少EMI噪声,但随之而来的却是泄漏电流的大幅增加。这不仅导致因无法满足国家安全标
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开关电源在高频高功率密度的发展趋势下,解决由快速开关动作引起的EMI超标已经成为无法避免的设计环节,但额外的EMI优化成本往往导致产品竞争力严重下滑。在不影响性能的前提下找到能有效解决EMI问题的低成本方案具有重要的研究与应用价值。反激变换器作为现阶段消费类电子的常用电源拓扑,通常采用添加原副边Y电容形成低阻抗通路来减少EMI噪声,但随之而来的却是泄漏电流的大幅增加。这不仅导致因无法满足国家安全标准,更直接危害产品使用者的生命安全。本文首先阐述了反激变换器不同工作模式下的EMI传导辐射机理,对去Y电容条件下的EMI传导路径进行精确建模分析。基于该传导模型解释了共模/差模噪声互相转换对EMI高频性能的影响。为了在去除原副边Y电容的情况下同时满足泄漏电流安全标准、EMI测试标准以及变换器性能指标,分别从EMI滤波器与变压器两方面提出了优化设计:在EMI滤波器方面,基于互感、互电容转化理论提出两种新型滤波电感设计方案,可以有效抑制寄生电容效应,改善高频滤波性能。并结合平面EMI滤波器的精确绕组结构模型,通过计算推导,确定两种方案的最优参数设计。在变压器方面,针对CPES现有优化结构存在的噪声抑制效果不足、绕组布局限制过多、参数设计不明确等缺陷,提出了一种新型变压器EMI优化结构。在考虑所有变压器位移电流通路的情况下,理论上实现原副边噪声电流为0的优化效果。并基于位移电流守恒定律建立精确的变压器集总电容模型,确定新型变压器结构的最优匝比设置与绕组排布。上述EMI优化方案通过ANSYS、Pspice以及MATLAB联合仿真,并基于18W反激变换器样机测试进行了实际测试。采用本文EMI优化方案的样机相较CPES现阶段使用的去Y电容EMI优化方案(即采用了传统平面EMI滤波器以及平衡绕组法变压器)的样机,EMI测试结果在高频超标点2MHz附近下降约20d B,对于低频超标点200KHz附近指有15d B左右的优化效果,有效实现了EMI优化。同时对于反激变换器电气性能,包括待机功耗、平均功耗、启动时间等并没有出现恶化,满足样机电气设计指标。
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