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无Y电容适配器传导整改分析

目前, Y 电容广泛的应用在开关电源中,但是 Y 电容的存在也会产生一些弊端,如输入输出端会产生更大的漏电流,具有 Y 电容的金属壳适配器会使人产生触电的危险,对语音设备产生杂音等,因此很多制造商开始采用无 Y 的适配器。然而去除 Y 电容对于 EMI 的设计带来了困难,具有抖频的 IC 在一定程度上可以改善 EMI,但也不能保证绝对通过 EMI,我们必须在电路和变压器结构上进行改进,保证其通过EMI 测试。
   
众所周知, EMI 包括 EMC EMS 两大块,而 EMC 中的传导干扰CE 和辐射干扰 RE 是我们做适配器接触最频繁的两项。影响传导的好坏主要由 PCB 板环路和变压器形成差模和共模电流大小决定,而当我们 layout 完之后就很大程度上取决于变压器的结构是什么样的。 对于差模共模回路以及配合变压器所产生的差模共模电流大小,我们在这里将不进行分析。但是我们永远要记住一点:电压的变化是产生差模电流和共模电流的根本原因,寄生电容是其流动的通道。 通过这点我们可以推导出根据初次级间 Y 电容的电压波形来分析。我们将采用一种简单直观的测试方法来分析传导的好坏,通过观看初次级静点之间的浮空电压波形大小和补偿度作为参考来判别。
   
实例分析: 12V1.5A 适配器 , 变压器为 EF20 卧式, 将 22K1/2W 插件电阻和 102 Y 电容串联,电阻端接 BULK 电容地,电容端接次级的地,用 10X 的探头 200M 带宽测量电阻两端的电压波形。
    12V 1.5A
输出功率 18W,考虑到功率不大,我们可以采取顺绕, EMC 容易处理。 三明治绕法比顺绕具有复杂性和多变性,用顺绕便于我们分析,但是三明治绕法分析的大体方向是一致的,只要我们知道怎么去分析的话,就必然会找到最合适的变压器绕法。 我们常规的绕法在满足工艺成本的前提下,一般保证每层尽量平整、绕满,然后就是各绕组的正反绕、变化绕组的层次位置、绕组铜箔屏蔽加减、磁芯的屏蔽接地等方式,只要我们运用好以上几点,就一定能找到合适的变压器绕法。

首先我们采取最常规绕法:初级-次级-Vcc,分以下两种绕法



   在这里先讲一下分析波形的对称轴和补偿度问题,我们以 mos管关断时刻为 Y 轴,以波形的水平中心线为 X 轴, X 轴的右半部分偏向 Y 轴,我们认为是欠补偿(偏正), 应该加铜箔屏蔽或磁芯接地; 相反 X 轴的左半部分偏向 Y 轴,我们认为是过补偿(偏负),应该减铜箔。为了更好的找准 X Y 轴,看下图一目了然。 (两种波形完全相反)  

#1-Y #2-Y 波形得知波形都是欠补偿, Y 电压较高。要想减小Y 电压,我们需加铜箔进行改善。 #2-Y 电压较低,可以在其基础上改动,加铜箔常见的有以下两种加法: #3  



     如上图所知, #4 Y 电压较低,有欠补偿现象,仍需加铜箔。加铜箔可以是延长铜箔又或者是另外再加一段铜箔。再做以下 3 种绕法



从以上 3 张图可以看出#5 #6 是欠补偿, Y 电压下降, #7 是过补偿,Y 电压增大,由此可知加铜箔长度和位置有一定的限度,有时候会适得其反,我们在#5 基础上铜箔加长到 44mm,发现 Y 电压为 10.06V,欠补偿,变差了。我们将#5 #6Y 电压是可以的,分别将磁芯接地测量Y 电压波形分别为 3.87V 3.61V,均有欠补偿现象。如下图所示:  



我们挑选 Y 电压 3.61V 的变压器去测试传导:如下图所示  


传导余量很大,都有 10db 以上, 以上所有变压器对应的传导波形均有测量,这里就不展示出来,但有一个规律, Y 电压小的变压器,对应的传导均会好点, 由此可见 Y 电压低传导效果会比较好。

最后总结分析: Y 电压波形欠补偿,我们可以加铜箔或磁芯接地;Y 电压波形过补偿,我们可以减铜箔;在加减铜箔的时候要有一定的度,一步一步的分析,从而获得 Y 电压最低的变压器。一般来说小于40W 以内的适配器, Y 电压小于 10V, 而且基于开关频率的开关波形不明显, 传导都是可以的,辐射并不遵循这一规律。值得一提的是在上的波形中,我们只涉及到波形的幅值大小和补偿的问题,其实还有波形的尖刺、 震荡以及磁芯的电压都是有待于分析的。  

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