色哟哟视频在线观看-色哟哟视频在线-色哟哟欧美15最新在线-色哟哟免费在线观看-国产l精品国产亚洲区在线观看-国产l精品国产亚洲区久久

0
  • 聊天消息
  • 系統消息
  • 評論與回復
登錄后你可以
  • 下載海量資料
  • 學習在線課程
  • 觀看技術視頻
  • 寫文章/發帖/加入社區
會員中心
創作中心

完善資料讓更多小伙伴認識你,還能領取20積分哦,立即完善>

3天內不再提示

DC-DC 反激式電路的共模噪聲分析

電子設計 ? 來源:電子元件技術 ? 作者:Timothy Hegarty ? 2021-04-09 11:28 ? 次閱讀

本系列文章的第 5 和第 6 部分[1-7]介紹有助于抑制非隔離 DC-DC 穩壓器電路傳導和輻射電磁干擾 (EMI) 的實用指南和示例。當然,如果不考慮電隔離設計,DC-DC 電源 EMI 的任何處理方式都不全面,因為在這些電路中,電源變壓器的 EMI 性能對于整體 EMI 性能至關重要。

特別是,了解變壓器繞組間電容對共模 (CM) 發射噪聲的影響尤其重要。共模噪聲主要是由變壓器繞組間寄生電容以及電源開關與底盤/接地端之間的寄生電容內的位移電流所導致的。DC-DC 反激式轉換器已被廣泛用作隔離電源,本文專門對其 CM 噪聲進行了分析。

反激式拓撲

DC-DC 反激式電路[8-9]在工業與汽車市場領域應用廣泛,由于可輕松配置成單個或多個輸出,尤為適合低成本隔離式偏置軌。需要進行隔離的應用包括用于單相及三相電機驅動器高壓 MOSFET 柵極驅動器,以及工廠自動化和過程控制所用的回路供電傳感器和可編程邏輯控制器

反激式實現方案如圖 1 中的原理圖所示,該實現方案提供了一種結構簡單、元件器數量少的可靠解決方案。如果可以采用初級側穩壓 (PSR) 技術,則反饋穩壓無需使用光耦合器及其相關電路[8],從而能夠進一步減少元器件數量,簡化變壓器設計。具有功能型隔離的變壓器可直接實現電路接地隔離,而增強型隔離則用于安全要求極高的高壓應用。

pIYBAGBvyHyAJX2zAAGVIGD1Isg598.png

圖 1:采用典型的 24V 電源或 12V/48V 輸入(分別用于工業或汽車電池應用)的 DC-DC 反激式穩壓器。圖中已明確標出具有磁化作用的反激式變壓器、漏電感以及電路寄生電容

反激式開關波形特性

圖 2 所示為以非連續模式 (DCM) 和邊界導通模式 (BCM) 運行的反激式功率級(如圖 1 所示)的初級側 MOSFET 和次級側整流二極管電壓波形[8]。圖 2a 突出顯示了 DCM 模式下的開關波形,其中初級側 MOSFET 在開關節點諧振電壓擺幅的谷值附近導通。圖 2b 所示為 BCM 開關波形,其中準諧振 MOSFET 在從二次側繞組電流衰減到零起約半個諧振周期延遲之后導通。在 DCM 和 BCM 模式下,初級側 MOSFET 均在零電流時導通。

o4YBAGBvyJuAAHkbAAM5nIAir7g715.png

圖 2:以 DCM (a) 和 BCM (b) 模式運行的反激式轉換器初級側 MOSFET 和次級側二極管電壓波形;跨越初級側繞組的 DZ 電路可鉗位與漏電感相關的電壓尖峰

除了開關期間尖銳的電壓和電流邊沿,對于 EMI,電壓尖峰過沖以及隨后產生的振鈴特性尤為棘手。每次換向都會激勵開關與二極管寄生電容和變壓器漏電感之間的阻尼電壓和電流振蕩。圖 2 所示為 MOSFET 關斷時的開關節點電壓前沿尖峰和高頻振鈴。振鈴特性取決于與 MOSFET 輸出電容 (COSS) 諧振的初級側漏電感 (LLK-P) 以及變壓器初級側繞組電容 (CP)。類似地,二極管電壓振鈴取決于與二極管結電容 (CD) 諧振的二次側漏電感 (LLK-SEC) 及二次側繞組電容 (CS)。過沖和振鈴都會產生較高的瞬態電壓 (dv/dt),因此任何至接地端的電容耦合都會導致產生感應位移電流和 CM 噪聲。

以連續導通模式 (CCM) 工作時,主開關導通時反激二極管的反向恢復會產生額外的負面作用,使振鈴電壓升高并產生前沿尖峰電流,隨著恢復電流反映到初級側而流入初級側 MOSFET。注意,反激式磁性元器件主要相當于耦合電感,因為電流通常不會同時流入初級側和次級側繞組。只有在開關轉換期間才能出現真正的變壓器行為[10],此時電流同時流入初級側和次級側繞組(漏電感中的電流逐漸增大)。

隔離式 DC/DC 反激式轉換器中的 CM EMI

圖 3 所示為反激式穩壓器的原理圖,其中連接有用于測量 EMI 的線路阻抗穩定網絡 (LISN)。紅色虛線表示穿過寄生電容到達接地端并返回到 LISN 的 CM 噪聲電流主要傳播路徑。電容 CZ從初級側接地端 (PGND) 連接到次級側接地端 (SGND),將次級側的 CM 電流分流回初級側,其作用是分流流經 CSE并通過 LISN 返回的 CM 電流。

o4YBAGBvyLmARFpoAANAP8Xc0hc275.png

圖 3:雙線 DC-DC 反激式穩壓器(輸入端連接有 LISN)的 CM 噪聲電流傳播路徑。同時,還顯示了初級側基準的輔助輸出端

盡管初級側 MOSFET 漏極端子的高轉換率電壓是主要的 CM 噪聲源,但變壓器及其寄生電容是傳導 EMI 從初級側傳播到次級側的耦合通道,并且噪聲通過阻抗從輸出電路傳播到接地端。CM 電流主路徑(在圖 3 中由 ICM-SEC表示)為,從變壓器的初級側流到次級側,并通過阻抗從輸出電路流到接地端。與非隔離轉換器類似,使用較小的開關節點覆銅面積,將 MOSFET 散熱器(如果需要)連接到 PGND,同時避免開關節點完全通過過孔連接到電路板底部[7],這些措施都能消除從 MOSFET 漏極到接地端的耦合(在圖 3 中用 ICM-PRI表示)。

對于此處所述的情況,與變壓器相關的以下三大考量因素適用。

首先,緊密耦合變壓器繞組可以最大限度地降低漏電感,從而實現高效率和高可靠性,同時降低開關電壓應力。交錯設計是降低漏電感和繞組交流電阻的常用技術,因此,繞組間電容會相對變大。此外,對于具有印刷電路板 (PCB) 嵌入式繞組的平面變壓器,由于各個層堆疊緊密,各層的表面積大,因此,繞組間電容比傳統的繞線型設計更高。在任何情況下,將脈沖噪聲電壓源施加到這種分布式寄生電容,都會產生相對高的位移電流。該電流從初級側繞組流向次級側繞組,然后返回到接地端,從而產生較大的 CM 噪聲[11]。

其次,與寄生繞組間電容諧振的漏電感可能導致測得的 EMI 頻譜中出現明顯的高頻 CM 噪聲峰值。

第三,由于磁芯材料介電常數較高,對電場的阻抗低,因此,由高 dv/dt 節點產生的雜散近電場很容易通過變壓器磁芯耦合。然而,如果將磁芯包上銅箔并將銅箔連接到 PGND,則磁芯與地之間的寄生電容 (CME) 會很小。

通常,反激式變壓器設計的優化不僅關乎解決方案尺寸、外形、效率和熱性能,對 CM 噪聲性能也有巨大影響。

CM 噪聲分析模型

圖 4a 所示為雙繞組變壓器,初級側端子和次級側端子分別由(A、B)和(C、D)表示。端子 A 根據輸入總線電容等效連接到 PGND,在 CM 噪聲分析的適用頻率下表現為有效短路。圖 4b 顯示的是變壓器的傳統靜電模型。從節能角度來看,可建立包含六個電容的雙繞組變壓器的寄生電容模型,其中包括四個繞組間電容(C1、C2、C3、C4)和兩個繞組內電容(CP、CS)。

除了影響脈沖開關電壓波形的 dv/dt 之外,繞組內電容不影響從初級側到次級側的位移電流。此六電容此模型不必要地提高了復雜性,并增大了變壓器等效電容的計算難度。但是,用等效噪聲電壓源代替非線性開關器件(根據 CM 噪聲分析的替換定理[12])時,會將一個獨立或非獨立的噪聲電壓源與變壓器繞組并聯,并且可以去除兩個繞組內電容。繞組電容模型可簡化為四個集總電容,如圖 4c 所示,圖中 vSW和 vSW/NPS分別是初級側繞組和次級側繞組上的開關電壓源。假設漏電感較低,則繞組電壓會如預期般根據變壓器匝數比 NPS變化。

o4YBAGBvyQeAa9wgAAFWKZVXAXk392.png

圖 4.(a) 用于 CM 噪聲分析的雙繞組變壓器;(b) 六電容 CM 模型;(c) 四電容 CM 模型。

最后,當其中一個變壓器繞組等效連接到獨立電壓源(以替代非線性開關)時,兩個集總電容便足以表現出雙繞組變壓器繞組間寄生電容的特征。雙電容模型的推導與位移電流守恒原則一致[12,13]。如圖 5a 所示,可能的雙電容繞組電容模型總共有六種。圖 5b 顯示了其中一種可能的雙電容 CM 模型實現方案(使用電容 CAD和 CBD)及其相應的戴維寧等效電路。

pIYBAGBvySWALHW1AAFc2-PDzkg963.png

圖 5:(a) 六種可能的雙電容 CM 模型;(b) 雙電容 CM 模型及其戴維寧等效電路

雙電容 CM 噪聲模型可靈活地用于不同的隔離型穩壓器拓撲,并有助于通過實驗測量推導出變壓器集總電容模型[13]。CTOTAL是用阻抗分析儀測得的變壓器結構化繞組間電容,測量時將初級側和次級側端子短接,然后將變壓器用作單端口網絡。對初級側繞組端子(A、B)施加源阻抗為 50W 的開關頻率正弦激勵信號,并測量 VAD與 VAB的電壓比,可由公式 1 推導出 CBD:

pIYBAGBvyTGADb8hAACpM4m7ers103.png

顯然,該模型的優點是通過簡單的實驗測量即可輕松推導出寄生電容,而無需了解變壓器結構或電位沿繞組的分布情況[13]。

反激式穩壓器 CM 噪聲模型

圖 6 所示為具有初級側、次級側、輔助和屏蔽繞組的反激式變壓器的 CM 模型(與圖 3 類似,但包含一個初級側接地屏蔽繞組)。NA和 NSH分別是初級側繞組與輔助繞組以及初級側繞組與屏蔽繞組的匝數比。對于初級側繞組與輔助繞組的耦合以及初級側繞組與屏蔽繞組的耦合,由于電流僅在初級側流動,不會返回 LISN,因此對所測量的共模噪聲不產生影響,因此不考慮這些耦合。這樣,三個 4 電容電路便足以對初級側到次級側、輔助到次級側以及屏蔽到次級側繞組之間的耦合進行建模。根據用作 CM 噪聲低阻抗的輸入電容,初級側繞組的端子 A 與 PGND 短接。

pIYBAGBvyUOAFwEYAAG7-ckrvFs809.png

圖 6:(a) 多繞組反激式變壓器集總 CM 寄生電容模型;(b) 雙電容 CM 模型;(c) 戴維寧等效電路

根據前面的討論,只需要兩個獨立電容和一個電壓源即可描述 CM 特性,表達式已包括在圖 6 中。如前文所述,CTOTAL是測得的短路初級側基準繞組與短路次級側繞組之間的電容。

為建立圖 3 中反激式穩壓器的 CM 噪聲模型,圖 7 中用方框突出表示了隨后替換為適當雙電容 CM 變壓器模型的變壓器(包括初級側、次級側、輔助和屏蔽繞組)。根據替換定理,將電路中的非線性開關器件替換為時域電壓或電流波形與原始器件完全相同的電壓或電流源時,電路中的所有電壓和電流都不會發生變化。因此,電壓波形與 MOSFET 的漏源極電壓相同的電壓源 (VSW) 將代替 MOSFET。同樣,電流波形與二極管電流相同的電流源 (IDOUT和 IDCL) 將代替兩個二極管。替代后,電路中的電壓和電流保持不變。

同時,輸入和輸出電容對 CM 噪聲的阻抗非常小,因此可將其阻抗忽略。CM 扼流器串聯阻抗表示為 ZCM-CHOKE,25W 測量電阻反映了 LISN 的特征。最后,去除了對流經 LISN 的 CM 噪聲沒有顯著影響的寄生電容。圖 7a 呈現了應用替換定理后反激式穩壓器的 CM 噪聲模型[14]。

pIYBAGBvyWiAf92FAADDSFyKqOM850.png

圖 7:(a) 基于替換定理的反激式電路模型;(b) 應用疊加定理后反激式穩壓器的最終 CM 模型

與電壓源并聯或與電流源串聯的元器件對網絡中的電壓或電流無影響,因此可以去除。疊加定理可幫助分別分析 IDCL、IDOUT和 VSW的作用。顯然,IDCL和 IDOUT已短路,不會產生 CM 噪聲。圖 7b 顯示的是最終 CM 模型,公式 2 可計算在 LISN 測得的 CM 噪聲電壓:

pIYBAGBvyXeAfnL3AAEwqyKsnFI131.png

隨后,可以方便地應用包含測得的 VSW波形的電路仿真,對 CM 噪聲以及各個元器件所產生的影響進行分析。如果假設漏電感的阻抗遠低于總寄生繞組電容 CTOTAL,則可以認為該模型是準確的。顯然,減小 CBD和增大 ZCM-CHOKE或 CZ都會導致噪聲電壓降低。注意,如果根據公式 1 測得的 VAD為零,則 CBD實際上是零,基本上消除了通過變壓器的 CM 噪聲。這是非常方便的測試變壓器是否平衡的手段。

基于雙電容變壓器模型的 CM 噪聲模型的一般推導過程遵循以下六個步驟:

1. 應用替換定理,將非線性半導體器件替換為等效電壓源或電流源。替換的原則是,獲得易于分析的 CM 噪聲電路,同時避免電壓回路和電流節點。電壓源和電流源的時域波形應與原始器件相同。輸入電容和輸出電容對 CM 噪聲的阻抗非常小,因此視為短路。

2. 如果將其中一個變壓器繞組與電壓源并聯,則將所有其他繞組替換為受控電壓源,因為繞組電壓取決于變壓器匝數比。

3. 去除所有與電壓源并聯或與電流源串聯的元器件,簡化模型。

4. 用圖 5a 中最能簡化 CM 噪聲分析的其中一個雙電容模型替換原來的變壓器。

5. 根據疊加定理,分析由所有電壓源和電流源產生的 CM 噪聲。

6. 分析使用步驟 1 到 5 創建的電路,去除對流經 LISN 的 CM 噪聲無影響的寄生電容。根據所得的 CM 噪聲模型檢查 CM 噪聲電流。

總結

從 EMI 的角度來看,傳統的硬開關隔離式轉換器與非隔離式轉換器相比更具挑戰。近來,業界對于隔離式 DC-DC 穩壓器中高頻變壓器的性能要求愈發嚴苛,尤其是在 EMI 方面。變壓器不斷變化的繞組間電容相當于 CM 噪聲的關鍵耦合路徑。

所提出的變壓器雙電容模型應用廣泛,使用簡單,這是因為其集總電容可通過一種簡單的測量方法輕松量化。在本 EMI 系列文章的下一部分,將采用該模型設計隔離型轉換器的 EMI 抑制技術并對其進行表征,其中包括噪聲平衡及噪聲消除等內容。

編輯:hfy

聲明:本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用,如有內容侵權或者其他違規問題,請聯系本站處理。 舉報投訴
  • 變壓器
    +關注

    關注

    159

    文章

    7462

    瀏覽量

    135135
  • emi
    emi
    +關注

    關注

    53

    文章

    3587

    瀏覽量

    127607
  • DC-DC穩壓器
    +關注

    關注

    0

    文章

    14

    瀏覽量

    10474
收藏 人收藏

    評論

    相關推薦

    用于mHEV應用的PSRDC/DC轉換器變壓器設計

    電子發燒友網站提供《用于mHEV應用的PSRDC/DC轉換器變壓器設計.pdf》資料免費下載
    發表于 09-20 09:12 ?1次下載
    用于mHEV應用的PSR<b class='flag-5'>反</b><b class='flag-5'>激</b><b class='flag-5'>式</b><b class='flag-5'>DC</b>/<b class='flag-5'>DC</b>轉換器變壓器設計

    電感電路為什么產生振鈴?

    各位專家,為什么這樣的電感電路為什么產生振鈴 輸入25V,2A,輸出VCC_DCDC-DC芯片輸入。數字電源先打開25V,2A,再對
    發表于 07-26 06:52

    DC-DC Boost電路外圍元器件如何選擇?

    額定電壓。 4、輸入電容 如果輸入電源穩定,即使沒有輸入濾波電容,DC-DC電路也可以輸出低紋波、低噪聲的電流電壓。但是當電源離DC-DC電路
    發表于 06-04 06:51

    DC-DC 和LDO 簡單介紹

    限制了其只能實現降壓功能,因此它無法完成升壓操作。 DC-DC: BUCK/BOOST型DC-DC既可用于降壓,也可用于升壓. LDO參考設計電路DC-DC,BUCK/BOO
    發表于 06-03 14:53

    電源中MOSFET的鉗位電路詳解

    輸出功率100W以下的AC/DC電源通常都采用拓撲結構。
    的頭像 發表于 04-23 10:00 ?2.3w次閱讀
    <b class='flag-5'>反</b><b class='flag-5'>激</b><b class='flag-5'>式</b>電源中MOSFET的鉗位<b class='flag-5'>電路</b>詳解

    集成5A 24V升壓/SEPIC/DC/DC穩壓器TPS55330數據表

    電子發燒友網站提供《集成5A 24V升壓/SEPIC/DC/DC穩壓器TPS55330數
    發表于 04-07 10:22 ?0次下載
    集成<b class='flag-5'>式</b>5A 24V升壓/SEPIC/<b class='flag-5'>反</b><b class='flag-5'>激</b><b class='flag-5'>式</b><b class='flag-5'>DC</b>/<b class='flag-5'>DC</b>穩壓器TPS55330數據表

    DC-DC電路(Buck)的設計與仿真

    電子發燒友網站提供《DC-DC電路(Buck)的設計與仿真.ppt》資料免費下載
    發表于 03-24 09:21 ?28次下載

    轉換器的結構及原理

    轉換器(Flyback Converter)廣泛應用于交流直流(AC/DC)和直流直流(DC/DC
    的頭像 發表于 03-21 17:28 ?906次閱讀
    <b class='flag-5'>反</b><b class='flag-5'>激</b><b class='flag-5'>式</b>轉換器的結構及原理

    如何降低DC-DC轉換器的紋波噪聲

    DC-DC轉換器是一種將直流電壓轉換為另一種直流電壓的電源轉換器,常見于各種電子設備中。在DC-DC轉換器中,紋波噪聲是一個重要的考慮因素。要降低DC-DC轉換器的紋波
    的頭像 發表于 03-13 12:44 ?1913次閱讀

    DC-DC升壓(BOOST)電路原理

    電子發燒友網站提供《DC-DC升壓(BOOST)電路原理.pdf》資料免費下載
    發表于 03-07 14:56 ?1次下載

    轉換器的工作原理和電路分析

    轉換器(Flyback Converter)是一種特殊的開關電源拓撲結構,用于將直流輸入電壓轉換為所需的輸出電壓。它廣泛應用于交流直流(AC/DC)和直流直流(
    的頭像 發表于 02-21 15:02 ?3569次閱讀
    <b class='flag-5'>反</b><b class='flag-5'>激</b><b class='flag-5'>式</b>轉換器的工作原理和<b class='flag-5'>電路</b><b class='flag-5'>分析</b>

    DC-DC_升壓穩壓變換器設計

    DC-DC功率變換器的種類很多。按照輸入/輸出電路是否隔離來分,可分為非隔離型和隔離型兩大類。非隔離型的DC-DC變換器又可分為降壓、升壓
    發表于 01-30 11:45 ?6次下載

    DC-DC轉換器電路圖 Boost升壓型DC-DC轉換器的工作原理

    DC-DC轉換器電路圖 Boost升壓型DC-DC轉換器的工作原理 Boost升壓型DC-DC轉換器是一種常用的電源管理電路,它可以將
    的頭像 發表于 01-19 18:28 ?2888次閱讀

    DC-DC的PCB設計注意的點

    DC-DC電路比LDO會復雜很多,噪聲也更大,布局和layout要求更高,layout的好壞直接影響DC-DC的性能,所以了解DC-DC
    發表于 01-17 15:22 ?562次閱讀
    <b class='flag-5'>DC-DC</b>的PCB設計注意的點

    DC-DC電源設計分析及使用注意

    DC-DC電源設計分析及使用注意? DC-DC電源是一種電力轉換裝置,用于將直流電壓轉換為所需的不同電壓級別。在現代電子設備中廣泛應用,例如手機、電腦、無線通信設備等。本文將詳細介紹DC-DC
    的頭像 發表于 01-03 11:31 ?1103次閱讀
    主站蜘蛛池模板: 浪小辉军警服务员VIDEOS| 最近最新中文字幕MV高清在线| 欧美多人群p刺激交换电影| 久久AV无码AV高潮AV不卡| 国产在线精彩亚洲久久| 国产睡熟迷奷系列网站| 国产伦精品一区二区三区| 国产精品高清在线观看93| 国产极品白嫩超清在线观看| 福利视频久久| 国产99精品视频| 国产国语在线播放视频| 国产女人与黑人在线播放| 国产精品婷婷久青青原| 国产三级在线免费| 韩国g奶空姐| 精品无码国产自产在线观看水浒传 | 国产WW高清大片免费看| 高跟丝袜岳第一次| 国产高潮久久精品AV无码| 国产高清精品自在久久| 国产睡熟迷奷系列精品| 精品亚洲视频在线观看| 久久亚洲精品AV成人无| 男人J放进女人屁股免费观看| 男人大臿蕉香蕉大视频| 人妻仑乱少妇88MAV| 色综合色综合久久综合频道| 天天躁夜夜踩很很踩2022| 亚洲成人黄色片| 在线观看视频中文字幕| 99久久亚洲精品影院| 大睾丸内射老师| 国产亚洲日韩在线播放不卡| 久久99蜜桃精品麻豆| 男人都懂www深夜免费网站| 日日日夜夜在线视频| 亚洲黄色录像片| 69精品国产人妻蜜桃国产毛片| 99精品成人无码A片观看金桔| 粗好大用力好深快点漫画|