电源Y电容、EMI及漏电流之间的三角关系

本篇文章的主角Y电容是硬件工程师再熟悉不过的元件了，那么Y电容在电源中的作用是什么？Y电容的取舍到底应该考虑哪些因素，下面就来一起分析一下。

电源设计中Y电容是起到什么作用？EMI设计与那部分关系较大？哪些设计及应用中对漏电流比较关注？我们带着这些问题接着往下看。到底他们三者间有什么样的联系与矛盾，本文会有你要的答案。

图1 电源Y电容、EMI与漏电流

一、Y电容在电磁骚扰中的作用

开关电源工作时，电源变压器的寄生电容将共模骚扰传递到后级电路上，经后级电路后，共模骚扰会通过与大地的寄生电容传递到大地，再由大地传递到传导测试仪器（LISN），最后回到初级，共模骚扰传输路径如图2黑色箭头所示。如果没有Y电容，绝大部分的共模骚扰都会经大地流经LISN回到初级，导致LISN检测到的传导骚扰超标。

图2 无Y电容传导骚扰传递方向

故一般电源设计都会在初级整流地与次级地之间加入Y电容，如图3所示，从图中看出，Cy将原来流经大地的共模干扰旁路到初级整流地，从而大幅减少流经大地的共模干扰。如红色虚线标示的传输路径，通过增加外电容后，大大减少了LISN检测到的干扰噪声，从而使电源通过相关传导骚扰测试。

图3 加入Y电容传导骚扰传递方向

因此，Y电容在电源中为初级和次级之间提供了一条共模噪声通路，使得大部分共模噪声在电源内部流动，减少了通过电源输入线及输出线向外传导及辐射的干扰。

二、Y电容导致的漏电流的影响

加入Y电容后，我们需要考虑安规方面初次级的漏电流问题，以及由于漏电流存在导致的测量误差问题。一般安规漏电流比较容易满足，而在一些测试系统或仪器中，如电能表、功率分析仪、电能检测系统等设备中，漏电流会流过采样电阻，从而影响电流的采用精度，具体如图4中右侧红色虚线所示。所以在此类应用中需要尽量减小漏电流，甚至直接取消Y电容。所以此时又要考虑漏电流与EMI的平衡了。

图4 漏电流对采样精度的影响

三、针对无Y电容反激电源的传导EMI主要措施

无Y电容反激电源应用的典型电路图如图2所示。图3所示是差模干扰和共模干扰在传导EMI不同频率段中产生影响的主要区域，其中差模干扰主要在2MHZ以内，共模干扰主要住500KHZ以上。

3.1与DM和CM EMI相关的元器件

在常规应用中，以下元件被用来抑制差模干扰：

π型滤波器，由电感和电容组成，通常被置于输入整流桥后。

X电容，是常用的抑制差模干扰的手段，通常在13W以内的反激变换器应用中，基本用的都是L1，C1和C2组成了的π型滤波器就可以应付EMI了，X电容可以省去。

与共模干扰相关的元器件：Y电容，是最常用的抑制共模EMI干扰的方法。

共模CHOKE，有时用于输入或输出侧以降低共模EMI。

铁氧体磁珠或uH级的电感，加在输入侧的π型滤波器中用以减小高频共模干扰EMI，同时对辐射也有抑制效果

RCD钳位吸收电路以及次边RC吸收电路同样对共模干扰有抑制效果

变压器绕指结构，恰当的绕组结构和屏蔽可以大幅度降低共模干扰。

在此小功率反激变换器应用中，采用了铁氧体磁珠（L2）,原边RCD吸收电路（R7，C5，D6和R8），二次侧RC吸收（R14，C6）以及结构优化的变压器以降低共模EMI干扰。

3.2变压器设计中的共模噪声抑制技术

图4显示了变压器内部的电荷分布结构，其中Qps是原边对二次侧绕组的电荷分布。通过电荷分布Qps我们可以得到原边对二次侧的等效电容Cps，这就是我们通常所知的原边对二次侧的共模噪声路径。

首先，通过减小等效电容Cps，增加共模噪音路径阻抗。简单有效的方法就是将原边绕组的动点远离二次侧绕组。如图5中变压器绕组结构中线绕原边绕组，从动点起绕，13W以内的变压器采用初级平均绕法（非三明治结构），这样可以有效减小原边对二次侧的位移电流，从而达到减小等效电容CpS，增加共模噪声路径阻抗，抑制共模噪音的效果。

其次，共模干扰噪声平衡平衡抵消技术-采取合适的屏蔽措施使共模噪音平衡抵消。如图6所示，增加合适的屏蔽后，进一步降低了等效电容Cps，并且还同时增加可二次侧对原边的等效电容CSP，该电容可以把二次侧噪音再传到初级侧来（在这是不是觉得功效和Y电容有点像了？）从理论上讲，只有这两个等效电容上的电荷达到平衡，用数学公式表达则为|Cps*Vp-Csp*Vs|=0,则LISIN上应该检测不到共模噪声，因为共模噪声都以能量的形式在电源内部循环了。几种达到平衡抵消常用的方法在图7中给出。