• 回复
  • 收藏
  • 点赞
  • 分享
  • 发新帖

无Y电容变压器结构解决EMI

最近没事浏览了一下PI公司官网,发现了很多有意思的东西,在这里分享一下心得。看了PI的产品以及规格书,不得不说在小功率范围电源,PI的确是一直被模仿,从未被超越!

先来看一下PI的无Y电容变压器结构【手机充电器】

下图是变压器具体绕制方式

其中:实心黑点圈为绕制时的起点,空心点为骨架换方向后绕制时的起点。
那这个变压器为啥就不需要用到Y电容呢?我们来分析一下。
首先对于传导而言,主要是抑制高频共模噪声,传导路径就是:
变压器初级-变压器分布电容-变压器次级-Y电容-变压器初级。
如果没有Y电容,呢么传导路径就变成:
变压器初级-变压器分布电容-变压器次级-空间对地电容-大地-LISN-初级。
靠近变压器增加Y电容:
加了Y电容后共模电流环路被限制在PCB板上环路的面积小电磁发射能力低,不加Y电容的共模电流环路要经由空气-大地-空气再回到PCB板上,这个环路的面积大电磁发射能力强也就是电磁辐射比较大。
好像描述不那么清晰- =,那我们先来看看干扰测试的过程:

辐射干扰的测试在专门的屏蔽室中进行,待测试的设备放在转台上,天线分别放在水平和垂直的位置上下移动扫描,检测到信号送到接收机进行分析。
辐射干扰的测试包括电场发射和磁场发射,电场发射由du/dt产生,磁场发射由di/dt产生。注意:空间电容是电场发射的通道,共模电流可以产生相当大的电场发射。
电场发射示意图:

初级绕组电压变化的幅值大,对于电场发射起主导作用。磁芯也是一个电场发射源。在系统的PCB底层铺铜皮或额处加一块铜皮或单面板,可以有效的减小电场发射和共模电流。有个时候铜箔也以用屏蔽绕组,但是效果可能没有铜箔好。

增加铜箔能够减小电场发射

高di/dt 的环路通过环路的寄生电感产生磁场发射,次级侧的电流变化幅值大,对于磁场发射的起主导作用。磁场发射形成的方向符合右手定则。
由电流产生的发射磁场:

高di/dt环路的寄生电感随环路面积增大而增大,因此磁场发射对于PCB的设计非常关键。次级侧的电流环面积要尽量的小,布线要尽量的短粗。
变压器的杂散磁场也是一个磁场发射源,其主要由变压器的气隙产生。E型磁芯在两侧开气隙时杂散磁场大,在中心柱开气隙时杂散的磁场小。在变压器的最外面包裹铜皮,铜皮两端短接,用导线连接到冷点,可以减小杂散的磁场。因为杂散磁场在铜皮中产生涡流,涡流反过来产生磁场阻碍变压器杂散磁通的外泄。输出棒状及鼓状的差模电感如同一个天线产生大的磁场发射。
输出线也是一个磁场的发射途径:

注意:手机充电器要带长的输出线(1.8m)进行测试,长的输出导线也如同一个天线,并将共模电流放大,从而形成较大的共模电场辐射,这种辐射只有通过上面变压器的结构进行抑止,在没有频率拌动或频率调制的系统中,还得加输出共模电感。才能有效的减小在30~50M间的电场发射。
这里面还涉及到差模和共模噪声之间的相互转化,要想研究就很复杂,国外IEEE期刊上有不少研究可以去检索,本人涉猎较少,就不在这板门弄斧了。如果各位工程师需要讨论这方面,欢迎下方评论区留言~
全部回复(27)
正序查看
倒序查看
2021-10-14 10:35

降低EMI就是赌和输,Y是输到地上,这个原来是将其赌在了源里,异曲同工

0
回复
2021-10-14 11:16
@henchsuen1984
降低EMI就是赌和输,Y是输到地上,这个原来是将其赌在了源里,异曲同工

嗯嗯,是的,一针见血的解释。这个是需要衡量到底用“堵”还是用“疏”,“疏”变压器结构上简单,工艺制造简单;“堵”可以省掉器件

0
回复
不可说
LV.5
4
2021-10-14 21:04

EMI是优化了,可是Y电容是安规电容啊,安全怎么确保呢,安规工程师能同意吗?

0
回复
谢厚林
LV.12
5
2021-10-21 22:40

写的好,辐射和传导分开写

0
回复
2021-11-01 16:48

一篇很不错的分享,加油!

0
回复
2021-11-01 16:52

没有安规电容。EFT怎么过

0
回复
2021-11-01 16:53

共模的路径,在无Y的情况下,可以接受多大能量范围

0
回复
2021-11-01 16:56

感谢分享!

0
回复
daichao
LV.4
10
2021-11-01 16:58

功能看着挺全,不知道稳定性怎么样?

0
回复
2021-11-01 18:07
@henchsuen1984
降低EMI就是赌和输,Y是输到地上,这个原来是将其赌在了源里,异曲同工

哈哈哈~这么一说就很形象了,常规解决EMI的手段就是给干扰信号挖坑,通过各种共模差模器件来减弱它的能量,这个是直接把门给关了,让它出不去~

0
回复
XHH9062
LV.8
12
2021-11-01 22:46

感谢楼主分享,现在很多适配器行业都是无Y设计

0
回复
小燕纸
LV.4
13
2021-11-26 10:11

加了Y电容后共模电流环路被限制在PCB板上环路的面积小电磁发射能力低

0
回复
anticipate
LV.5
14
2021-11-26 10:18

z这个方法很早就有了

0
回复
ehi763
LV.6
15
2021-12-04 20:56
@不可说
EMI是优化了,可是Y电容是安规电容啊,安全怎么确保呢,安规工程师能同意吗?

Y电容不会影响到输出电压,它是用来处理传导和辐射性能的,无Y适合用来设计小功率电源吧。

0
回复
2021-12-04 21:12
@henchsuen1984
共模的路径,在无Y的情况下,可以接受多大能量范围

一般高di/dt回路产生差模辐射干扰 ,而高dv/dt节点至地的电容耦合形成共模干扰。

0
回复
tabing_dt
LV.10
17
2021-12-04 21:33
@眼睛里的海
一般高di/dt回路产生差模辐射干扰,而高dv/dt节点至地的电容耦合形成共模干扰。

对开关管加吸收是较有效的方法,就是在设计时尽量减小该路径下的回路面积。

0
回复
spowergg
LV.9
18
2021-12-04 21:40
@眼睛里的海
一般高di/dt回路产生差模辐射干扰,而高dv/dt节点至地的电容耦合形成共模干扰。

由于绕组与绕组之间的寄生耦合,还是有较强的共模电流从原边流向副边。

0
回复
spowergg
LV.9
19
2021-12-04 21:41
@川理学子
哈哈哈~这么一说就很形象了,常规解决EMI的手段就是给干扰信号挖坑,通过各种共模差模器件来减弱它的能量,这个是直接把门给关了,让它出不去~

电路中可以采用低反向恢复电流的碳化硅器件,对于EMI也会有较明显的改善

0
回复
ehi763
LV.6
20
2022-01-07 12:57
@henchsuen1984
共模的路径,在无Y的情况下,可以接受多大能量范围

共模电感和Y电容起到滤除共模干扰的作用,一般认为在1M以上。

0
回复
ehi763
LV.6
21
2022-03-19 11:21
@不可说
EMI是优化了,可是Y电容是安规电容啊,安全怎么确保呢,安规工程师能同意吗?

这个电容主要是用来对地消除L和N的共模干扰,安全起见不建议去掉。

 

0
回复
ehi763
LV.6
22
2022-03-19 11:23
@眼睛里的海
一般高di/dt回路产生差模辐射干扰,而高dv/dt节点至地的电容耦合形成共模干扰。

频率的增高使得接地平面相对于差模电流信号的电尺寸变大,从而对闭合印制线回路的辐射场产生更大的反射效果。

0
回复
trllgh
LV.9
23
2022-03-19 11:37
@ehi763
频率的增高使得接地平面相对于差模电流信号的电尺寸变大,从而对闭合印制线回路的辐射场产生更大的反射效果。

随着闭合印制线回路由正方形逐渐变化为越来越狭长的矩形,差模电流所产生的辐射干扰显著减小。

0
回复
trllgh
LV.9
24
2022-03-19 11:40
@ehi763
这个电容主要是用来对地消除L和N的共模干扰,安全起见不建议去掉。 

去除Y电容对使用者的安全和成本的降低,如果去除Y电容的话要解决电磁干扰的问题。

0
回复
dbg_ux
LV.9
25
2022-03-19 12:07
@trllgh
去除Y电容对使用者的安全和成本的降低,如果去除Y电容的话要解决电磁干扰的问题。

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。

0
回复
kckcll
LV.9
26
2022-03-19 12:17
@dbg_ux
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。

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

0
回复
2022-09-05 22:40
@henchsuen1984
共模的路径,在无Y的情况下,可以接受多大能量范围

在信号线或电源线中串联共模扼流圈、在地与导线之间并联电容器、组成LC滤波器进行滤波,滤去共模传导噪声。

0
回复
xxbw6868
LV.9
28
2022-12-12 17:14
@henchsuen1984
共模的路径,在无Y的情况下,可以接受多大能量范围

对于共模滤波,其电路是一个LCC型无源滤波器,由于Y电容一端要接外壳一般要求Y电容漏电流不能太大这就限制了Y电容的容量。

0
回复