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传导超标整改：分析、建模、验证

时间：2019-01-04 11:37来源：21Dianyuan

摘要：本文将结合一个传导超标的案例，进行分析、建模，最后对策验证。主要目的是演示这个过程，举一反三，在整改的过程中达到事半功倍的效果。

* 本文作者：拒绝变帅，感谢作者的辛勤付出。
 
关于传导和辐射整改，实际中看到比较多的是出现超标后，直接尝试不同的方法后找出对策，运气好的第一招就有效，几分钟搞定，运气不好的最后一招才搞定可能一周、一个月就过去了。 

对于传导和辐射整改的整改方法，我自己把它划为两大类： 
① 逐一尝试：预先列出几十条整改方法，一条条试
② 对症下药：结合理论分析和经验，有针对性地下对策

本文将结合一个传导超标的案例，进行分析、建模，最后对策验证。 主要目的是演示这个过程，举一反三，在整改的过程中达到事半功倍的效果。

文章大纲

1. 基础知识回顾
1.1 散热片、屏蔽层、Y 电容的作用机理
1.2 差模噪音路径和模型
1.3 共模噪音路径和模型
2. 实际案例：分析和建模
2.1 骚扰路径分析
2.2 建模和模型参数确认
3. 根据分析，提出建议对策
4. 进行试验验证
5. 结论
 
基础知识回顾

电脑没有画图软件，只能用 PowerPoint 来画。以反激拓扑为例，下面先看看散热片的作用，见下图： 
 
 
 
其中：
C1 为 MOS 与散热片的寄生电容
C2 为散热片与大地 PE 之间的寄生电容

✔ 散热片悬空时，共模电流 icm 会通过 C2 流到大地，从而被 LISN 拾到，导致共模干扰增加。
✔ 散热片接地时，共模电流 icm 被短路到原边干扰源的地，不经过 LISN，即降低了共模干扰。
 
1. 大家都知道会增加漏感，但很少人会去进一步想到底增加了多少漏感？比如从原来的 10uH 变到了12uH，还是 20uH？其实微小变动想增加到 20uH 都很难。
 
再说说对效率的影响。
这里的效率指的是平均效率 (25%、50%、75%、100%这4个载的效率和取平均)。漏感影响最大的是100%，随着负载的降低，漏感的影响越来越小直至可忽略，最后对平均效率的影响很多都是在0.1%以下，基本可忽略。
 
2. 调整绕组对 EMI 的影响有多少 dB，我在另一个贴中《小功率开关电源中辅助供电 VCC 设计相关总结》中有解释。其实说多少 dB 可能都是基于自己所碰到的情况，主观色彩较浓。

3. 以上是基于小功率开关电源来说的，对于大功率的，情况可能不一样，而且成本和空间比较宽裕，不需要抠那么细。
 
看看变压器屏蔽层的作用，见下图：
 
 

有无 Y 电容的区别：
 
 

从上面的分析可以看出，其实散热片、屏蔽、Y 电容，对 EMI 的作用机理是一样的，即都为干扰信号提供一条低阻抗回路，让干扰信号返回源端，让其不从 LISN 经过。
 
下面看一下共模和差模路径以及对应的简化模型。以反激拓扑为例，同时由于副边的 dV/dt 一般较小，这里省去了，突出主要部分。

下面是差模的路径和模型：
 
 
 
从以上可以看出 Cbus 对 EMI 的影响，尤其是冷热机的差异。 电解的 ESR 随着温度的升高而降低，有利于干扰信号的流过,这也是一些案例热机后 EMI 会变好的原因之一。
 
下面是共模路径和简化模型：
 
 

从以上的模型可以看出，不管是差模还是共模，EMI 的本质就是欧姆定律。无非就是串联分压和并联分流，通过各种方法让 LISN 少分压、少分流而已。
 
 
 
EUT 产生的干扰噪声依次通过 LISN 内部的高通滤波器和 50Ω 电阻，在 50Ω 电阻上得到相应的信号值送到接收机进行分析。
 
实际案例

这是个 90W 的例子，PFC+flyback 的两极结构。基本情况如下：
① 桥前的 EMI 滤波器架构是：小 X 电容+小共模+大 X 电容+大共模；
② 桥后就是 PFC+flyback 电路，重点不讲电路，这里就不画图了；
③ 原副边的地之间接有 Y 电容，Y 电容的一个脚套有磁珠；
④ 输出端的 Vo 与 GND 之间有个小共模。

现象 (测试时输出 GND 与大地连接) 是：
 
 
冷机
 
 
热机
 
从以上波形可以看出，热机后在 15~16MHz 的传导变差很多。裕量不足，需要整改，目标是达到≥10dB 的裕量。
 
现象分析

▪ 传导在10几 MHz 的高频处超标，一般是共模干扰超标引起的。
▪ 测试是输出与地连接的情况下超了，说明地线参与了耦合干扰，从这也证明了这是共模干扰超标。
此共模干扰从源端产生，经变压器的一二次侧寄生电容传到次级，一部分被 Y 电容传回原边，另一部分经过输出端的共模阻隔后通过负载的接地线传到 LISN。

根据以上分析以及共模路径图，建立如下模型:
 
 

其中：
Z2 为变压器一二次侧寄生电容的阻抗；
Z3 为 Y 电容和所串的磁珠的阻抗；
Z4 为输出共模的阻抗；
Z5 为 LISN 的阻抗。
 
从以上模型图可以得知：
① 要降低共模干扰 Vlisn，有多种方法，比如降低 Vnoise、增大 Z2、减小 Z3、增大 Z4。
② 降低 Vnoise 就是从源端解决了，一般会影响效率，改动太大。
③ 增大 Z2，就是减小变压器一二次侧寄生电容，这个目前已是比较优化的结构，改动效果不明显。
④ 减小 Z3，可以通过增大 Y 电容实现。
⑤ 增加 Z4，就是提升输出共模的阻抗。
 
方法建议

经过实测，增大 Y 电容可以降 5dB，但会导致漏电流超出客户规格，无法导入。
 
那就看增加 Z4 阻抗了，其实热机后会变差也是由于 Z4 的阻抗特性发生了变化，尝试过降低 Z4 的温度，但由于电流较大，温度仍然较高，效果不明显。

难道没办法了吗？
细看模型，Z3 回路还包括磁珠的阻抗，是否可以通过去掉磁珠来解决呢？

下面去掉后的实测效果：
 
 

结果是改善3~4dB，虽然没有加大 Y 电容的效果好，但有足够的裕量了，同时不影响效率，还降低了成本，两全其美啊！

其实，还要去确认辐射。结果辐射在 30M~40M 的地方变差了 2dB。好在即使变差也有足够的裕量，不用再去头疼了。至此，问题解决！

此帖通过分析、建模和最后验证，说明了传导整改是有章可循的，有了理论指导，实践起来就会事半功倍。 案例本身不难，希望是通过例子能够举一反三，在整改中发挥作用。 技术这东西，说穿了就那么回事，在没说穿的时候又有多少人可以自己看穿。 
 
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