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反激式電源適配器的傳導(dǎo)EMI等效電路

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反激式電源適配器的傳導(dǎo)EMI等效電路

（1）電源適配器電路原理圖

電路原理圖
（2）電源適配器兩種工作模式

在半個(gè)電網(wǎng)周期內(nèi)，輸入整流橋有兩種大的工作模式，即：整流橋工作模式Ⅰ和整流橋不工作模式Ⅱ。

整流橋工作模式Ⅰ和整流橋不工作模式Ⅱ
（3）電源適配器工作模式Ⅰ的EMI等效電路推導(dǎo)

3-A、工作模式Ⅰ的等效電路（正負(fù)半周工作一樣）

工作模式Ⅰ的等效電路
在工作模式Ⅰ的情況下，兩種工作工作模式在正負(fù)半周都會(huì)出現(xiàn)，此時(shí)整流橋是導(dǎo)通工作的。

3-A-1：工作模式Ⅰ在有LISN時(shí)的等效電路

工作模式Ⅰ在有LISN時(shí)的等效電路
3-A-2：工作模式Ⅰ在有LISN時(shí)的等效受控源電路

工作模式Ⅰ在有LISN時(shí)的等效受控源電路
開(kāi)關(guān)變換器的時(shí)變因素與非線(xiàn)性因素主要是由開(kāi)關(guān)元件導(dǎo)致的。為了使變換器的等效電路成為線(xiàn)性電路，開(kāi)關(guān)元件平均模型法采取了對(duì)開(kāi)關(guān)元件直接進(jìn)行分析的方法。

首先對(duì)開(kāi)關(guān)元件的電壓或電流變量在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)求平均，并用以該平均變量為參數(shù)的受控源代替開(kāi)關(guān)元件，得到等效的平均參數(shù)電路。平均參數(shù)等效電路消除了變量波形中因開(kāi)關(guān)動(dòng)作引起的脈動(dòng)，即消除了時(shí)變因素，但仍然是一個(gè)非線(xiàn)性電路。這樣的電路由于同時(shí)包含了直流分量與交流分量的作用，稱(chēng)為大信號(hào)等效電路。

其次，若使大信號(hào)等效電路中的各平均變量均等于其對(duì)應(yīng)的直流分量，同時(shí)考慮到直流電路中穩(wěn)態(tài)時(shí)電感相當(dāng)于短路、電容相當(dāng)于開(kāi)路，可以得到變換器的直流等效電路，直流等效電路為線(xiàn)性電路；若使大信號(hào)等效電路中的各平均變量分解為相應(yīng)的直流分量與交流小信號(hào)分量之和，即分離擾動(dòng)，并忽略小信號(hào)分量的乘積項(xiàng)（即二階微小量）使其線(xiàn)性化，再剔除各變量中的直流量，可以得到變換器的小信號(hào)等效電路，小信號(hào)等效電路也為線(xiàn)性電路。可見(jiàn)，開(kāi)關(guān)元件平均模型法的指導(dǎo)思想仍然是求平均、分離擾動(dòng)和線(xiàn)性化。

上圖中開(kāi)關(guān)管Q等效為受控電壓源，整流二極管D等效為受控電流源。有源開(kāi)關(guān)Q時(shí)而接通是輸入電壓Vg，時(shí)而短路，用狀態(tài)變量輸入電壓的平均值表征有源開(kāi)關(guān)元件Q的端電壓是合理的，因此用一個(gè)電壓控制的受控電壓源來(lái)代替有源開(kāi)關(guān)管Q；無(wú)源開(kāi)關(guān)D時(shí)而接通副邊電感電流，時(shí)而開(kāi)路，由于電感電流是一個(gè)狀態(tài)變量，用電感電流的平均值表征無(wú)源開(kāi)關(guān)元件D的平均電流也是合理的，因此用一個(gè)電流控制的受控電流源代替無(wú)源開(kāi)關(guān)元件D。

3-A-3：工作模式Ⅰ在有LISN時(shí)的等效受控源平均電路（直流等效）
工作模式Ⅰ在有LISN時(shí)的等效受控源平均電路
上圖直流等效電路圖中，電感L1和L2等效為短路，電容等效為開(kāi)路。

3-A-4：工作模式Ⅰ在有LISN時(shí)的等效受控源平均電路（交流等效）
工作模式Ⅰ在有LISN時(shí)的等效受控源平均電路
在交流等效中，輸出負(fù)載、電感等效開(kāi)路，電容、供電電源等效短路。從圖中可以看到，開(kāi)關(guān)管Q的交流分量Vds（ac）（t）和二極管D的交流分量Id（ac）（t）可以進(jìn)行傅里葉變換，分解成不同頻率成分的正弦波，頻率不一樣，阻抗也隨著變換，再利用疊加原理將不同頻率成分形成的頻譜幅度進(jìn)行相加。

3-B-1：工作模式Ⅰ在原邊MOSFET交流電壓分量單獨(dú)作用下的EMI等效電路

工作模式Ⅰ在原邊MOSFET交流電壓分量單獨(dú)作用下的EMI等效電路
在MOSFET交流電壓分量單獨(dú)作用下，副邊電流源開(kāi)路，由于副邊流過(guò)電流為零，所以原邊電流也為零，在此變壓器就不起作用了，只有勵(lì)磁電感Lm，將上述電路圖簡(jiǎn)化其等效電路圖為：

電路圖簡(jiǎn)化其等效電路圖
在MOSFET單獨(dú)作用下，其差模成分路徑為：

在MOSFET單獨(dú)作用下，其差模成分路徑為
其中，差模成分分兩條支路，一條如紅色所示，另一條如藍(lán)色所示。在此等效電路中，濾波電容CB一條支路給差模成分提供了路徑，可以知道如果減小濾波電容CB的阻抗，則對(duì)差模成分分流更多，在電阻R1和R2形成的電壓會(huì)更小，儀器檢測(cè)幅值更低，一般我們都選取等效串聯(lián)阻抗較小的濾波電容。另一條支路中有激磁電感Lm，單從差模成分的抑制方面考慮，增加激磁電感Lm的值可以增加阻抗，對(duì)差模成分也有良好的抑制作用。

在MOSFET單獨(dú)作用下，其共模成分路徑為：

6w電源適配器共模成分路徑


可知，要想有效減小共模成分，則必須要減小寄生電容Cpq的容值，增加共模流經(jīng)路徑的有效阻抗。

工作模式Ⅰ在原邊MOSFET交流電壓分量單獨(dú)作用下的EMI最終等效電路為：

電源適配器EMI最終等效電路
在差模EMI等效電路中，電阻R1和電阻R2處于串聯(lián)流經(jīng)差模電流，在電阻R1和電阻R2兩端分別產(chǎn)生電壓為Vdm(t)，故在電阻R1和電阻R2串聯(lián)等效電阻100Ω上產(chǎn)生2Vdm(t)。激磁電感Lm感抗越大對(duì)差模抑制越好，對(duì)差模分量來(lái)說(shuō)，CCM模式比DCM差模要好。

差模EMI等效電路
工作模式Ⅰ在原邊MOSFET交流電壓分量單獨(dú)作用下的EMI最終等效電路

在原邊MOSFET交流電壓分量單獨(dú)作用下的EMI最終等效電路
3-B-2：工作模式Ⅰ在副邊二極管交流電流分量單獨(dú)作用下的EMI等效電路。

3-B-2：工作模式Ⅰ在副邊二極管交流電流分量單獨(dú)作用下的EMI等效電路
在低頻（150KHz）情況下，忽略變壓器寄生電容（在高頻情況下變壓器層間電容、原副邊電容不能忽視）。由于整流二極管對(duì)地電容無(wú)法形成共?；芈罚试贚ISN負(fù)載上無(wú)共模噪聲。

工作模式Ⅰ在副邊二極管交流電流分量單獨(dú)作用下的EMI最終等效電路

工作模式Ⅰ在副邊二極管交流電流分量單獨(dú)作用下的EMI最終等效電路
由于在低頻情況下，副邊二極管對(duì)地寄生電容無(wú)法形成共?；芈罚蕸](méi)有共模EMI等效電路。

（4）工作模式Ⅱ的EMI等效電路推導(dǎo)

4-A：工作模式Ⅱ-Ⅰ的等效電路

4-A：工作模式Ⅱ-Ⅰ的等效電路
在工作模式Ⅱ中，當(dāng)D1-D4都截止時(shí)，在LISN上沒(méi)有傳導(dǎo)EMI噪聲，由下面的測(cè)試EMI的等效電路可知，因沒(méi)有噪聲路徑，故不會(huì)產(chǎn)生傳導(dǎo)EMI噪聲。這種工作模式也可稱(chēng)為工作模式Ⅱ-Ⅰ。

工作模式Ⅱ-Ⅰ
4-B：工作模式Ⅱ-Ⅱ的等效電路

在工作模式Ⅱ中，會(huì)出現(xiàn)D1-D4中的一個(gè)二極管導(dǎo)通，其他三個(gè)二極管截止的情況，在這種情況下的EMI等效電路與二極管全部截止時(shí)的等效電路不同，與工作模式Ⅰ中的EMI等效電路不同，這種情況稱(chēng)為Ⅱ-Ⅱ（非固有差模噪聲）。

原因：在開(kāi)關(guān)電壓變化時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)瞬間的電容充放電電流，此電流經(jīng)Cpq、大地和LISN中的一條支路，在電流最大值不能使整流橋中的一個(gè)二極管開(kāi)通時(shí)，其情況就同前面所介紹的，整流橋中的四個(gè)二極管均截止，不會(huì)產(chǎn)生噪聲；

當(dāng)此電流使整流橋中的一個(gè)二極管導(dǎo)通（如0＜VAB＜VCD時(shí)的二極管D1），則其他二極管都會(huì)因反偏而截止，本來(lái)當(dāng)這個(gè)電流減小到零后，二極管D1應(yīng)當(dāng)截止，當(dāng)由于整流橋中的二極管是非常慢速的，它無(wú)法在開(kāi)關(guān)周期內(nèi)被關(guān)斷，所以便導(dǎo)致這個(gè)二極管在0＜VAB＜VCD一直導(dǎo)通；這樣整流橋雖然不工作，但有一個(gè)二極管是導(dǎo)通的。

下面分析在整流橋不工作但有一個(gè)二極管導(dǎo)通時(shí)（假定D1導(dǎo)通）的EMI等效電路。

下面分析在整流橋不工作但有一個(gè)二極管導(dǎo)通時(shí)（假定D1導(dǎo)通）的EMI等效電路
4-B-1：工作模式Ⅱ-Ⅱ在有LISN時(shí)的等效受控源平均電路（直流等效）

4-B-1：工作模式Ⅱ-Ⅱ在有LISN時(shí)的等效受控源平均電路（直流等效）
4-B-2：工作模式Ⅱ-Ⅱ在有LISN時(shí)的等效受控源EMI電路（交流等效）

4-B-2：工作模式Ⅱ-Ⅱ在有LISN時(shí)的等效受控源EMI電路（交流等效）
4-C-1：工作模式Ⅱ-Ⅱ在原邊MOSFET交流電壓分量單獨(dú)作用下的EMI等效電路

4-C-1：工作模式Ⅱ-Ⅱ在原邊MOSFET交流電壓分量單獨(dú)作用下的EMI等效電路
上述等效電路中紅色虛線(xiàn)表示共模回路，無(wú)差模回路。但是只有電阻R1有噪聲，可以實(shí)際理解為差模噪聲。

工作模式Ⅱ-Ⅱ在原邊MOSFET交流電壓分量單獨(dú)作用下的EMI最終等效電路

工作模式Ⅱ-Ⅱ在原邊MOSFET交流電壓分量單獨(dú)作用下的EMI最終等效電路
根據(jù)前面的分析，單一元件進(jìn)行作用時(shí)差?；芈泛凸材；芈返穆窂?，可以得出：

單一元件進(jìn)行作用時(shí)差模回路和共?；芈返穆窂?br /> 當(dāng)有EMI濾波器時(shí)，這個(gè)噪聲中的差模噪聲可以被轉(zhuǎn)化為共模噪聲，如4-C-1工作模式中的等效電路，加入差模電容Cx。

4-C-1：工作模式Ⅱ-Ⅱ在原邊MOSFET交流電壓分量單獨(dú)作用下的EMI等效電路

工作模式Ⅱ-Ⅱ在原邊MOSFET交流電壓分量單獨(dú)作用下的EMI等效電路
由于EMI濾波器中的差模電容Cx，可使模式Ⅱ-Ⅱ中的差模噪聲轉(zhuǎn)化為共模噪聲。

4-C-2：工作模式Ⅱ-Ⅱ在副邊二極管交流分量單獨(dú)作用下的EMI等效電路

工作模式Ⅱ-Ⅱ在副邊二極管交流分量單獨(dú)作用下的EMI等效電路
故在工作模式Ⅱ-Ⅱ副邊二極管對(duì)共模噪聲和差模噪聲均沒(méi)有影響。

討論：

---工作模式Ⅰ與工作模式Ⅱ下的傳導(dǎo)EMI是不同的；

---如在工作模式Ⅱ中的四個(gè)二極管均截止，則工作模式因無(wú)噪聲路徑而不產(chǎn)生任何傳導(dǎo)EMI；

---如在工作模式Ⅱ中有一個(gè)二極管導(dǎo)通，其他三個(gè)二極管截止，則工作模式Ⅱ的共模EMI噪聲與工作模式Ⅰ基本相同，而工作模式Ⅱ的差模噪聲有可能大于工作模式Ⅰ的差模噪聲，也有可能小于工作模式Ⅰ的差模噪聲，原因是工作模式Ⅱ在一個(gè)二極管導(dǎo)通時(shí)有一種非固有的差模噪聲存在；

---非固有差模噪聲可有通過(guò)輸入EMI濾波器中的X電容，把其轉(zhuǎn)變成對(duì)稱(chēng)共模噪聲而完全消除；

---上面的EMI等效電路，僅僅是EMI低頻段的理想等效電路；

---實(shí)際的EMI等效電路，還要考慮變壓器的寄生參數(shù)、PCBLayout的引線(xiàn)電感等等；

---如考慮變壓器的層間電容時(shí)，在其原副邊間可以用一個(gè)電容參數(shù)，此時(shí)副邊二極管電流分量就會(huì)在EMI負(fù)載上產(chǎn)生共模噪聲，由于涉及EMI濾波器參數(shù)時(shí)，只需考慮低頻段的等效電路，故可將這一因素忽略。但對(duì)實(shí)際高頻段的EMI共模噪聲進(jìn)行分析時(shí)，則還要考慮副邊二極管交流分量通過(guò)變壓器層間電容對(duì)共模噪聲的影響。


（5）電源適配器反激變換器在AC 輸入下的EMI 等效電路總結(jié)：

5-1：工作模式Ⅰ的EMI 等效電路

5-1：工作模式Ⅰ的EMI 等效電路
5-2-1：工作模式Ⅱ-I 的EMI 等效電路

當(dāng)D1-D4 都截止時(shí)，在EMI 負(fù)載上無(wú)任何噪聲，所以無(wú)EMI 等效電路。

5-2-2：工作模式Ⅱ-Ⅱ的EMI等效電路

在工作模式Ⅱ-Ⅱ中：在原邊MOSFET 電壓?jiǎn)为?dú)作用時(shí)，會(huì)有一種非固有差模噪聲，但可用EMI 濾波器中的X 電容將其轉(zhuǎn)化為共模噪聲。在副邊二極管電流單獨(dú)作用時(shí)，因無(wú)噪聲回路，在EMI 負(fù)載上測(cè)不到噪聲，所以其加X(jué) 電容后的EMI等效電容總結(jié)為：


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| 發(fā)布時(shí)間：2018.06.23    來(lái)源：電源適配器廠家
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