反激式開關(guān)電源EMC調(diào)試(二):
01、RCD電路工作原理:
RCD電路工作原理:
當開關(guān)管導通時,能量存儲在初級繞組的電感與漏感中,變壓器初級繞組電壓為上正下負,RCD吸收二極管陽極近似接地,RCD吸收二管反向截止。
當開關(guān)管關(guān)斷時,初級繞組電感中儲存的能量將耦合到次級輸出,但初級繞組漏感中儲存的能量將無法傳遞到副邊,產(chǎn)生電壓尖峰。根據(jù)楞次定律變壓器初級繞組電壓為下正上負,RCD吸收二極管正向?qū)?,給吸收電容CB114充電,下一個開關(guān)周期重復以上狀態(tài)。
RCD電路電流環(huán)路分析:
原邊MOS管Toff期間,RCD吸收電流環(huán)路路徑:變壓器初級線圈的輸出引腳→二極管→串聯(lián)電阻→串聯(lián)電容→變壓器初級線圈的輸入引腳。
原邊MOS管Ton期間,通過并聯(lián)在RC兩端的電阻給電容放電,即通過并聯(lián)電阻消耗來吸收電容儲存的能量。
02、RCD電路EMI影響機理分析
RCD吸收電容引起的電流振蕩
變壓器漏感產(chǎn)生的電壓尖峰與變壓器本身的漏感感量相關(guān),電壓尖峰的大小確定了RCD吸收電容充電電流的大小,電容充電時產(chǎn)生的電流尖峰不加以抑制,可能導致嚴重的輻射問題。
為限制RCD吸收電容的電流尖峰,在RCD吸收電路中增加串聯(lián)電阻,可減緩電容充電速度,降低電流尖峰,是改善其EMI性能切實可靠的重要措施之一。
二極管反向恢復對EMI影響機理分析
RCD吸收電路中二極管工作在開關(guān)狀態(tài)下,其反向恢復時間通常對EMI性能有較重要的影響。單純的從反向恢復本身的影響來看,反向恢復時間越長,反向恢復電流越小,EMI的性能表現(xiàn)就越好,反之,EMI性能就會越差。
二極管反向恢復時間是由其寄生電容決定,而寄生電容通常是由二極管的封裝、制造工藝決定,相同廠家的同規(guī)格型號原則上快管寄生電容小,慢管寄生電容大,寄生電容從側(cè)面反映的實質(zhì)上還是反向恢復時間。通過在RCD吸收二極管兩端并聯(lián)電容,可以調(diào)整由RCD吸收二極管反向恢復引起的輻射問題。
變壓器勵磁電感/漏感與二極管寄生參數(shù)形成的寄生振蕩
RCD吸收二極管寄生電容不可避免,不同型號、不同廠家的二極管寄生電容差異較大,由于RCD吸收二極管未導通時,RCD吸收二極管寄生電容與RCD吸收電容是串聯(lián),起作用的主要是二極管寄生電容,即參與LC振蕩的主要是二極管寄生電容,
首先,抑制LC振蕩的最簡單有效的辦法是在振蕩回路中串聯(lián)電阻。其次,破壞振蕩產(chǎn)生的條件,即改變電容參數(shù)、電感參數(shù),振蕩頻率會隨之改變。由于變壓器確定后勵磁電感/漏感的參數(shù)就已經(jīng)固定,唯一能改變的就是二極管寄生電容參數(shù)。二極管寄生電容參數(shù)可以通過型號(快管&慢管)選擇與在二極管兩端并聯(lián)電容改變。
03、RCD吸收電路參數(shù)調(diào)整影響分析
RCD吸收使用肖特基二極管時測試波形:
波形說明:
藍色是原邊MOS管D極電壓波形,紫色是RCD吸收二極管陰極電壓波形,綠色是原邊MOS管的電流波形。從測試波形上看原邊MOS管D極電壓過沖、振鈴均較嚴重,而RCD吸收二極管陰極電壓過沖較小。
RCD吸收使用慢管時測試波形:
波形說明:
藍色是原邊MOS管D極電壓波形,紫色是RCD吸收二極管陰極電壓波形,綠色是原邊MOS管的電流波形。從測試波形上看原邊MOS管D極電壓過沖、振鈴有明顯改善,而RCD吸收二極管陰極電壓過沖也降低,MOS管電流尖峰也降低。
RCD吸收使用肖特基二極管時,改變串聯(lián)電阻參數(shù)二極管并聯(lián)電容測試波形:
串聯(lián)電阻改為30ohm測量波形
二極管兩端并聯(lián)47pF電容測量波形
波形說明:
通過僅修改串聯(lián)電阻參數(shù)可以改變原邊MOS管D極電壓振蕩波形的斜率,過沖幅度也會相對減小,RCD吸收二極管陰極電壓過沖幅度變化較小,電壓過沖斜率變化較明顯,原邊MOS管電流波形變化不明顯。
通過僅在RCD吸收二極管兩側(cè)并聯(lián)47pF電容,原邊MOS管過沖幅度降低較小,而RCD吸收二極管陰極電壓過沖幅度有明顯降低,原邊MOS管電流波形無明顯變化。
RCD吸收使用肖特基二極管時,去掉RCD環(huán)路中串聯(lián)的6mm磁珠測試波形:
波形說明:
去掉RCD吸收環(huán)路中串聯(lián)的6mm磁珠時,原邊MOS管電流過沖幅度有降低,RCD吸收二極管陰極電壓過沖有明顯降低,而原邊MOS管D極電壓過沖有稍微增加,振蕩變得更嚴重。
0.4、RCD電路EMI案例解析
PCB設(shè)計案例(一):
問題描述:
某款電源板卡輻射測試時105MHz頻點呈現(xiàn)包絡(luò)狀干擾,余量不滿足6dB管控標準,分析其產(chǎn)生原因是反激電路初級RCD吸收電路,PCB環(huán)路面積設(shè)計問題,手工飛線縮小RCD吸收環(huán)路后,驗證輻射測試結(jié)果PASS。
PCB修改前RCD吸收電流環(huán)路設(shè)計
PCB修改后RCD吸收電流環(huán)路設(shè)計
問題解決方案:
修改PCB Layout,調(diào)整RCD吸收環(huán)路設(shè)計,縮小其PCB上布線的環(huán)路面積,降低環(huán)路空間輻射,修改PCB設(shè)計后,輻射測試順利通過。
PCB設(shè)計案例(二):
問題描述:
某款電源板輻射測試時32MHz、77MHz頻點呈現(xiàn)包絡(luò)狀干擾,余量不滿足6dB管控標準,分析問題產(chǎn)生的原因是初級RCD電路PCB Layout的環(huán)路面積較大,導致空間輻射強,具體輻射測試數(shù)據(jù)如下圖所示:
問題解決方案:
修改PCB Layout,調(diào)整RCD吸收環(huán)路設(shè)計,縮小其PCB上布線的環(huán)路面積,降低環(huán)路空間輻射,修改PCB設(shè)計后,輻射測試順利通過。
05、RCD電路EMI設(shè)計優(yōu)化
RCD電路原理圖EMC設(shè)計優(yōu)化
RCD電路優(yōu)化設(shè)計方案:
電阻R117、R118、R123的引入,主要是抑制C106充電瞬間產(chǎn)生的電流尖峰或電流振蕩。
二極管兩端并聯(lián)電容設(shè)計預留,目的是解決RCD吸收二極管反向恢復引起的問題。
從縮小RCD吸收環(huán)路面積的角度考量,磁珠位置調(diào)整如圖所示。
RCD電路PCB設(shè)計優(yōu)化
RCD電路PCB設(shè)計要點說明:
RCD吸收電路從變壓器初級繞組輸入引腳-二極管—吸收電容-串聯(lián)電阻到輸出引腳構(gòu)成的環(huán)路面積保持最小化,如上圖紅色線描述的軌跡所示。
RCD吸收電路,應(yīng)避免從變壓器初級繞組輸出引腳-串聯(lián)電阻-吸收電容-二極管-大電解電容的正極-變壓器初級繞組輸入引腳的情況。