如何解决电路板的EMI问题
变压器与EMI的关系
系统设计工程师解决棘手的EMI问题时,很多时候都未能认真地研究变压器的设计。变压器与EMI之间有如下的关系。
?由于变压器的线圈带有高频电流,因此变压器实际上已成为接收 H 场的天线。这些 H 场会冲击附近的走线,并通过这些走线将 H 场传导或辐射到密封的范围以外。
?由于部分线圈有摆动电压,因此实际上它们也成为接收电磁场的天线。
?初级及次级线圈之间的寄生电容可以将噪声传送到绝缘层之外。由于次级线圈的接地通常都与底板连在一起,因此这些噪声又会通过这个接地面传送回来,成为共模噪声。因此为了减少泄漏电感,最好将初级及次级线圈紧靠在一起,但这样也会增加线圈的互感,从而增加共模噪声。
下面介绍一些有助于防止上述干扰情况出现的技术。
?符合安全规格的变压器都在初级及次级线圈之间贴上三层符合安全规格的聚酯 (Mylar) 胶带。除了这三层聚酯胶带之外,可能还会另外加插一片法拉第屏蔽铜片,以便将汇集在绝缘边界的噪声电流收集在一起,并将这些噪声电流分流到别的地方 (通常会传送到初级线圈的接地)。值得留意的一点是,应该采用极薄的铜片作为屏蔽,以免因出现涡流而产生损耗,并确保可减少泄漏电感。这片铜片一般厚 2~4 密耳(mil),只环绕中央盘一周。另外还有一条导线焊接在铜片中心的附近,而另一端则连接初级线圈的接地端。这里要注意,铜片屏蔽的两端不应该有电导性能上的连接,因为对于变压器来说,这样会令这一绕圈短路。也可以在次级线圈上 (即加了三层绝缘之后) 再加设一个法拉第屏蔽,而这个屏蔽则与次级线圈接地连在一起。
?通常变压器的外围会有一层铜片屏蔽(即“磁通带”)包围着。这个屏蔽主要用以遮挡辐射。低成本的设计通常会任由这个屏蔽浮动,但如有需要,这个屏蔽也可与次级线圈接地连在一起。如果按照这个方式连在一起,便需要考虑一些安全方面的问题,例如加强初级及次级线圈之间绝缘效果的规定问题,以及如何规定初级至次级线圈之间的“蠕动”(沿着绝缘面的一段距离)及“间隙”(空间的最短距离)问题。如果变压器的外盘设有空气隙,源自空气隙的周边磁通会在磁通带产生严重的涡流损耗。因此这个磁通带的厚度通常也只有 2~4 密耳。需要注意,这个磁通带的两端可以而且应该焊接在一起,因为这是外层屏蔽,无论怎样也不会让变压器的绕线出现短路情况。但像拉法第屏蔽一样,如果采用良好的绕线技术,这个外层屏蔽也可以不用。
?从电磁干扰的观点来看,回扫变压器最好采用中央设有间隙的设计,即变压器的外盘并无间隙。无屏蔽的空气隙会在周边产生电磁场,换言之,会产生大量EMI信号。这些干扰除了会导致磁通带产生大量涡流损耗之外,也会成为强力的辐射源。
?初级线圈通常会设有一个辅助线圈,为控制器及相关电路提供低干线电压。辅助线圈的其中一端与初级线圈接地连在一起。只在辅助线圈的线轴上绕一层线,而且利用一个 22pF~100pF 的小型陶瓷电容器,再利用交流电将辅助线圈的另一端 (即二极管的一端) 与初级线圈接地耦合在一起,以确保辅助线圈可以收集及转移更多噪声(正如图 1 所示),如果依照以上所说进行,辅助线圈便可提供多一个屏蔽 (虽然这是一个粗糙的法拉第屏蔽)。但实际上并不需要这个法拉弟线圈提供任何电流。因此这个电路根本无需采用这个线圈
