在《電源設(shè)計(jì)小貼士40：非隔離式電源的共模電流》（http://www.ti.com.cn/general/cn/docs/gencontent.tsp?contentId=144511）中,，我們討論了開關(guān)級(jí)中大電壓擺動(dòng)如何形成共模電流的問(wèn)題，并介紹了它驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)入電容到機(jī)架接地的過(guò)程,。在這篇《電源設(shè)計(jì)小貼士》中,，我們將繼續(xù)討論共模電流的問(wèn)題,。
在隔離式電源中，這種情況變得更加糟糕,，因?yàn)楦綦x變壓器的次級(jí)繞組最終連接至機(jī)架接地,。因此，存在相當(dāng)大的初級(jí)到次級(jí)寄生電容,。圖1 顯示了一個(gè)這種情況的簡(jiǎn)化示意圖,。
圖1 Q1 高壓開關(guān)驅(qū)動(dòng)C-STRAY 中共模電流
這是一種離線工作的隔離式反向結(jié)構(gòu)。110 伏到 220 伏 AC 輸入電源經(jīng)過(guò)整流,，從而向功率級(jí)提供 100 伏到 400 伏DC,。電源開關(guān)迅速開啟和關(guān)閉，在 Q1 漏極上產(chǎn)生 500 伏到 600 伏開關(guān)波形,，其同時(shí)也施加于電源變壓器的初級(jí)繞組,。這種開關(guān)電壓，在變壓器初級(jí)繞組到次級(jí)繞組之間的雜散電容中形成電流,。該電流流經(jīng)負(fù)載的預(yù)設(shè)機(jī)架接地,，或者只是以電容方式接地耦合,。該電流必須完成噪聲返回通路，從而產(chǎn)生開關(guān)式電源,。在沒(méi)有 C1 的情況下,，它流回 AC 輸入電源，然后流入電源的輸入線,，其很可能會(huì)超出 EMI 輻射規(guī)格,。
由于其高電源阻抗，這種電流的濾波特別困難,。變壓器的雜散電容大小級(jí)別為 100 pF,，其典型電源開關(guān)頻率的阻抗為 10 千歐。只在電流通路中添加一個(gè)電感來(lái)減小這種電流的方法并不實(shí)際,。例如,，如果我們希望將電流減小 10 倍，其要求100 千歐的電抗（也即 0.1 亨）,，且分布電容小于 10 pF,，這并不現(xiàn)實(shí)。
電容器 C1 帶來(lái)了另一種解決方案,。它為電流提供了一條本地返回通路,。大多數(shù)共模電流通過(guò)該電容器在電源內(nèi)部回流，而不是通過(guò) AC 輸入電源回流,。另外,，C1 還減小了系統(tǒng)的電源阻抗，這樣共模串聯(lián)電感 L1 就變得現(xiàn)實(shí)了,。
在共模濾波器的設(shè)計(jì)過(guò)程中,，一個(gè)關(guān)鍵因素是 C1 值的選擇。從電磁干擾(EMI) 的角度來(lái)看,，其值越大越好,。更大的電容可獲得更小的 EMI 信號(hào)，且電源阻抗也更低,。你可以利用電容的平方原則,，估計(jì) EMI 信號(hào)的減小程度。但是,，高電容也意味著機(jī)架連線的線頻率電流更大,。另外，這種電流還有一些安全限制,，目的是減少觸電事故的發(fā)生機(jī)率,。當(dāng)電源機(jī)架連線斷裂時(shí)，人員進(jìn)入電流通路便會(huì)發(fā)生觸電事故,，如圖2所示,。IEC Std 601-1將這種電流的大小限制為 0.5 mA RMS,，同時(shí)人們還在討論出臺(tái)更為嚴(yán)格的安全規(guī)定。輸入為 230 伏時(shí),，IEC 可有效地將 C1 值限制為 4700 pF,。
圖2 C1 可以成為一種觸電風(fēng)險(xiǎn)
總之，驅(qū)動(dòng)寄生電容機(jī)架接地的高 dV/dt電壓波形,，會(huì)形成共模電流,。這種電流特別難以濾波，原因是其存在高電源阻抗,。濾波要求使用一個(gè)機(jī)架電容器,，提供另一條本地返回通路，并降低阻抗,。盡管從 EMI 濾波器的角度來(lái)看,，電容越大越好，但是總電容受限于安全規(guī)定,。
如欲了解本文的更多詳情,，敬請(qǐng)參閱 2003Unitrode電源設(shè)計(jì)研討會(huì)主題 3：www.ti.com/2003powerseminar-ca。
下次,，我們將討論如何利用共模濾波電感器在離線電源中實(shí)現(xiàn)共模濾波,，最終達(dá)到減少 EMI 的目的。
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