反激式电源适配器的传导EMI等效电路

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反激式电源适配器的传导EMI等效电路

（1）电源适配器电路原理图

电路原理图
（2）电源适配器两种工作模式

在半个电网周期内，输入整流桥有两种大的工作模式，即：整流桥工作模式Ⅰ和整流桥不工作模式Ⅱ。

整流桥工作模式Ⅰ和整流桥不工作模式Ⅱ
（3）电源适配器工作模式Ⅰ的EMI等效电路推导

3-A、工作模式Ⅰ的等效电路（正负半周工作一样）

工作模式Ⅰ的等效电路
在工作模式Ⅰ的情况下，两种工作工作模式在正负半周都会出现，此时整流桥是导通工作的。

3-A-1：工作模式Ⅰ在有LISN时的等效电路

工作模式Ⅰ在有LISN时的等效电路
3-A-2：工作模式Ⅰ在有LISN时的等效受控源电路

工作模式Ⅰ在有LISN时的等效受控源电路
开关变换器的时变因素与非线性因素主要是由开关元件导致的。为了使变换器的等效电路成为线性电路，开关元件平均模型法采取了对开关元件直接进行分析的方法。

首先对开关元件的电压或电流变量在一个开关周期内求平均，并用以该平均变量为参数的受控源代替开关元件，得到等效的平均参数电路。平均参数等效电路消除了变量波形中因开关动作引起的脉动，即消除了时变因素，但仍然是一个非线性电路。这样的电路由于同时包含了直流分量与交流分量的作用，称为大信号等效电路。

其次，若使大信号等效电路中的各平均变量均等于其对应的直流分量，同时考虑到直流电路中稳态时电感相当于短路、电容相当于开路，可以得到变换器的直流等效电路，直流等效电路为线性电路；若使大信号等效电路中的各平均变量分解为相应的直流分量与交流小信号分量之和，即分离扰动，并忽略小信号分量的乘积项（即二阶微小量）使其线性化，再剔除各变量中的直流量，可以得到变换器的小信号等效电路，小信号等效电路也为线性电路。可见，开关元件平均模型法的指导思想仍然是求平均、分离扰动和线性化。

上图中开关管Q等效为受控电压源，整流二极管D等效为受控电流源。有源开关Q时而接通是输入电压Vg，时而短路，用状态变量输入电压的平均值表征有源开关元件Q的端电压是合理的，因此用一个电压控制的受控电压源来代替有源开关管Q；无源开关D时而接通副边电感电流，时而开路，由于电感电流是一个状态变量，用电感电流的平均值表征无源开关元件D的平均电流也是合理的，因此用一个电流控制的受控电流源代替无源开关元件D。

3-A-3：工作模式Ⅰ在有LISN时的等效受控源平均电路（直流等效）
工作模式Ⅰ在有LISN时的等效受控源平均电路
上图直流等效电路图中，电感L1和L2等效为短路，电容等效为开路。

3-A-4：工作模式Ⅰ在有LISN时的等效受控源平均电路（交流等效）
工作模式Ⅰ在有LISN时的等效受控源平均电路
在交流等效中，输出负载、电感等效开路，电容、供电电源等效短路。从图中可以看到，开关管Q的交流分量Vds（ac）（t）和二极管D的交流分量Id（ac）（t）可以进行傅里叶变换，分解成不同频率成分的正弦波，频率不一样，阻抗也随着变换，再利用叠加原理将不同频率成分形成的频谱幅度进行相加。

3-B-1：工作模式Ⅰ在原边MOSFET交流电压分量单独作用下的EMI等效电路

工作模式Ⅰ在原边MOSFET交流电压分量单独作用下的EMI等效电路
在MOSFET交流电压分量单独作用下，副边电流源开路，由于副边流过电流为零，所以原边电流也为零，在此变压器就不起作用了，只有励磁电感Lm，将上述电路图简化其等效电路图为：

电路图简化其等效电路图
在MOSFET单独作用下，其差模成分路径为：

在MOSFET单独作用下，其差模成分路径为
其中，差模成分分两条支路，一条如红色所示，另一条如蓝色所示。在此等效电路中，滤波电容CB一条支路给差模成分提供了路径，可以知道如果减小滤波电容CB的阻抗，则对差模成分分流更多，在电阻R1和R2形成的电压会更小，仪器检测幅值更低，一般我们都选取等效串联阻抗较小的滤波电容。另一条支路中有激磁电感Lm，单从差模成分的抑制方面考虑，增加激磁电感Lm的值可以增加阻抗，对差模成分也有良好的抑制作用。

在MOSFET单独作用下，其共模成分路径为：

6w电源适配器共模成分路径

可知，要想有效减小共模成分，则必须要减小寄生电容Cpq的容值，增加共模流经路径的有效阻抗。

工作模式Ⅰ在原边MOSFET交流电压分量单独作用下的EMI最终等效电路为：

电源适配器EMI最终等效电路
在差模EMI等效电路中，电阻R1和电阻R2处于串联流经差模电流，在电阻R1和电阻R2两端分别产生电压为Vdm(t)，故在电阻R1和电阻R2串联等效电阻100Ω上产生2Vdm(t)。激磁电感Lm感抗越大对差模抑制越好，对差模分量来说，CCM模式比DCM差模要好。

差模EMI等效电路
工作模式Ⅰ在原边MOSFET交流电压分量单独作用下的EMI最终等效电路

在原边MOSFET交流电压分量单独作用下的EMI最终等效电路
3-B-2：工作模式Ⅰ在副边二极管交流电流分量单独作用下的EMI等效电路。

3-B-2：工作模式Ⅰ在副边二极管交流电流分量单独作用下的EMI等效电路
在低频（150KHz）情况下，忽略变压器寄生电容（在高频情况下变压器层间电容、原副边电容不能忽视）。由于整流二极管对地电容无法形成共模回路，故在LISN负载上无共模噪声。

工作模式Ⅰ在副边二极管交流电流分量单独作用下的EMI最终等效电路

工作模式Ⅰ在副边二极管交流电流分量单独作用下的EMI最终等效电路
由于在低频情况下，副边二极管对地寄生电容无法形成共模回路，故没有共模EMI等效电路。

（4）工作模式Ⅱ的EMI等效电路推导

4-A：工作模式Ⅱ-Ⅰ的等效电路

4-A：工作模式Ⅱ-Ⅰ的等效电路
在工作模式Ⅱ中，当D1-D4都截止时，在LISN上没有传导EMI噪声，由下面的测试EMI的等效电路可知，因没有噪声路径，故不会产生传导EMI噪声。这种工作模式也可称为工作模式Ⅱ-Ⅰ。

工作模式Ⅱ-Ⅰ
4-B：工作模式Ⅱ-Ⅱ的等效电路

在工作模式Ⅱ中，会出现D1-D4中的一个二极管导通，其他三个二极管截止的情况，在这种情况下的EMI等效电路与二极管全部截止时的等效电路不同，与工作模式Ⅰ中的EMI等效电路不同，这种情况称为Ⅱ-Ⅱ（非固有差模噪声）。

原因：在开关电压变化时，会出现一个瞬间的电容充放电电流，此电流经Cpq、大地和LISN中的一条支路，在电流最大值不能使整流桥中的一个二极管开通时，其情况就同前面所介绍的，整流桥中的四个二极管均截止，不会产生噪声；

当此电流使整流桥中的一个二极管导通（如0＜VAB＜VCD时的二极管D1），则其他二极管都会因反偏而截止，本来当这个电流减小到零后，二极管D1应当截止，当由于整流桥中的二极管是非常慢速的，它无法在开关周期内被关断，所以便导致这个二极管在0＜VAB＜VCD一直导通；这样整流桥虽然不工作，但有一个二极管是导通的。

下面分析在整流桥不工作但有一个二极管导通时（假定D1导通）的EMI等效电路。

下面分析在整流桥不工作但有一个二极管导通时（假定D1导通）的EMI等效电路
4-B-1：工作模式Ⅱ-Ⅱ在有LISN时的等效受控源平均电路（直流等效）

4-B-1：工作模式Ⅱ-Ⅱ在有LISN时的等效受控源平均电路（直流等效）
4-B-2：工作模式Ⅱ-Ⅱ在有LISN时的等效受控源EMI电路（交流等效）

4-B-2：工作模式Ⅱ-Ⅱ在有LISN时的等效受控源EMI电路（交流等效）
4-C-1：工作模式Ⅱ-Ⅱ在原边MOSFET交流电压分量单独作用下的EMI等效电路

4-C-1：工作模式Ⅱ-Ⅱ在原边MOSFET交流电压分量单独作用下的EMI等效电路
上述等效电路中红色虚线表示共模回路，无差模回路。但是只有电阻R1有噪声，可以实际理解为差模噪声。

工作模式Ⅱ-Ⅱ在原边MOSFET交流电压分量单独作用下的EMI最终等效电路

工作模式Ⅱ-Ⅱ在原边MOSFET交流电压分量单独作用下的EMI最终等效电路
根据前面的分析，单一元件进行作用时差模回路和共模回路的路径，可以得出：

单一元件进行作用时差模回路和共模回路的路径
当有EMI滤波器时，这个噪声中的差模噪声可以被转化为共模噪声，如4-C-1工作模式中的等效电路，加入差模电容Cx。

4-C-1：工作模式Ⅱ-Ⅱ在原边MOSFET交流电压分量单独作用下的EMI等效电路

工作模式Ⅱ-Ⅱ在原边MOSFET交流电压分量单独作用下的EMI等效电路
由于EMI滤波器中的差模电容Cx，可使模式Ⅱ-Ⅱ中的差模噪声转化为共模噪声。

4-C-2：工作模式Ⅱ-Ⅱ在副边二极管交流分量单独作用下的EMI等效电路

工作模式Ⅱ-Ⅱ在副边二极管交流分量单独作用下的EMI等效电路
故在工作模式Ⅱ-Ⅱ副边二极管对共模噪声和差模噪声均没有影响。

讨论：

---工作模式Ⅰ与工作模式Ⅱ下的传导EMI是不同的；

---如在工作模式Ⅱ中的四个二极管均截止，则工作模式因无噪声路径而不产生任何传导EMI；

---如在工作模式Ⅱ中有一个二极管导通，其他三个二极管截止，则工作模式Ⅱ的共模EMI噪声与工作模式Ⅰ基本相同，而工作模式Ⅱ的差模噪声有可能大于工作模式Ⅰ的差模噪声，也有可能小于工作模式Ⅰ的差模噪声，原因是工作模式Ⅱ在一个二极管导通时有一种非固有的差模噪声存在；

---非固有差模噪声可有通过输入EMI滤波器中的X电容，把其转变成对称共模噪声而完全消除；

---上面的EMI等效电路，仅仅是EMI低频段的理想等效电路；

---实际的EMI等效电路，还要考虑变压器的寄生参数、PCBLayout的引线电感等等；

---如考虑变压器的层间电容时，在其原副边间可以用一个电容参数，此时副边二极管电流分量就会在EMI负载上产生共模噪声，由于涉及EMI滤波器参数时，只需考虑低频段的等效电路，故可将这一因素忽略。但对实际高频段的EMI共模噪声进行分析时，则还要考虑副边二极管交流分量通过变压器层间电容对共模噪声的影响。

（5）电源适配器反激变换器在AC 输入下的EMI 等效电路总结：

5-1：工作模式Ⅰ的EMI 等效电路

5-1：工作模式Ⅰ的EMI 等效电路
5-2-1：工作模式Ⅱ-I 的EMI 等效电路

当D1-D4 都截止时，在EMI 负载上无任何噪声，所以无EMI 等效电路。

5-2-2：工作模式Ⅱ-Ⅱ的EMI等效电路

在工作模式Ⅱ-Ⅱ中：在原边MOSFET 电压单独作用时，会有一种非固有差模噪声，但可用EMI 滤波器中的X 电容将其转化为共模噪声。在副边二极管电流单独作用时，因无噪声回路，在EMI 负载上测不到噪声，所以其加X 电容后的EMI等效电容总结为：

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| 发布时间：2018.06.23 来源：电源适配器厂家

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