一款低噪声开关电源变压器的设计

在开关电源设计中，功率变压器的设计极为关键，尤其是工作频率提高后，要达到电源的功率密度尽量高，同时要满足较好的EMC指标有一定的难度。下面介绍一种变压器设计方法，可大大改善开关电源的EMI噪声。

由于一次侧和二次侧绕组间寄生电容的存在，变压器“开关”时，在分界处存在dV/dt，将“静默层”布置在绝缘胶带的两侧，即一次侧和Vin相连的一端，二次侧和地相连的一端，分别布置在绝缘胶带两侧，可以减小分界处寄生电容的dV/dt。由于场效应管的漏极电压是波动的，将其绕为骨架的第一层，这样外层可屏蔽内层发射的电磁场。图1和图2给出了两种低噪声的绕线技术，可应用在典型的反激变换器变压器中。

图1 绕制一次侧和二次侧组时骨架的旋转方向相同

方法一：如图1所示，二次侧绕组与二极管连接的末端必须紧邻绝缘胶带，因此绝缘胶带的两端将有一定大小的dV/dt，但该dV/dt比一次侧绕组的漏极相连端与绝缘胶带相邻时小得多。此变压器的优点是二次侧绕组的“静默端”位于最外层，它本身就能很好的屏蔽变压器的辐射。

图2 绕制一次侧和二次侧组时骨架的旋转方向相反

方法二：如图2所示，使两个静默端与绝缘胶带相邻，此变压器的优点是穿越边界的共模噪声减小，但变压器的外部噪声比较大，需要在外部绕上铜皮屏蔽（即法拉第屏蔽）。

图3 使用一次侧辅助绕组作为法拉第屏蔽

在变压器骨架窗口裕量充足的情况下，通常还需要在变压器内部一次侧和二次侧之间使用铜皮“隔离”，从而屏蔽绕组产生的噪声。如果窗口裕量不是很充分，可以考虑将一次侧的IC供电绕组作为法拉第屏蔽。如图3所示，绕组的两端均交流耦合至一次侧地，使一次侧主绕组发射的容性噪声减小，因此传导至二次侧的共模噪声大大减小。使用法拉第屏蔽的缺点是漏感大大增加，从而降低了效率。所以我们在反激变换器变压器内部一般不使用任何常规的屏蔽，但经常使用法拉第屏蔽。

在为客户设计定制产品时，客户要求在不加外围辅助电路的情况下，要求传导过CLASS B，根据方法一，在结合使用传统的“三明治绕法”不仅解决了传导的问题，还解决了只用方法一带来的变压器漏感大的问题，从而提高了电源的稳定性，也达到了客户的要求。该定制产品绕线顺序如表1所示，传导结果如图4所示，峰值最少有20dB的裕量，平均值也有10dB的裕量。

表1

图4

对于带变压器拓扑结构的开关电源来说，变压器的电磁兼容性（EMC）设计对整个开关电源的EMC水平影响较大。通常情况下，加装电源线滤波器是抑制传导EMI的必要措施。但是，仅仅依靠电源输入端的滤波器来抑制干扰往往会导致滤波器中元件的电感量增加和电容量增大。而电感量的增加使体积增加、电容量的增大受到漏电流安全标准的限制。本文提出了新的变压器设计方法。不仅能减少电源线滤波器的体积，对传导电磁干扰（EMI）的抑制能力更强，且能降低变压器的制作成本和工艺复杂程度。