安规陶瓷电容安规陶瓷电容器安规Y电容器在电源电路中的应用介绍

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发表时间：2021-03-12

Y电容，是我们开关电源工程师每天都要接触到的一个非常关键的元器件，它对EMI的贡献是相当的大的，但是它是一个较难把控的元器件，原理上并没有那么直观易懂，在EMI传播路径中需要联系到很多的寄生参数才能够去分析。

我们都知道开关电源变压器的原副边都跨接了一个Y电容，很多时候这个Y电容必须要，没了它EMI就过不了。此Y电容的摆放位有多种方法，到底怎么接效果才是最好的？

在做EMI实验时，往往Y电容对共模干扰的高频段影响比较大，所以我们首先要找到开关电源中的高频干扰源。最常见最熟悉的高频干扰源有两个，以反激为例，一是原边的开关MOS，二是副边的整流二极管，如下图

高频振铃1：MOS管关断时的振荡，高频振铃2：副边整流二极管关断时的振荡。

首先分析一下高频干扰1（原边开关MOS管的干扰），干扰源为Q1，如下图

在分析之前说明一下，输出的电解电容在高频的情况下内阻极低可视为两端短路。

MOS管Q1的振荡，电压为上正下负，噪声从D出发。

第一条通路是从D→Cm→散热器→Ce→大地PE→N→输入电容地→回到S极

第二条通路是从D→Cm→散热器→Ce→大地PE→L→输入电容正→输入电容地→回到S极

第三条通路是从D→变压器→Ctx→Cj→Cd→散热器→Ce→大地PE→N→输入电容地→回到S极

第四条通路是从D→变压器→Ctx→Cj→Cd→散热器→Ce→大地PE→L→输入电容正→输入电容地→回到S极

注意：路径只分析了到达电源外部流经大地的路径，内部回流的没画。

下面我们再分析一下高频干扰2（副边整流二极管引起的），干扰源为D1，如下图

整流管D1的振荡，电压为右正左负，噪声从Cj出发。

第一条通路是从Cj→Cd→散热器→Ce→大地PE→N→输入电容地→输入电容正→Ctx→回到Cj的负端。

第二条通路是从Cj→Cd→散热器→Ce→大地PE→L→输入电容正→Ctx→回到Cj的负端。

注意：路径只分析了到达电源外部的路径。

改善EMI的方法

一般改善EMI有两个常见方法，1、降低干扰源的能量，2、切断或者改变干扰能量的传播路径。

通过添加Y电容的方式来改变EMI的传播路径如下图。

Y电容改变EMI传播路径的常见方式有4中，如上图

位置1：输入电容高压→输出正；

位置2：输入电容高压→输出地；

位置3：输入电容地→输出地；

位置4：输入电容地→输出正。

由于输出的电解电容在高频的情况下内阻极低可视为两端短路。

如果只对于EMI来讲，位置1、2的效果相同，位置3、4的效果相同。

位置1、2加了Y电容后的作用：干扰源原本是从副边D1右边→散热→..经过一系列路径..→Ctx回到D1左边的，现在由于D1右边对Ctx的左边提供了一个阻抗很低的回路，所以大部分干扰路径变成，D1右→Cy1→Ctx→D1左，让大部分的EMI干扰不经过散热器和大地直接回到Ctx回到D1。

位置1、2的Y电容有效的改变了由D1产生的干扰的流动路径。

位置3、4加Y电容后的作用：位置3、4的作用是双重的，作用1,原本Q1的干扰源其中有一条传播路径为，Q1的D极→TX1→Ctx→D1→Cd→..经过一系列路径..→Q1的S极，此时由于在D1右到Q1的S极提供了一条低阻抗回路，此条路径的干扰到D1后大部分直接回到S极；作用2，D1的原边干扰回路是副边D1右边→散热→..经过一系列路径..→Ctx回到D1左边的，此时由于D1右边到原边电解地提供了更低阻抗的回路，大部分干扰直接从D1到原边电解地→原边电解正→Ctx→回到D1左边。

位置3、4的Y电容改变了Q1干扰源的部分路径，同时改变了D1干扰源的路径。

四个位置对EMI的作用都是不错的，但在实际layout的时候放在位置3是最方便的，所以应用的人非常多。

当然改善EMI还有在散热器上下手的如下图