DHH带你深入浅出LLC.12

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EMI滤波与PCB布局——从源头抑制噪声

LLC的谐振电流接近正弦，EMI性能通常优于硬开关PWM变换器。但开关节点的高dv/dt和副边整流电流的di/dt仍然会产生共模和差模噪声。良好的EMI设计和PCB布局是产品通过认证的关键。

12.1 LLC的EMI噪声源

共模噪声：主要来自开关节点（半桥中点）的高dv/dt。这个节点通过寄生电容（如MOSFET的Coss、变压器原副边电容、散热器对地电容）耦合到地，形成共模电流。共模电流流经LISN的接地电阻，产生共模电压。

差模噪声：主要来自输入电流的脉动。半桥输入的电流是脉冲状的，含有丰富的谐波，形成差模噪声。谐振电容Cr上的电压纹波也会产生差模噪声。

副边噪声：副边整流二极管的电流突变（尤其是在fs > fr时）会产生高频噪声，通过变压器耦合到原边，或直接辐射。

12.2 EMI滤波器设计

标准的EMI滤波器包括：

X电容：跨接在输入线之间，滤除差模噪声。典型值0.1μF~1μF。X电容需要并联泄放电阻，确保断电后安全。

共模电感：串联在输入线上，两个绕组反向耦合，对共模电流呈现高阻抗，对差模电流呈现低阻抗。典型值1mH~10mH。共模电感的漏感可以兼作差模电感。

Y电容：跨接在输入线和地之间，滤除共模噪声。典型值1nF~4.7nF。Y电容的漏电流受安规限制，通常不超过0.25mA~0.75mA。

差模电感：串联在输入线上，滤除差模噪声。典型值10μH~100μH。有时用共模电感的漏感代替。

滤波器设计步骤：

• 测量或仿真LLC的原始EMI噪声频谱。
• 确定需要衰减的频段和衰减量（通常需要满足CISPR 22/EN 55022 Class B）。
• 选择滤波器拓扑和元件值，计算插入损耗。
• 考虑滤波器的源阻抗和负载阻抗，避免谐振。
• 实验验证，调整元件值。
  
  

12.3 PCB布局要点

功率环路最小化：半桥的输入电容、两个MOSFET、谐振电容Cr构成的功率环路面积要尽可能小，以减小寄生电感，降低di/dt引起的电压尖峰和辐射。

谐振腔布局：Lr、Cr、变压器原边构成的谐振回路要紧凑，避免长走线引入寄生电感。谐振电流是高频交流，走线要短而宽。

驱动走线：驱动信号走线要远离功率走线，避免耦合。高侧驱动走线要短，自举电容靠近驱动芯片。

接地：采用单点接地或星形接地，将功率地和信号地分开，最后在一点连接。避免地环路。

高dv/dt节点屏蔽：半桥中点、变压器原边等节点可以用铜箔或屏蔽层包裹，减小辐射。

散热器：散热器如果接地，会通过寄生电容耦合共模噪声。可以在散热器和MOSFET之间加绝缘垫，或在散热器与地之间加Y电容。

12.4 变压器屏蔽

变压器的原副边之间存在寄生电容，共模噪声通过这个电容耦合。在变压器原副边之间加一层屏蔽铜箔，并连接到原边地或副边地，可以有效减小共模噪声。屏蔽层通常是一层铜箔，覆盖整个绕组宽度，一端接地，另一端绝缘。

12.5 输出整流布局

副边整流二极管的电流突变会产生高频噪声。布局时，整流二极管、输出电容、变压器副边构成的环路要尽可能小。输出电容要靠近整流二极管，减小高频环路面积。同步整流MOSFET的驱动走线也要短。

12.6 一个EMI设计实例

以480W LLC为例，输入400V，输出48V，开关频率150kHz。

原始噪声：在150kHz及其谐波处有较高的共模和差模噪声。

滤波器设计：

• X电容：0.47μF，并联1MΩ泄放电阻
• 共模电感：2mH，漏感约20μH
• Y电容：2.2nF×2，接在原边地和副边地之间
• 差模电感：50μH
  
  

布局：半桥环路面积控制在2cm²以内，谐振腔走线宽度5mm，驱动走线远离功率走线。

测试结果：经过滤波器后，EMI噪声满足EN 55022 Class B，裕量6dB以上。

江波波

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bidezhi7777

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