【技术帖】寄生电容对反激开关电源的性能影响及改善

功率开关管的Coss、变压器绕线间的匝间及层间电容、PCB布线的寄生电容影响着反激开关电源的多项性能指标。本期，为各位粉丝分享如何优化或利用寄生电容来改善峰值电流控制、转换效率及EMC性能。

寄生电容对峰值电流控制的影响

原理分析

考虑寄生电容的反激变换器简化电路如图1所示，其中Ceq1主要来自于开关管Q1，Ceq2主要来自于变压器T1。

图1 反激变换器简化示意图

如图2所示，Q1开通时刻由Clock信号决定，Q1关断则分为两种情况：

1.Gate信号置低由ic(t)触发

Q1开通瞬态，Ceq1和Ceq2通过Q1开始放电，其中ic(t)会在Rcs形成电压，当高于Vcs_ref时，则Gate置低；

2.Gate信号置低由ip(t)触发

Q1完全导通后，ip(t)线性增长，当Vcs(t)高于峰值电流Vcs_ref时，Gate信号置低。

图2 峰值电流控制示意图

由以上分析可知，Gate信号由ic(t)触发的情况会影响正常带载，应避免发生，改善措施如下：

1.控制芯片 通过增加LEB时间(100~350ns)，即t0-t2时刻内屏蔽Vcs信号；2.系统设计 优化变压器，减小寄生电容Ceq2。

案例分享

以PN8368 9V0.6A电源为例，在265Vac输入工况下带载异常，工作波形如图3所示，寄生电容放电电流导致了误关断；通过增加变压器层间胶带减小寄生电容Ceq2，电源带载正常，工作波形如图4所示。

图3 带载异常工作波形

图4 正常带载工作波形

寄生电容对开关损耗的影响

原理分析
Q1的电压电流工作波形如图5所示，其开通损耗和关断损耗分别如下：

可见，开关损耗与寄生电容及开关频率成正比，改善措施如下：

1.控制芯片 通过侦测变压器工作波形，在谐振的谷底时刻开通Q1，从而减小开通损耗；2.系统设计 选择开关速度较快的功率开关管，减小寄生电容Ceq1及电压电流交叉时间；优化变压器，减小寄生电容Ceq2。

图5 DCM模式下Q1工作波形

案例分享

以PN8162+PN8307H 20W PD快充为例，QR和非QR状态下的工作波形如下：

图6 QR状态下的工作波形

图7 非QR状态下的工作波形

实验表明：控制芯片工作在QR状态比非QR状态可减小开通损耗约0.2W，从而显著提升充电器的功率密度。

寄生电容对EMC特性的影响

原理分析

反激电源共模噪声分析模型如图8所示，建模过程详见《反激式开关电源EMI设计与整改》。

图8 反激电源共模噪声分析模型

根据干扰电压幅值优化变压器屏蔽圈数，通过改变寄生电容进而减小共模电压。工程经验表明：共模平台干扰电压在2V以内，为传导达标的充分条件，辐射达标的必要条件。

案例分享

以PN8680 12V1A适配器为例，变压器初级绕组：0.21mm*102Ts；屏蔽绕组：0.21mm*12Ts；辅助绕组：0.21mm*12Ts；次级绕组：0.5mm*10Ts。共模噪声与传导初测结果如图9所示：

图9 共模噪声与传导初测结果

屏蔽圈数由12Ts调整至15Ts，共模噪声与传导优化测试结果如图10所示：

图10 共模噪声与传导优化测试结果

由实验结果可见，通过调整变压器寄生电容，实现共模电流抵消，可明显改善传导性能。