反激电源EMI-----吸收回路的解决方法

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#硬件工程 #射频工程

一、常用设计

在反激式电源的RCD吸收回路（初级钳位吸收回路）中，选择快恢复二极管（Fast Recovery Diode）通常优于慢恢复二极管（如普通整流管）。这主要是由吸收回路的工作原理和二极管的开关特性决定的。以下是详细分析和优缺点对比：

1、快管 vs 慢管优缺点总结

特性	快恢复二极管 (Fast Diode)	慢恢复二极管 (Slow Diode)
反向恢复时间 (t<sub>rr</sub>)	短 (ns级)	长 (μs级)
反向恢复电荷 (Q<sub>rr</sub>)	小	大
MOSFET开通损耗	低 (反向电流小)	高 (大的反向恢复电流尖峰)
MOSFET电流应力	低	高
传导EMI (差模噪声)	好 (高频噪声尖峰小)	差 (产生大的高频噪声尖峰)
辐射EMI	较好 (噪声源能量小)	差 (强噪声源)
效率	较高 (开关损耗低)	较低 (开关损耗高)
温升	较低 (自身损耗和MOSFET损耗都更低)	较高
可靠性	较高 (降低MOSFET应力)	较低 (增加MOSFET应力)
成本	稍高	低

2、哪个对EMI好？

快恢复二极管对EMI明显更好（尤其是传导EMI）。
原因： 它几乎消除了慢管产生的那个大的、陡峭的反向恢复电流尖峰。这个尖峰是差模传导噪声（在LISN上测量L-N噪声）和近场辐射噪声的主要来源之一。消除或大幅减小这个主要噪声源，能显著改善EMI性能，尤其是在开关频率的多次谐波附近（几百kHz到几十MHz）。

3、选择快恢复二极管时的注意事项

正向导通压降： 快恢复管通常比慢管的正向导通压降稍高，但这在吸收回路中通常不是主要问题，因为吸收回路的平均电流相对较小。
反向耐压： 必须足够高，至少大于吸收电容Csnub上的最大电压（通常略高于反射电压Vor）。
结电容： 超快恢复二极管的结电容可能稍大，但这在吸收回路中影响相对较小，远小于反向恢复特性的影响。
反向漏电流： 在高温下需要注意，但通常不是主要矛盾。

二、反直觉的EMI测试结果（RE）

1、先看实际对比测试图

（使用快管F7）

(使用慢管A7)

（快管RE超标而慢管改善）看似违反直觉，但本质上是 高频谐振机制 和 二极管开关特性差异 共同作用的结果。

2、根本原因分析

（1）. 快恢复二极管的"双刃剑"特性

优点：
显著降低 反向恢复电流尖峰 (Irr) → 改善 中低频传导EMI (如<30MHz)。
缺点：
极快的反向恢复速度 导致：
- 更高的关断dV/dt：二极管反向截止时电压骤升更快。
- 更陡峭的电流下降率 (di/dt)：吸收回路电流被快速切断。
  → 这些高速切换会激发PCB寄生参数的高频谐振。

(2). 慢恢复二极管的"天然阻尼"效应

缓慢的反向恢复过程 相当于一个"软开关"行为：
- 更低的dV/dt & di/dt：电压/电流变化率平缓。
- 反向恢复电流拖尾：相当于在电路中串联了一个"损耗电阻"。
  → 无意中抑制了高频谐振，尤其在 >50MHz的辐射频段。

(3). PCB寄生参数的关键作用

快管激发的谐振主要由以下寄生参数构成：

谐振频率公式：
- 典型值：当 Lloop≈20nH, Ctotal≈10pF 时，fres≈350MHz → 正好落在 辐射EMI超标频段（30MHz~1GHz）。

(4)为什么快管导致RE超标？——四步机制

快速关断：
快管在纳秒级内切断电流 → 产生极高di/dt。
激发谐振：
di/dt在寄生电感上感应高压，与寄生电容形成LC谐振。
天线效应：
吸收回路PCB走线成为高效辐射天线（尤其当长度 > λ/10时）。
高频发射：
谐振能量以300MHz~500MHz电磁波辐射 → RE测试超标。

(5)为什么慢管改善RE？——阻尼三要素

减缓切换速度：
慢管的μs级恢复相当于给电路增加"缓冲"。
能量耗散：
反向恢复拖尾电流在寄生电阻上转化为热能。
频移效应：
降低谐振频率（如从350MHz→50MHz），避开敏感频段。

✅ 关键结论：
快管消除了中低频噪声源，但暴露了高频寄生谐振；
慢管用自身损耗压制了高频谐振，却牺牲了效率和低频EMI性能。

三、解决方案探讨

1、保留快管优势同时抑制RE，不要换回慢管（效率损失大），而是针对性优化高频谐振：

（1）、增加RC阻尼网络（最有效！）

在快恢复二极管两端并联RC：

       ╭───[R_damp]───╮
Diode ─┤               ├─
       ╰───[C_damp]───╯

推荐值：

参数推荐范围作用原理
Cdamp 100pF~470pF 提供谐振能量吸收路径
Rdamp 10Ω~100Ω 消耗谐振能量（需计算功率）
设计公式：

（例：若L=15nH, C=220pF → R≈36Ω）

参数	推荐范围	作用原理
Cdamp	100pF~470pF	提供谐振能量吸收路径
Rdamp	10Ω~100Ω	消耗谐振能量（需计算功率）

（2）、优化PCB布局（零成本方案）

缩短吸收回路路径：
将RCD器件紧贴变压器和MOSFET放置，环路长度<2cm。
地平面覆盖：
在吸收回路下方铺设完整地平面，提供镜像回流路径。
关键走线加粗：
二极管阳极到电容的走线加宽至2~3mm，降低电感。

（3 ）、调整吸收电容特性

改用高ESR电容：
将低ESR陶瓷电容替换为 薄膜电容 或 X7R陶瓷+串联1Ω电阻。
示例：
原22nF/630V陶瓷电容 → 改为 22nF/630V 聚酯薄膜电容（ESR≈0.5Ω）。

（4）、磁珠抑制高频（立竿见影）

在二极管阳极串联磁珠，选型要求：选择在 超标频段呈高阻抗（如100MHz时Z>500Ω）

验证与调试步骤

示波器检测谐振：用高压探头（请注意安全，测量前可以先阅读示波器使用时导致的跳匝----背后的原因-优快云博客）测二极管阴极波形，观察300MHz以上振铃。
扫描容阻值：从100pF+10Ω开始调试RC阻尼，直至振铃幅度下降50%。
RE对比测试：优先验证原超标频点（如300MHz），再扫全频段。
温升监控：确保阻尼电阻温升<20°C（推荐1210封装以上）。

2、推荐方案

场景	推荐方案	原因
空间受限	快管 + 串联磁珠	占用面积小，高频抑制强
成本敏感	快管 + RC阻尼	电阻电容成本低于磁珠
超高频辐射(>500MHz)	快管 + PCB布局优化	磁珠/RC在极高频率效果下降
多频点超标	快管 + 薄膜吸收电容	宽频带阻尼特性

永远记住：没有"最好"的二极管，只有与电路寄生参数匹配的二极管！ ——优化本质是阻抗匹配和能量转移控制。