在《電源設計小貼士40：非隔離式電源的共模電流》（http://www.ti.com.cn/general/cn/docs/gencontent.tsp?contentId=144511）中，我們討論了開關級中大電壓擺動如何形成共模電流的問題，并介紹了它驅動電流進入電容到機架接地的過程。在這篇《電源設計小貼士》中，我們將繼續討論共模電流的問題。
在隔離式電源中，這種情況變得更加糟糕，因為隔離變壓器的次級繞組最終連接至機架接地。因此，存在相當大的初級到次級寄生電容。圖1 顯示了一個這種情況的簡化示意圖。
圖1 Q1 高壓開關驅動C-STRAY 中共模電流
這是一種離線工作的隔離式反向結構。110 伏到 220 伏 AC 輸入電源經過整流，從而向功率級提供 100 伏到 400 伏DC。電源開關迅速開啟和關閉，在 Q1 漏極上產生 500 伏到 600 伏開關波形，其同時也施加于電源變壓器的初級繞組。這種開關電壓，在變壓器初級繞組到次級繞組之間的雜散電容中形成電流。該電流流經負載的預設機架接地，或者只是以電容方式接地耦合。該電流必須完成噪聲返回通路，從而產生開關式電源。在沒有 C1 的情況下，它流回 AC 輸入電源，然后流入電源的輸入線，其很可能會超出 EMI 輻射規格。
由于其高電源阻抗，這種電流的濾波特別困難。變壓器的雜散電容大小級別為 100 pF，其典型電源開關頻率的阻抗為 10 千歐。只在電流通路中添加一個電感來減小這種電流的方法并不實際。例如，如果我們希望將電流減小 10 倍，其要求100 千歐的電抗（也即 0.1 亨），且分布電容小于 10 pF，這并不現實。
電容器 C1 帶來了另一種解決方案。它為電流提供了一條本地返回通路。大多數共模電流通過該電容器在電源內部回流，而不是通過 AC 輸入電源回流。另外，C1 還減小了系統的電源阻抗，這樣共模串聯電感 L1 就變得現實了。
在共模濾波器的設計過程中，一個關鍵因素是 C1 值的選擇。從電磁干擾(EMI) 的角度來看，其值越大越好。更大的電容可獲得更小的 EMI 信號，且電源阻抗也更低。你可以利用電容的平方原則，估計 EMI 信號的減小程度。但是，高電容也意味著機架連線的線頻率電流更大。另外，這種電流還有一些安全限制，目的是減少觸電事故的發生機率。當電源機架連線斷裂時，人員進入電流通路便會發生觸電事故，如圖2所示。IEC Std 601-1將這種電流的大小限制為 0.5 mA RMS，同時人們還在討論出臺更為嚴格的安全規定。輸入為 230 伏時，IEC 可有效地將 C1 值限制為 4700 pF。
圖2 C1 可以成為一種觸電風險
總之，驅動寄生電容機架接地的高 dV/dt電壓波形，會形成共模電流。這種電流特別難以濾波，原因是其存在高電源阻抗。濾波要求使用一個機架電容器，提供另一條本地返回通路，并降低阻抗。盡管從 EMI 濾波器的角度來看，電容越大越好，但是總電容受限于安全規定。
如欲了解本文的更多詳情，敬請參閱 2003Unitrode電源設計研討會主題 3：www.ti.com/2003powerseminar-ca。
下次，我們將討論如何利用共模濾波電感器在離線電源中實現共模濾波，最終達到減少 EMI 的目的。
本文以及其他電源解決方案的詳情，敬請訪問：http://www.ti.com.cn/lsds/ti_zh/analog/powermanagement/power_portal.page。