在电子设备的电源系统中，变压器是一个关键的组件，然而批量变压器的电磁干扰（EMI）不稳定问题一直是困扰工程师们的难题。本期，我们将深入探讨如何表征电源变压器的电磁干扰性能，详细介绍德州仪器提供的 CMRR 快速检测方案。
在隔离式开关电源转换器里，电源变压器通常是共模噪声的主要来源。这是因为在变压器内部，处于隔离屏障两侧的原边绕组与副边绕组间距极小，一般不足 1 毫米，这种结构使得相邻绕组间产生了明显的寄生电容。而绕组上所呈现的电压，往往包含比较高的交流分量。以反激式转换器为例，原边绕组连接至原边开关的漏极，此漏极的电压波形在多个频段呈现高交流分量。该交流电压会借助寄生电容，从原边向副边注入共模电流，这正是众多电磁干扰 (EMI) 问题的主要成因。
虽然诸如屏蔽技术和共模平衡等变压器设计策略，能够削弱变压器对电磁干扰 (EMI) 的负面影响。但是，要精准评估变压器对电磁干扰的具体影响程度，并据此优化其结构设计，通常既具挑战性又耗时冗长。针对每一个待测试的变压器设计方案，都必须先将变压器焊接至印刷电路板 (PCB)，再将电源转换器放入电磁干扰 (EMI) 测试夹具内进行扫描测试。若测试结果显示变压器的电磁干扰性能未达标准，则还需将其从印刷电路板 (PCB) 上拆下，并重试。
为了解决这一问题，德州仪器分享了一种极为便捷的方法，让工程师们在将变压器焊接至电路板之前，就能预先检测其电磁干扰 (EMI) 性能。仅需一台函数发生器和一台示波器，即可模拟变压器在电路中的实际工作条件，并测量其共模电磁干扰 (EMI) 特性。
具体操作如下：首先，用一小段导线将原边的交流静点 (AC quiet node) 相互连接。这里的交流静点指电路中直接或通过电容连接到原边接地的变压器引脚。如果变压器副边配有多个绕组，也需将所有副边静点连接在一起，但切不可将其与原边静点相连。随后，借助函数发生器，在变压器原边绕组上施加一个小幅正弦波信号，模拟原边绕组电压，采用安全且低电压的方式进行测试。信号幅度的大小在此并不关键，因为变压器的寄生电容在很大程度上并不受电压幅度的影响。，利用示波器的一个通道，对函数发生器注入的电压进行测量，同时使用另一个通道，测量原边与副边交流静点之间所感应产生的电压。这两个信号的比值，本质上就是共模抑制比 (CMRR)，能够直观反映出在该频率下，电源变压器对共模噪声的贡献程度。
通过多仪器实测对比，我们可以更深入地了解变压器的特性。例如，在 100 kHz 特定频率下，针对两款不同变压器进行测试，1 号变压器采用的结构设计，使其共模抑制比 (CMRR) 达到了 -39.6dB；相比之下，2 号变压器的共模抑制比数值更高，为 -31.4dB。这表明 1 号变压器产生的共模噪声比 2 号变压器小。借助函数发生器，可以深入探究变压器在不同频率下呈现出的特性表现。此外，也可使用频率响应分析仪 (FRA) 进行同样的测试，通过扫描注入信号的频率，全面覆盖整个感兴趣的频段范围。
有趣的是，本涉及的两款变压器在绕组结构与制造工艺上完全一致。共模抑制比 (CMRR) 的差异，完全归因于制造过程中微小工艺参数的波动，表明电磁干扰 (EMI) 性能对变压器制造细节具有高度敏感性。即便是细微差异，例如变压器内部单根导线的布放位置或绝缘层厚度的细微变化，也可能产生显著影响。
就变压器制造实践而言，显然无法保证所有量产产品均稳定通过 CISPR 32 传导电磁干扰 (EMI) 限值测试。为解决这一问题，一个办法是在电路中增强电磁干扰 (EMI) 滤波，以提升裕量；还有一个办法是在生产过程中，利用函数发生器对每台变压器样品进行逐一筛选测试。该筛选测试方法与变压器绕组匝数比的常规筛选测试方法高度相似，因此无需额外配置专用测试设备。在本例中，只有通过筛选测试且共模抑制比 (CMRR) 低于 -38dB 的变压器可确保其组装为电源转换器系统后，所有产品均具备高概率通过电磁干扰 (EMI) 测试的可靠性。
调试电磁干扰 (EMI) 问题时，常面临诸多阻碍与挑战。使用本期电源设计小贴士中介绍的简易测量方案可显著缩短您在焊接调试与实验室测试中的用时，缓解调试过程中的挫败情绪。建议在开展下一款隔离电源设计时，先对电源变压器的共模抑制比 (CMRR) 进行快速测量，完成后再将其焊接至电路板，将实测 CMRR 数据与电磁干扰 (EMI) 测试结果进行对比分析。这样做，您可以更透彻地掌握变压器对电磁干扰的影响，并了解在您的系统中，变压器需达到何种 CMRR 性能指标才能确保通过电磁干扰 (EMI) 测试。
图 1 反激式电源变压器引发的共模噪声问题。
图 2 变压器共模抑制比 (CMRR) 测试配置方案：用一小段导线，将原边与副边的交流静点 (AC quiet node) 分别进行连接，随后在原边绕组上施加一个小幅正弦波信号，通过测量原副边交流静点间的感应电压与函数发生器注入电压的比值，即可得出共模抑制比 (CMRR)。
图 3 时域变压器共模抑制比 (CMRR) 测试结果表明，在 100 kHz 这一测试频率点上，1 号变压器产生的共模噪声低于 2 号变压器。
图 4 使用频率响应分析仪 (FRA) 在 100kHz 至 4MHz 宽频范围内对 1 号变压器和 2 号变压器进行频域共模抑制比 (CMRR) 测试的结果。
图 5 两款变压器的传导电磁干扰 (EMI) 测试结果：1 号变压器以较大裕量通过测试，2 号变压器以微小差距未通过测试。
