開關(guān)電源變壓器屏蔽層抑制共模EMI的研究
去掉共模濾波電感,在變壓器中增設(shè)一次側(cè)屏蔽繞組如圖8所示,并將E與A點(diǎn)(電容Cin正極)相連。此時,一次側(cè)屏蔽繞組代替了原一次繞組的最外層,假設(shè)一次側(cè)屏蔽繞組與二次繞組間的寄生電容與原變壓器一次側(cè)最外層繞組與二次繞組的寄生電容相同,則:
圖8 變壓器內(nèi)部不設(shè)置屏蔽在電路中增設(shè)共模濾波電感的傳導(dǎo)EMI測試結(jié)果
由式(4)可知:在電路工作情況不變的狀況下,共模電流i1的第一項減小為原來的1/(2m+1),故傳導(dǎo)EMI減小了,測試結(jié)果如圖9所示。
由于在共模傳導(dǎo)EMI的模型中輸入濾波電容Cin是短路的,因此,若將E與電容Cin負(fù)極相連,屏蔽繞組對傳導(dǎo)EMI的抑制效果與E點(diǎn)、A點(diǎn)相連的情況是一致的,測試結(jié)果如圖10和圖11所示。
圖9 變壓器內(nèi)部增設(shè)一次側(cè)屏蔽繞組
圖10 變壓器內(nèi)部設(shè)置一次側(cè)屏蔽繞組并將出線與輸入濾波電容正極相連的傳導(dǎo)EMI測試結(jié)果
圖11 變壓器內(nèi)部設(shè)置一次側(cè)屏蔽繞組并將出線與輸入濾波電容負(fù)極相連的傳導(dǎo)EMI測試結(jié)果
在變壓器內(nèi)部再增設(shè)次級屏蔽繞組如圖12所示,并將E點(diǎn)與A點(diǎn)相連,將F點(diǎn)與C點(diǎn)相連,此時,一次側(cè)屏蔽繞組與次級屏蔽繞組的感應(yīng)電動勢和寄生電容分布情況是基本一致的,近似有:
式(5)中:Cx為一側(cè)屏蔽繞組與另一屏蔽繞組間的寄生電容值。結(jié)合式(3)可知,通過兩屏蔽繞組耦合的共模電流近似為零,但一次側(cè)與次級屏蔽繞組不可能完全一致,因此,屏蔽繞組之間仍會有共模干擾電流,但得到了極大的衰減,測試結(jié)果如圖13所示。
圖12 變壓器內(nèi)部設(shè)置一次側(cè)屏蔽繞組和次級屏蔽繞組
圖13 變壓器內(nèi)部設(shè)置2層屏蔽繞組的傳導(dǎo)EMI測試結(jié)果
如果將2層屏蔽繞組換為2層屏蔽銅箔,由于兩層屏蔽銅箔感應(yīng)電動勢和寄生電容分布的分布更為相似,因此,對共模傳導(dǎo)電流就有更好的抑制效果,測試結(jié)果如圖14所示。
圖14 變壓器內(nèi)部設(shè)置兩層屏蔽銅箔的傳導(dǎo)EMI測試結(jié)果
理論及試驗(yàn)結(jié)果均表明:在變壓器中增加屏蔽層,可以對共模傳導(dǎo)EMI起抑制作用,尤以兩層銅箔的屏蔽效果最好。具體設(shè)計中,可根據(jù)電源共模傳導(dǎo)EMI的嚴(yán)重程度來選擇相應(yīng)的屏蔽措施。
由于各類變換器中產(chǎn)生共模傳導(dǎo)EMI的機(jī)理是相同的,所以,上述共模傳導(dǎo)干擾的模型和屏蔽層的設(shè)計方法同樣適用于其他拓?fù)洹?p>4 結(jié)語
由于開關(guān)電源輸入、輸出側(cè)與大地之間存在著電位差的高頻變化,是造成共模EMI的根本原因。理論分析和試驗(yàn)結(jié)果表明,在一次繞組與二次繞組之間設(shè)置屏蔽繞組或屏蔽銅箔,可以抑制一次側(cè)與次級之間的共模電流,減少共模傳導(dǎo)EMI。
評論