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屏蔽技術(shù)在高頻變壓器中的應(yīng)用

作者: 時(shí)間:2011-10-09 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

1引言

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/178549.htm

  供電電源系統(tǒng)采用的和電感器,如陰極射線管(CRT)顯示器用的回掃,通常,其幅射磁場很強(qiáng),但因?yàn)檫@種的工作頻率與CRT的行偏轉(zhuǎn)頻率一致,故其輻射磁場對視覺效果不會(huì)造成明顯的影響。然而,在一些超高分辨率的CRT顯示器中,由于行偏轉(zhuǎn)頻率隨著高速掃描而提高,電源變壓器的工作頻率不能與其保持一致,供電電源只能在比CRT掃描頻率低的某一頻率工作。這種情況下,即使電源的工作頻率完全與工作在CRT掃描頻率的某一諧波頻率相一致,電源變壓器的電磁輻射依然會(huì)對CRT顯示器的圖象造成明顯的干擾,使視覺效果變差,工作頻率越高,干擾越顯著。

  對電源變壓器進(jìn)行電磁,多數(shù)設(shè)計(jì)成將變壓器整體地封閉在一個(gè)密封的金屬盒內(nèi),有時(shí)把驅(qū)動(dòng)電路的部件也包括在內(nèi)。采用這種結(jié)構(gòu)時(shí),為防止在高壓繞組和金屬盒內(nèi)之間可能產(chǎn)生的飛弧,兩者中間要留有足夠大的空隙。所以,這種結(jié)構(gòu)對電磁場的屏蔽效果是不理想的,同時(shí)還在CRT顯示器中占據(jù)相當(dāng)大的空間。再一種屏蔽結(jié)構(gòu)是將變壓器整體地灌封在具有高介電常數(shù)的絕緣材料中,形成一體化無間隙結(jié)構(gòu)。這種灌注成整體結(jié)構(gòu)的問題是:要使灌封達(dá)到無間隙,工藝操作上有相當(dāng)難度;由于以環(huán)氧樹脂為代表的灌封材料的位移電荷在封裝材料表面形成高電位,將通過較低介電常數(shù)的空氣向有足夠電位差的表面形成飛弧。

  2屏蔽方式與設(shè)計(jì)

  2.1屏蔽方式

  本設(shè)計(jì)所采用的電源變壓器的屏蔽結(jié)構(gòu)由三部分組成:磁路、安裝在磁路上的繞組、外表面層的等場強(qiáng)結(jié)構(gòu)的屏蔽罩,其包括大部分在電氣特性上與磁路完全一致的連續(xù)磁環(huán)路及部分繞組組件。同時(shí),為了防止飛弧,還要在繞組部件有較高電場強(qiáng)度表面一定的距離上,用空氣隙和環(huán)氧樹脂來增加強(qiáng)電場區(qū)域的屏蔽層厚度。

  這里介紹這種屏蔽的一個(gè)典型設(shè)計(jì)實(shí)例:在緊靠高頻變壓器繞組較低電場區(qū)域設(shè)置一個(gè)電氣特性上連續(xù)的屏蔽環(huán)路;在較高電場區(qū)域靠近繞組的外圍設(shè)置另一個(gè)電氣特性上連續(xù)的屏蔽環(huán)路,它應(yīng)與繞組保持足夠的空間距離,以防止屏蔽環(huán)內(nèi)部電介質(zhì)(這里指空氣與環(huán)氧樹脂)電擊穿。這樣,便可從選定等場強(qiáng)的外形并結(jié)合適當(dāng)選擇電氣特性上連續(xù)的環(huán)路數(shù)、屏蔽環(huán)的形狀和其間距,以使高頻電源變壓器得到比較完善的屏蔽效果。在此結(jié)構(gòu)形式的基礎(chǔ)上,我們可以從適當(dāng)變化屏蔽環(huán)的尺寸和布局,為變壓器提供一個(gè)分布式散熱器,增強(qiáng)變壓器的冷卻效果。

  2.2屏蔽設(shè)計(jì)及說明

  圖1所示為高頻電源變壓器及其屏蔽的基本結(jié)構(gòu)和電場分布圖。圖中,剖面(50)上可以看到磁路(52)通過圓柱形繞組(56)和一個(gè)或幾個(gè)低壓線圈(64),以及次級高壓線圈(66)。高壓線圈(66)是與其它線圈(62)、(64)分開的,沿著繞組(56)的長度方向以線性分布繞制,結(jié)合線圈(62)、(64)的布局及磁路(52)的結(jié)構(gòu),形成了圖1(b)所示的電場強(qiáng)度分布狀況;沿圓柱形繞組(56)長度方向的電場強(qiáng)度分布曲線如圖1(b)之(80)所示。

  線圈(62)和(66)制成以后,用環(huán)氧樹脂進(jìn)行灌封(74),以形成變壓器的機(jī)械支撐,電氣絕緣和有關(guān)防護(hù)。初級繞組(62)和低壓線圈(64)在環(huán)氧樹脂(74)內(nèi)的一端設(shè)計(jì)連續(xù)引腳(76),與印制電路(PCB)(78)相連接。高壓線圈(66)的“低”壓端(68),通過引線與PCB連接;高壓線圈的“高”壓端(70)通過封固在環(huán)氧樹脂中的高壓二極管(72)與外電路或CRT相連接。

  由圖1(b)電場分布曲線(80)可見,變壓器的最大電場強(qiáng)度在靠近繞組(56)(見圖1(a)所示)末端處,而不是在其邊緣。

  圖2所示為這種屏蔽結(jié)構(gòu)的分解示意圖(100)。圖1所示的變壓器(50)的剖面圖中包含的磁路(52A)是(110)和(112)兩部分緊密對接的鐵氧體,在其結(jié)合部位(120)和(122)處留有適宜的氣隙,絕緣導(dǎo)線(108)把CRT(圖中未畫出)和圖1中所示出的二極管(72)連續(xù)起來。普通的U型屏蔽罩(130)圍繞磁心(52A)延伸,把繞組(56)的外側(cè)部分的磁路覆蓋住,并包括了氣隙(120)在內(nèi)也覆蓋了。

  第二磁路的屏蔽罩(140)由第一電氣特性連接環(huán)(150)和第二電氣特性連接環(huán)(160)組成,它們以銅箔或其它金屬制作。二個(gè)環(huán)由屏蔽片(154)相連,并選用一個(gè)合適的距離間隔(170)。在具體設(shè)計(jì)時(shí),環(huán)路(150)和(160)的寬度和相隔距離(170)各占繞組(56)長度的三分之一。屏蔽罩(140)延伸到整個(gè)變壓器(150A)和另一個(gè)屏蔽罩(130),其中第一個(gè)環(huán)(150)緊貼繞組部件外表面,在低端(68A)接觸處有足夠厚度的環(huán)氧樹脂層。第二環(huán)(160)圍繞繞組的高端與繞組間保持有足夠大的空間(其間或者充有其它介質(zhì)),以防止環(huán)氧樹脂表面(74)與屏蔽環(huán)(160)之間產(chǎn)生飛弧。對不同的電場強(qiáng)度分布,相應(yīng)的電氣連接環(huán)的數(shù)目和排布也不相同,電場強(qiáng)度越高,環(huán)的直徑越大。第一個(gè)環(huán)(150)和第二個(gè)環(huán)(160)包圍整個(gè)磁路,環(huán)內(nèi)磁通量的總和為零,故屏蔽效果比較理想。

  3屏蔽材料選擇與屏蔽罩設(shè)計(jì)

  眾所周知,電磁場產(chǎn)生的干擾影響可以通過磁屏蔽、磁隔離和轉(zhuǎn)移元件等產(chǎn)生的作用使其減至最小或消除。磁場通過導(dǎo)磁材料比其通過空氣或其它介質(zhì)材料時(shí)更容易被轉(zhuǎn)移。所以,常常使用高磁導(dǎo)率的磁性材料來制成環(huán)狀或密封的屏蔽元件。


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