開(kāi)關(guān)電源中變壓器初、次級(jí)線圈

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1、開(kāi)關(guān)電源中變壓器初、次級(jí)線圈之間的屏蔽層對(duì)EMI的作用有多大 【現(xiàn)象描述】 某開(kāi)關(guān)電源外形如圖2.53所示。 8 圖2.53某開(kāi)關(guān)電源外形圖 圖2.53中變壓器采用屏蔽設(shè)計(jì)，屏蔽層位于初級(jí)線圈與次級(jí)線圈之間，并 且屏蔽層通過(guò)導(dǎo)線接至初級(jí)線圈的0 V,如圖2.54所示。 圖2.54變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 7U 50 40 10 40 0 dB Q

2、P QP QP U.5(J 圖2.56使用屏蔽隔離變壓器時(shí)的傳導(dǎo)騷擾測(cè)試結(jié)果 30.00 3U0.00 200X)0 3IXJ.OO 4W.OO 5U0.00 iW.UO 700.00 8W.(XJ SJOU.lXi KXJO.OD Mjrijiiis. dB Q1MI5 ■17.^ 57,72 48 39 N.48 -6 76 -6.09 此電源的輻射發(fā)射與傳導(dǎo)騷擾測(cè)試結(jié)果如圖2.55、圖2.56所示。 Rcjdiny dB|dV 1皿附1口11 dBuV Liiml dB.nV Levifl/dHpV/m C1SPR 22-EN55O22-CNSI 3

3、-1SS-VCCI. CLASS B 10.00 30.00 FrtqiKMKy CurT- Fnuior 圖2.55使用屏蔽隔離變壓器時(shí)的輻射發(fā)射測(cè)試結(jié)果 lest Standard ! N 55022 Cl.ASS B s:QP Value j Punk heading QI1 Limit AV I.imit Levti/dBgV/m 80-1 r NnP Fnx]upncy MHi Faxjtor dh Kf*orling dRjjLfm ￡rni 朗ion dB|iLV/ni limit dBgV/nj dB- Trwrr etn

4、 Tnb]e 血耳 ] 129. 43 15.33 口 38 2F 70 4fi 00 -H 30 too 】9 2 129.43 15. 13.甥 28. 70 40.00 -1 1. 30 IOO 19 3 |6(K 9S 16.1)3 1 ir[J5 2S.02 湘,00 -I L游 IW 1?

5、1 日山d即 Wni CIS E'R 22 \. N55C122-CN S1VCC] CLASS 13 從以上測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，該開(kāi)關(guān)電源能滿足EN55022標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的 CLASS B的要求。將該電源的變壓器改成非屏蔽的變壓器，即取消初級(jí)線圈與 次級(jí)線圈之間的屏蔽銅箔后，再進(jìn)行輻射發(fā)射與傳導(dǎo)騷擾測(cè)試，結(jié)果分別如圖 2.57、圖 2.58 所示。 ◎4- o.j? WO, Fn?qi.h-nc\ MHr： Fax'lor fIB Rrarlinp d Bi|X V/ni iliijiiA'/iin Limit dR陰加 rIR cm Tdhh ]

6、 fil.52 14.51 25.43 39.93 40. (XJ -0. D7 — — 2 62.42 |Jr 3J 2L73 36,07 4U. OU 97 IK 3 99. 90 IL 55 20. 49 3工04 4(). (X) -6. 9b 97 Uki 4 100. 33 \2.陽(yáng) 24,33 S7,13 4(], IX] -2. 87 — — 圖2.57使用非屏蔽變壓器時(shí)的輻射發(fā)射測(cè)試結(jié)果 Test Standard ! CLASS B QP Limit AV Limit 50 40 30

7、 \:QP Value 圖2.58使用非屏蔽變壓器時(shí)的傳導(dǎo)騷擾測(cè)試結(jié)果 從測(cè)試結(jié)果可以明顯看出，使用非屏蔽變壓器，在傳導(dǎo)騷擾與輻射發(fā)射的 項(xiàng)目上均不能達(dá)到EN55022標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的CLASS B要求。 【原因分析】 對(duì)開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)，開(kāi)關(guān)電路產(chǎn)生的電磁騷擾是開(kāi)關(guān)電源的主要騷擾源之一。 開(kāi)關(guān)電路是開(kāi)關(guān)電源的核心，主要由開(kāi)關(guān)管和高頻變壓器組成。它產(chǎn)生的dU/dt 是具有較大輻度的脈沖，頻帶較寬且諧波豐富。其騷擾傳遞示意圖如圖2.59所 /示O 這種脈沖騷擾產(chǎn)生的主要原因有以下兩個(gè)方面。 (1)開(kāi)關(guān)管負(fù)載為高頻變壓器初級(jí)線圈，是感性負(fù)載。在開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通瞬間, 初級(jí)線圈產(chǎn)生很大的涌流，并在初

8、級(jí)線圈的兩端出現(xiàn)較高的浪涌尖峰電壓；在 開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)瞬間，由于初級(jí)線圈的漏磁通，致使一部分能量沒(méi)有從一次線圈傳 輸?shù)蕉尉€圈，儲(chǔ)藏在電感中的這部分能量將和集電極電路中的電容、電阻形 成帶有尖峰的衰減振蕩，疊加在關(guān)斷電壓上，形成關(guān)斷電壓尖峰。這種電源電 壓中斷會(huì)產(chǎn)生與初級(jí)線圈接通時(shí)一樣的磁化沖擊電流瞬變，這個(gè)噪聲會(huì)傳導(dǎo)到 輸入/輸出端，形成傳導(dǎo)騷擾。 圖2.59開(kāi)關(guān)電源騷擾傳遞示意圖 (2)脈沖變壓器初級(jí)線圈，開(kāi)關(guān)管和濾波電容構(gòu)成的高頻開(kāi)關(guān)電流環(huán)路可 能會(huì)產(chǎn)生較大的空間輻射，形成輻射騷擾。如果電容濾波容量不足或高頻特性 不好，電容上的高頻阻抗會(huì)使高頻電流以差模方式傳導(dǎo)到交流電源中形成傳

9、導(dǎo) 騷擾。同時(shí)變壓器的初、次級(jí)之間存在分布電容，使得初級(jí)回路中產(chǎn)生的騷擾 向次級(jí)回路傳遞，如圖2.60所示，一方面加大騷擾傳遞環(huán)路，另一方面將有更 多的電流流入LISN,從而進(jìn)一步惡化其EMI特性。 -\\ 1 JSN 電歸 圖2.60騷擾傳遞方向圖 圖2.60的等效電路如圖2.61所示。 在變壓器中增加屏蔽層，并與初級(jí)回路的0 V相接后，如圖2.62所示，相 當(dāng)于截?cái)囹}擾向后傳遞的路徑。從等效電路（見(jiàn)圖2.63）上看是將騷擾源封閉 在了較小的環(huán)路內(nèi)，從而抑制傳導(dǎo)發(fā)射騷擾與輻射發(fā)射騷擾（注：圖2.62中的 A點(diǎn)即為等效電路圖2.63中的A點(diǎn)）。 圖2.61圖2.6

10、0的等效電路圖 分布電容 j謝rffl ■ A 圖2.62變壓器屏蔽層接地在原理圖中的位置 LISN HF oA 圖2.63圖2.62的等效電路圖 【處理措施】 開(kāi)關(guān)電源變壓器初級(jí)的共模噪聲向次級(jí)噪聲傳遞是開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品EMI問(wèn)題 的一個(gè)主要原因，為截?cái)噙@種傳遞的路徑，需要在繞制變壓器時(shí)，在初級(jí)與次 級(jí)之間加上屏蔽層，并接至直流地上或直流的高壓端。小成本將帶來(lái)大的收獲。 為了保證發(fā)揮屏蔽層良好的隔離作用，屏蔽層與直流地或直流的高壓端連 接要保證“零阻抗”，這是屏蔽效果好壞的關(guān)鍵。實(shí)踐證明，具有長(zhǎng)寬比小于5, 且沒(méi)有

11、任何縫隙，通孔的單一金屬導(dǎo)體具有極低的阻抗。 【思考與啟示】 （1） 在變壓器中采用屏蔽技術(shù)，可以有效地抑制開(kāi)關(guān)電源中共模噪聲向后 一級(jí)電路傳輸。這種屏蔽并非一般意義上的電磁屏蔽，而是一種靜電屏蔽，屏 蔽層要求接地（或接0V,或接另一極）；電磁屏蔽用的導(dǎo)體原則上可以不接地, 但對(duì)于靜電屏蔽來(lái)說(shuō)，不接地的屏蔽導(dǎo)體會(huì)產(chǎn)生所謂“負(fù)靜電屏蔽”效應(yīng)。 （2） 類似這種屏蔽技術(shù)在開(kāi)關(guān)電源中還有一種應(yīng)用，如功率開(kāi)關(guān)管和輸出 二極管通常有較大的功率損耗，為了散熱往往需要安裝散熱器或直接安裝在電 源底板上。器件安裝時(shí)需要導(dǎo)熱性能好的絕緣片進(jìn)行絕緣，這就使器件與底板 和散熱器之間產(chǎn)生了分布電容，即圖2.59中的Cp,開(kāi)關(guān)電源的底板是交流電源 的地線，因而通過(guò)器件與底板之間的分布電容將電磁騷擾耦合到交流輸入端產(chǎn) 生共模干擾，解決這個(gè)問(wèn)題的辦法是在兩層絕緣片之間夾一層屏蔽片，并把屏 蔽片接到直流地上，割斷RF騷擾向輸入電網(wǎng)傳播的途徑。