開關(guān)電源中變壓器初、次級(jí)線圈

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1、開關(guān)電源中變壓器初、次級(jí)線圈之間的屏蔽層對EMI的作用有多大 【現(xiàn)象描述】 某開關(guān)電源外形如圖2.53所示。 8 圖2.53某開關(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 從以上測試數(shù)據(jù)可以看出，該開關(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 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)騷擾測試結(jié)果 從測試結(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】 對開關(guān)電源來說，開關(guān)電路產(chǎn)生的電磁騷擾是開關(guān)電源的主要騷擾源之一。 開關(guān)電路是開關(guān)電源的核心，主要由開關(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 開關(guān)管斷開瞬間，由于初級(jí)線圈的漏磁通，致使一部分能量沒有從一次線圈傳 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開關(guān)電源騷擾傳遞示意圖 (2)脈沖變壓器初級(jí)線圈，開關(guān)管和濾波電容構(gòu)成的高頻開關(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)噪聲傳遞是開關(guān)電源產(chǎn)品EMI問題 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，具有長寬比小于5, 且沒有

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, 但對于靜電屏蔽來說，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)在開關(guān)電源中還有一種應(yīng)用，如功率開關(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,開關(guān)電源的底板是交流電源 的地線，因而通過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。