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(shí)，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(cè)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(xiàng)減小為原來的1/(2m+1)，故傳導(dǎo)EMI減小了，測(cè)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(duì)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(cè)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(cè)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(cè)試結(jié)果

在變壓器內(nèi)部再增設(shè)次級(jí)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(shí)，一次側(cè)屏蔽繞組與次級(jí)屏蔽繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(jí)屏蔽繞組不可能完全一致，因此，屏蔽繞組之間仍會(huì)有共模干擾電流，但得到了極大的衰減，測(cè)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(jí)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(cè)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(dòng)勢(shì)和寄生電容分布的分布更為相似，因此，對(duì)共模傳導(dǎo)電流就有更好的抑制效果，測(cè)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(cè)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(duì)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(jì)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(jì)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(jí)之間的共模電流，減少共模傳導(dǎo)EMI。