陳少俊

摘 要：高頻變壓器作為開(kāi)關(guān)電源重要的構(gòu)成，能夠?qū)τ陔娫促|(zhì)量產(chǎn)生明顯的影響。通常開(kāi)關(guān)電源會(huì)受到外部噪聲以及自身噪聲等因素的影響，從而干擾高頻變壓器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，為此必須要加強(qiáng)對(duì)于高頻變壓器噪聲干擾的屏蔽功能。該文通過(guò)對(duì)于高頻變壓器產(chǎn)生噪聲的原理進(jìn)行詳細(xì)的介紹，并且明確高頻變壓器屏蔽層的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，通過(guò)該文的研究能夠?yàn)楦哳l變壓器的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

關(guān)鍵詞：高頻變壓器；屏蔽層；屏蔽方式

中圖分類號(hào)：TM433 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

通常情況下，對(duì)于高頻變壓器的電磁屏蔽設(shè)計(jì)往往采用將變壓器封閉在金屬盒中的設(shè)計(jì)方式，這樣的設(shè)計(jì)盡管能夠有效避免高壓繞組以及金屬盒內(nèi)部飛弧的產(chǎn)生，但是必須要保證兩者之間的距離，所以很容易導(dǎo)致高頻變壓器的占地面積增大，而且屏蔽效果也不明顯，為此必須改進(jìn)高頻變壓器屏蔽層的設(shè)計(jì)與應(yīng)用的效果。

1 高頻變壓器

在開(kāi)關(guān)電源中，高頻變壓器自身的噪聲是主要的影響因素之一。一方面由于開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部引線會(huì)產(chǎn)生雜散電感以及寄生電容，所以會(huì)形成噪聲耦合通道，而這樣的問(wèn)題屬于固有特性，所以無(wú)法針對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化與升級(jí)，為了能夠有效減少噪聲干擾，必須加強(qiáng)對(duì)于高頻變壓器屏蔽層的應(yīng)用。

在高頻變壓器中，由于初級(jí)、次級(jí)漏感以及初級(jí)層間電容、次級(jí)層間電容之間的耦合會(huì)產(chǎn)生噪聲，如果采取減少繞組層數(shù)的方式來(lái)降低初級(jí)漏感的方式，會(huì)增加初級(jí)和次級(jí)的耦合電容，所以必須采取屏蔽層的方式減小初級(jí)與次級(jí)之間的耦合電容，通過(guò)屏蔽層能夠使初級(jí)和次級(jí)的耦合系數(shù)下降，為此增加了漏感。

通過(guò)上述的分析，在高頻變壓器的設(shè)計(jì)與制造的過(guò)程中必須要通過(guò)屏蔽層來(lái)滿足電磁兼容技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)有效減少高頻變壓器的噪聲干擾。

變壓器分為內(nèi)部屏蔽結(jié)構(gòu)與外部屏蔽結(jié)構(gòu)，即電屏蔽與磁屏蔽等不同的屏蔽方式。通過(guò)電屏蔽能夠直接將初級(jí)干擾信號(hào)與次級(jí)進(jìn)行隔離，可以有效避免共模信號(hào)穿過(guò)屏蔽層直接騷擾初級(jí)信號(hào)。如果沒(méi)有電屏蔽則共模干擾信號(hào)就會(huì)直接傳遞到次級(jí)，引起電源開(kāi)關(guān)故障。電屏蔽的設(shè)計(jì)方案有很多種，例如在初級(jí)與次級(jí)之間通過(guò)包覆銅箔引線接地的方式，可以在初級(jí)繞組以及銅箔繞組間產(chǎn)生電容，利用電容就能夠轉(zhuǎn)變干涉信號(hào)形成回路，起到明顯的屏蔽作用。第二種設(shè)計(jì)方案就是在初級(jí)與次級(jí)之間纏繞一層細(xì)導(dǎo)線，通過(guò)起饒端引線接地的方式保證收尾端在高頻變壓器的內(nèi)部。第三種方法就是在初級(jí)兩端各連接交流電容，并且通過(guò)在線路上增加元件，所以一般不適用于整機(jī)。磁屏蔽能夠直接在高頻變壓器的外部黏貼磁芯或者以繞組的方式來(lái)形成環(huán)形回路，保證高頻變壓器的漏感磁場(chǎng)泄露到外部空間。在高頻應(yīng)用的過(guò)程中，如果樓磁場(chǎng)過(guò)強(qiáng)，會(huì)很容易在輸入端與輸出端形成閉合回路，從而造成EMI測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確。在利用外部屏蔽設(shè)計(jì)方案時(shí)，由于屏蔽層內(nèi)部會(huì)存在電流，所以相反的磁場(chǎng)會(huì)相互抵消，有效解決高頻變壓器漏磁場(chǎng)的問(wèn)題。

2 屏蔽方式與屏蔽設(shè)計(jì)

2.1 屏蔽方式

高頻變壓器屏蔽層設(shè)計(jì)的過(guò)程包括3個(gè)部分，分別是磁路、磁路繞組以及屏蔽罩，為了避免飛弧所以應(yīng)該利用空氣間隙以及環(huán)氧樹(shù)脂來(lái)增加屏蔽層的整體厚度。

在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，通過(guò)緊靠高頻變壓器繞組的方式能夠在電氣特性上形成連續(xù)屏蔽環(huán)路，并且要與繞組之間保持足夠的設(shè)計(jì)距離，能夠有效避免屏蔽層內(nèi)部電解質(zhì)被擊穿，保護(hù)高壓變頻器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。為了能夠保證高頻變壓器的屏蔽效果和屏蔽質(zhì)量，可以在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上改變整體的屏蔽環(huán)尺寸以及設(shè)計(jì)方案，保證屏蔽層的散熱效果。

2.2 屏蔽設(shè)計(jì)

一般來(lái)說(shuō)在電磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生的干擾可以利用磁屏蔽、磁隔離、轉(zhuǎn)移元件等方式對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行消除，通過(guò)導(dǎo)磁材料的轉(zhuǎn)移能夠比其他材料的轉(zhuǎn)移效果更明顯，所以在高頻變壓器屏蔽層設(shè)計(jì)的過(guò)程中通常會(huì)采用高磁導(dǎo)率的磁性材料來(lái)進(jìn)行制作。

屏蔽效果必須要根據(jù)設(shè)備或者元器件屏蔽程度的需求進(jìn)行分析，在屏蔽后屏蔽磁場(chǎng)的強(qiáng)度、衰減率以及衰減量也會(huì)根據(jù)材料的磁導(dǎo)率厚度以及屏蔽罩尺寸的不同而發(fā)生變化。由于高磁導(dǎo)率的材料要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)低磁導(dǎo)率材料的價(jià)格，所以在屏蔽材料選擇的時(shí)候除了需要針對(duì)磁導(dǎo)率材料的屏蔽效果進(jìn)行分析，更主要的還是要根據(jù)經(jīng)濟(jì)成本進(jìn)行判斷。如果單層高磁導(dǎo)率材料的屏蔽效果與多層低磁導(dǎo)率材料的屏蔽效果相同，可以采用厚度薄的高磁導(dǎo)率材料，進(jìn)一步降低經(jīng)濟(jì)成本。

3 高頻變壓器中屏蔽層的應(yīng)用

在高頻變壓器屏蔽層設(shè)計(jì)完成之后必須要注意以下幾個(gè)方面，保證應(yīng)用的效果。

首先對(duì)于高頻變壓器內(nèi)部屏蔽層來(lái)說(shuō)，最主要的功能并不是屏蔽漏磁，而主要是屏蔽初級(jí)和次級(jí)高頻電場(chǎng)信號(hào)，所以高頻變壓器屏蔽層主要的功能在于連接到安靜的電位上，保證原邊地線的連接效果，也能夠保證高壓端的連接效果。

銅箔屏蔽如果切斷初級(jí)和次級(jí)雜散電容的路徑，則會(huì)形成電容，在繞組屏蔽切斷初級(jí)電泳路徑的過(guò)程中由于繞組匝數(shù)的不同，導(dǎo)致對(duì)于繞向和位置的效果會(huì)產(chǎn)生非常明顯的差別。

在運(yùn)用銅箔作為內(nèi)屏蔽層時(shí)能夠有不同的連接方式，首先0.9 t可以杜絕首尾端搭接形成的短路問(wèn)題，而1.1 t則能夠有效地增強(qiáng)屏蔽效果，所以銅箔的厚度一般在0.05 mm左右，寬度則應(yīng)該小于初級(jí)繞組的寬度。通過(guò)這樣的設(shè)計(jì)方式能夠保證屏蔽層兩端不會(huì)發(fā)生短路的情況。在生產(chǎn)的過(guò)程中銅箔兩端必須要利用絕緣膠帶進(jìn)行絕緣處理，在運(yùn)用繞組作為內(nèi)屏蔽的過(guò)程中必須要采用0.1 mm～0.3 mm漆包線進(jìn)行細(xì)致的纏繞，并且利用絕緣膠帶固定收頭位置，可以增強(qiáng)屏蔽層的絕緣效果。

在設(shè)計(jì)屏蔽罩的過(guò)程中，由于屏蔽材料的衰減必須根據(jù)磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量才能夠得出數(shù)據(jù)，所以必須要選擇最合適的屏蔽罩。通常來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)方形、圓柱體矩形、球體等屏蔽罩的形狀最常見(jiàn)。在設(shè)計(jì)屏蔽罩時(shí)必須要確定磁通密度值，因?yàn)槠帘尾牧系姆植紝儆诜蔷€關(guān)系。如果強(qiáng)度比較高或者是最靠近磁場(chǎng)的這一層材料應(yīng)該要選擇多層材料進(jìn)行制作，而次級(jí)材料則應(yīng)該采用高磁導(dǎo)率的材料。

在屏蔽罩對(duì)屏蔽目標(biāo)無(wú)法實(shí)現(xiàn)屏蔽的時(shí)候，可以利用平板插入屏蔽層之間，如果平板高度與寬度要大于屏蔽物的尺寸則可以利用封閉雜散磁場(chǎng)。一般來(lái)說(shuō)，利用金屬板作為屏蔽材料時(shí)能夠更加的簡(jiǎn)單，因?yàn)檫@種屏蔽材料非常適用于手工成型。如果在批量生產(chǎn)的過(guò)程中采用機(jī)械制造的方法，可以選用比較厚的材料，但是在材料選擇時(shí)，要注意任何強(qiáng)力的機(jī)械作業(yè)都會(huì)對(duì)材料產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致材料的使用性能下降。在低頻（600 Hz左右）狀態(tài)，屏蔽罩的長(zhǎng)度對(duì)直徑的比率大于3時(shí)，把屏蔽材料的厚度從0.014增厚至0.050，則屏蔽效果增強(qiáng)；如果比率低于3，增加材料厚度至0.025時(shí)，則影響磁場(chǎng)衰減的程度很小。

最后在變壓器的外部屏蔽過(guò)程中，也應(yīng)該采用首尾聯(lián)焊的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。這樣的設(shè)計(jì)方式可以保證外部屏蔽既可以不接地線，也可以接初級(jí)地線。如果不接地線的設(shè)計(jì)則屏蔽材料必須要直接與磁芯相接處，保證幅寬與初級(jí)繞組之間的距離。如果要接初級(jí)地線時(shí)則必須利用兩層絕緣膠帶將產(chǎn)品的磁芯和外層繞組進(jìn)行包覆，利用繞組屏蔽層的方式提高繞組之間的安全距離。

4 結(jié)論

通過(guò)該文針對(duì)高頻變壓器屏蔽層的設(shè)計(jì)與應(yīng)用進(jìn)行分析，首先明確高頻變壓器產(chǎn)生噪聲干擾的主要原因，一方面是因?yàn)殚_(kāi)關(guān)內(nèi)部電源引線產(chǎn)生的雜散電感，另一方面就是高頻變壓器設(shè)備特性產(chǎn)生的噪聲。在設(shè)計(jì)高頻變壓器屏蔽層的過(guò)程中，必須要科學(xué)合理地選擇屏蔽方式和屏蔽設(shè)計(jì)類型保證屏蔽材料既滿足屏蔽的效果，又能夠減少經(jīng)濟(jì)成本。最后在高頻變壓器屏蔽層應(yīng)用過(guò)程中，必須要注意3個(gè)方面，通過(guò)科學(xué)合理的方式來(lái)保證屏蔽層的應(yīng)用水平。

參考文獻(xiàn)

[1]陳舉龍.具有高共模瞬態(tài)抑制的片上變壓器設(shè)計(jì)與研究[D].成都：電子科技大學(xué)，2018.