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高频变压器中共模传导EMI代表的是什么、益阳干式变压器EMI设计

发布者:益阳变压器厂    发布时间:2020-07-16
高频变压器中共模传导EMI代表的是什么一、高频变压器与EMI


高频变压器中传导EMI产生机理以反激式变换器为例,其主电路如图1所示。

益阳干式变压器管开通后,变压器一次侧电流逐渐增加,磁芯储能也随之增加。当益阳干式变压器管关断后,二次侧整流二极管导通,变压器储能被耦合到二次侧,给负载供电。






图1反激变换器

在益阳干式变压器中,输入整流后的电流为尖脉冲电流,益阳干式变压器开通和关断时变换器中电压、电流变化率很高,这些波形中含有丰富的高频谐波。另外,在主益阳干式变压器管益阳干式变压器过程和整流二极管反向恢复过程中,电路的寄生电感、电容会发生高频振荡,以上这些都是电磁干扰的来源。益阳干式变压器中存在大量的分布电容,这些分布电容给电磁干扰的传递提供了通路,如图2所示。图2中,LISN为线性阻抗稳定网络,用于线路传导干扰的测量。干扰信号通过导线、寄生电容等传递到变换器的输入、输出端,形成了传导干扰。变压器的各绕组之间也存在着大量的寄生电容,如图3所示。图3中,A、B、C、D4点与图1中标识的4点相对应。






图2反激式益阳干式变压器寄生电容典型的分布






图3变压器中寄生电容的分布

在图1所示的反激式益阳干式变压器中,变换器工作于连续模式时,益阳干式变压器管VT导通后,B点电位低于A点,一次绕组匝间电容便会充电,充电电流由A流向B;VT关断后,寄生电容反向充电,充电电流由B流向A。这样,变压器中便产生了差模传导EMI。同时,益阳干式变压器元器件与大地之间的电位差也会产生高频变化。由于元器件与大地、机壳之间存在着分布电容,便产生了在输入端与大地、机壳所构成回路之间流动的共模传导EMI电流。

具体到变压器中,一次绕组与二次绕组之间的电位差也会产生高频变化,通过寄生电容的耦合,从而产生了在一次侧与二次侧之间流动的共模传导EMI电流。交流等效回路及简化等效回路如图4所示。图4中:ZLISN为线性阻抗稳定网络的等效阻抗;CP为变压器一次绕组与二次绕组间的寄生电容;ZG为大地不同点间的等效阻抗;CSG为输出回路与地间的等效电容;Z为变压器以外回路的等效阻抗。






图4变压器中共模传导EMI的流通回路


二、变压器中EMI代表的是什么
变压器中EMI代表的是电磁干扰。
变压器与EMI之间有如下的关系:
1.由于变压器的线圈带有高频电流,因此变压器实际上已成为接收磁场的天线。这些 磁场会冲击附近的走线,并通过这些走线将磁场传导或辐射到密封的范围以外;
2.由于部分线圈有交流电压,因此实际上它们也成为接收电磁场的天线;
3.初级及次级线圈之间的寄生电容可以将噪声传送到绝缘层之外。由于次级线圈的接地通常都与底板连在一起,因此这些噪声又会通过这个接地面传送回来,成为共模噪声。为了减少泄漏电感,将初级及次级线圈紧靠在一起,但这样也会增加线圈的互感,从而增加共模噪声
知识点延伸:
电磁干扰(Electromagnetic Interference,EMI)是干扰电缆信号并降低信号完好性的电子噪音,EMI通常由电磁辐射发生源如马达和机器产生。电磁干扰是人们早就发现的电磁现象,它几乎和电磁效应的现象同时被发现。


三、益阳干式变压器EMI设计
1.益阳干式变压器的EMI源
益阳干式变压器的EMI干扰源集中体现在功率益阳干式变压器管、整流二极管、高频变压器等,外部环境对益阳干式变压器的干扰主要来自电网的抖动、雷击、外界辐射等。
(1)功率益阳干式变压器管
功率益阳干式变压器管工作在On-Off快速循环转换的状态,DV/DT和DI/DT都在急剧变换,因此,功率益阳干式变压器管既是电场耦合的主要干扰源,也是磁场耦合的主要干扰源。
(2)高频变压器
高频变压器的EMI来源集中体现在漏感对应的di/dt快速循环变换,因此高频变压器是磁场耦合的重要干扰源。
(3)整流二极管
整流二极管的EMI来源集中体现在反向恢复特性上,反向恢复电流的断续点会在电感(引线电感、杂散电感等)产生高dv/dt,从而导致强电磁干扰。
(4)PCB
准确的说,PCB是上述干扰源的耦合通道,PCB的优劣,直接对应着对上述EMI源抑制的好坏。
2.益阳干式变压器EMI传输通道分类
(1)传导干扰的传输通道
1)容性耦合
2)感性耦合
3)电阻耦合
a.公共益阳干式变压器内阻产生的电阻传导耦合;
b.公共地线阻抗产生的电阻传导耦合;
c.公共线路阻抗产生的电阻传导耦合;
(2)辐射干扰的传输通道
1)在益阳干式变压器中,能构成辐射干扰源的元器件和导线均可以被假设为天线,从而利用电偶极子和磁偶极子理论进行分析;二极管、电容、功率益阳干式变压器管可以假设为电偶极子,电感线圈可以假设为磁偶极子;
2)没有屏蔽体时,电偶极子、磁偶极子,产生的电磁波传输通道为空气(可以假设为自由空间);
3)有屏蔽体时,考虑屏蔽体的缝隙和孔洞,按照泄漏场的数学模型进行分析处理。
3.益阳干式变压器EMI抑制的9大措施
在益阳干式变压器中,电压和电流的突变,即高DV/DT和DI/DT,是其EMI产生的主要原因。实现益阳干式变压器的EMC设计技术措施主要基于以下两点:
(1)尽量减小益阳干式变压器本身所产生的干扰源,利用抑制干扰的方法或产生干扰较小的元器件和电路,并进行合理布局;
(2)通过接地、滤波、屏蔽等技术抑制益阳干式变压器的EMI以及提高益阳干式变压器的EMS。
分开来讲,9大措施分别是:
①减小DV/DT和DI/DT(降低其峰值、减缓其斜率);
②压敏电阻的合理应用,以降低浪涌电压;
③阻尼网络抑制过冲
④采用软恢复特性的二极管,以降低高频段EMI
⑤有源功率因数校正,以及其他谐波校正技术
⑥采用合理设计的益阳干式变压器线滤波器
⑦合理的接地处理
⑧有效的屏蔽措施
⑨合理的PCB设计
4.高频变压器漏感的控制
高频变压器的漏感是功率益阳干式变压器管关断尖峰电压产生的重要原因之一,因此,控制漏感成为解决高频变压器带来的EMI首要面对的问题。
减小高频变压器漏感两个切入点:电气设计、工艺设计。
(1)选择合适磁芯,降低漏感。漏感与原边匝数平方成正比,减小匝数会显著降低漏感。
(2)减小绕组间的绝缘层。现在有一种称之为“黄金薄膜”的绝缘层,厚度20~100um,脉冲击穿电压可达几千伏。
(3)增加绕组间耦合度,减小漏感。
5.高频变压器的屏蔽
为防止高频变压器的漏磁对周围电路产生干扰,可采用屏蔽带来屏蔽高频变压器的漏磁场。屏蔽带一般由铜箔制作,绕在变压器外部一周,并进行接地,屏蔽带相对于漏磁场来说是一个短路环,从而抑制漏磁场更大范围的泄漏。
高频变压器,磁心之间和绕组之间会发生相对位移,从而导致高频变压器在工作中产生噪声(啸叫、振动)。为防止该噪声,需要对变压器采取加固措施:
(1)用环氧树脂将磁心(例如EE、EI磁心)的三个接触面进行粘接,抑制相对位移的产生;
(2)用“玻璃珠”(Glass beads)胶合剂粘结磁心,效果更好。




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