低噪聲開關(guān)電源變壓器的設(shè)計方法

摘要：在開關(guān)電源設(shè)計中，功率變壓器的設(shè)計極為關(guān)鍵，尤其是工作頻率提高后，要達(dá)到電源的功率密度盡量高，同時要滿足較好的EMC指標(biāo)有一定的難度。下面介紹一種變壓器設(shè)計方法，可大大改善開關(guān)電源的EMI噪聲。

由于一次側(cè)和二次側(cè)繞組間寄生電容的存在，變壓器“開關(guān)”時，在分界處存在dV/dt，將“靜默層”布置在絕緣膠帶的兩側(cè)，即一次側(cè)和Vin相連的一端，二次側(cè)和地相連的一端，分別布置在絕緣膠帶兩側(cè)，可以減小分界處寄生電容的dV/dt。由于場效應(yīng)管的漏極電壓是波動的，將其繞為骨架的第一層，這樣外層可屏蔽內(nèi)層發(fā)射的電磁場。圖1和圖2給出了兩種低噪聲的繞線技術(shù)，可應(yīng)用在典型的反激變換器變壓器中.

圖 1

方法一：如圖1所示，二次側(cè)繞組與二極管連接的末端必須緊鄰絕緣膠帶，因此絕緣膠帶的兩端將有一定大小的dV/dt，但該dV/dt比一次側(cè)繞組的漏極相連端與絕緣膠帶相鄰時小得多。此變壓器的優(yōu)點是二次側(cè)繞組的“靜默端”位于最外層，它本身就能很好的屏蔽變壓器的輻射。

圖 2

方法二：如圖2所示，使兩個靜默端與絕緣膠帶相鄰，此變壓器的優(yōu)點是穿越邊界的共模噪聲減小，但變壓器的外部噪聲比較大，需要在外部繞上銅皮屏蔽(即法拉第屏蔽)。

圖 3

在變壓器骨架窗口裕量充足的情況下，通常還需要在變壓器內(nèi)部一次側(cè)和二次側(cè)之間使用銅皮“隔離”，從而屏蔽繞組產(chǎn)生的噪聲。如果窗口裕量不是很充分，可以考慮將一次側(cè)的IC供電繞組作為法拉第屏蔽。如圖3所示，繞組的兩端均交流耦合至一次側(cè)地，使一次側(cè)主繞組發(fā)射的容性噪聲減小，因此傳導(dǎo)至二次側(cè)的共模噪聲大大減小。使用法拉第屏蔽的缺點是漏感大大增加，從而降低了效率。所以我們在反激變換器變壓器內(nèi)部一般不使用任何常規(guī)的屏蔽，但經(jīng)常使用法拉第屏蔽。

在為客戶設(shè)計定制產(chǎn)品時，客戶要求在不加外圍輔助電路的情況下，要求傳導(dǎo)過CLASS B，根據(jù)方法一，在結(jié)合使用傳統(tǒng)的“三明治繞法”不僅解決了傳導(dǎo)的問題，還解決了只用方法一帶來的變壓器漏感大的問題，從而提高了電源的穩(wěn)定性，也達(dá)到了客戶的要求。該定制產(chǎn)品繞線順序如表1所示，傳導(dǎo)結(jié)果如圖4所示，峰值最少有20dB的裕量,平均值也有10dB的裕量。

表 1

次序起線腳收線腳

N1(一次側(cè)繞組)2(波動端)3

N2(銅箔屏蔽)X5(一次側(cè)地)

N3(二次側(cè)繞組)10(波動端)8(靜默端)

N4(二次側(cè)繞組)11(波動端)9(靜默端)

N5(IC供電繞組)4(波動端)5(靜默端)

N6(一次側(cè)繞組)31(靜默端)

圖 4

對于帶變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的開關(guān)電源來說，變壓器的電磁兼容性(EMC)設(shè)計對整個開關(guān)電源的EMC水平影響較大。通常情況下，加裝電源線濾波器是抑制傳導(dǎo)EMI的必要措施。但是，僅僅依靠電源輸入端的濾波器來抑制干擾往往會導(dǎo)致濾波器中元件的電感量增加和電容量增大。而電感量的增加使體積增加、電容量的增大受到漏電流安全標(biāo)準(zhǔn)的限制。本文提出了新的變壓器設(shè)計方法. 不僅能減少電源線濾波器的體積，對傳導(dǎo)電磁干擾(EMI)的抑制能力更強，且能降低變壓器的制作成本和工藝復(fù)雜程度。