抑制共模emi的開關(guān)電源高頻變壓器輔助繞組設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開的一種抑制共模EMI的開關(guān)電源高頻變壓器輔助繞組設(shè)計(jì)方法，該方法通過給變壓器一次側(cè)合理設(shè)計(jì)反相輔助繞組措施，高性能的抑制了開關(guān)電源共模傳導(dǎo)EMI。依據(jù)零等勢(shì)線理論設(shè)計(jì)一個(gè)和變壓器一次繞組并聯(lián)的反相輔助繞組，反相輔助繞組上產(chǎn)生的電場(chǎng)消除了一、二次繞組的共模噪聲電壓，有效地抑制了由變壓器一、二次側(cè)繞組之間耦合電容引起的共模傳導(dǎo)EMI噪聲。本發(fā)明不僅有效的抑制了共模傳導(dǎo)EMI噪聲，同時(shí)也會(huì)使該變壓器所在的開關(guān)電源損耗有效降低，會(huì)大幅度減小電源體積，提高能量轉(zhuǎn)換效率。
【專利說明】抑制共模EMI的開關(guān)電源高頻變壓器輔助繞組設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于開關(guān)電源變壓器設(shè)計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種抑制共模EMI的開關(guān)電源高頻變壓器輔助繞組設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著開關(guān)電源的開關(guān)頻率不斷提高，EMI抑制問題成為設(shè)計(jì)高效開關(guān)電源的一個(gè)很大挑戰(zhàn)。利用高頻變壓器技術(shù)抑制共模EMI噪聲可以省去開關(guān)電源電路中無源和有源EMI抑制電路，可降低功率損耗，減少電源物理尺寸，提高開關(guān)電源的效率。
[0003]現(xiàn)有抑制共模EMI噪聲的高頻變壓器技術(shù)有:采用減少變壓器主繞組對(duì)二次繞組的寄生耦合電容技術(shù)抑制共模EMI噪聲，但是一方面這會(huì)產(chǎn)生較大的漏感，另一方面會(huì)導(dǎo)致變壓器轉(zhuǎn)換效率降低；采用在一次和二次側(cè)之間添加旁路電容技術(shù)抑制共模EMI噪聲，這種技術(shù)適用的電容器會(huì)受到安全標(biāo)準(zhǔn)的限制，同時(shí)也不能提供一個(gè)足夠低的阻抗，讓濾波器分流出的所有CM噪聲電流沿著這條路徑流動(dòng)；法拉第屏蔽技術(shù)，這種技術(shù)需要將導(dǎo)電板集成到變壓器上來分流噪聲電流，由于CM噪聲電流流通路徑較多，不易控制，這種技術(shù)不具有通用的有效性，屏蔽層必須正確安裝才能滿足安全要求。
[0004]本發(fā)明不像其它抑制共模EMI的高頻變壓器方法在減小寄生電容、提供旁路電容、不容易實(shí)施的屏蔽上下功夫，而是依據(jù)零等電勢(shì)線理論，提出了一種全新的抑制共模EMI的高頻變壓器輔助繞組設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明所設(shè)計(jì)的高頻變壓器克服了傳統(tǒng)利用高頻變壓器技術(shù)抑制共模EMI的缺點(diǎn)，在變壓器一次側(cè)設(shè)計(jì)一反相輔助繞組，抑制一次繞組和二次繞組之間耦合電容引起的共模噪聲電流。反相輔助繞組在初級(jí)繞組上產(chǎn)生一個(gè)反向電勢(shì)，理想情況下，可以將二次繞組的開關(guān)電勢(shì)減少到零，使通過變壓器一、二側(cè)的共模EMI電流為零。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種抑制共模EMI的開關(guān)電源高頻變壓器輔助繞組設(shè)計(jì)方法，采用零等電勢(shì)線理論設(shè)計(jì)與變壓器一次側(cè)繞組并聯(lián)的反相輔助繞組，使得變壓器總體呈現(xiàn)等電勢(shì)。該方法可大幅削減共模EMI噪聲，完全替代傳統(tǒng)無源EMI低通濾波器，解決了抑制共模EMI開關(guān)電源高頻變壓器漏感增大、旁路電容不易設(shè)計(jì)、有效屏蔽難以實(shí)施等工程問題。同時(shí)也會(huì)使該變壓器所在的開關(guān)電源損耗有效降低，會(huì)大幅度減小電源體積，提高能量轉(zhuǎn)換效率。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種抑制共模EMI的開關(guān)電源高頻變壓器輔助繞組設(shè)計(jì)方法，具體按照以下步驟實(shí)施:
[0007]步驟1:查找反激式開關(guān)電源變壓器的數(shù)據(jù)手冊(cè)，找出變壓器一、二次繞組匝數(shù)Np、Ns及變壓器一、二次側(cè)繞組之間的耦合電容Cps ;如果數(shù)據(jù)手冊(cè)中沒有Cps，用30M以上的LCR電橋測(cè)量Cps ;如果是現(xiàn)有開關(guān)電源的變壓器，沒有數(shù)據(jù)手冊(cè)，則用測(cè)量法獲取NP、Ns及Cps ；
[0008]步驟2:在變壓器二次側(cè)繞組最外側(cè)無間隙預(yù)繞制反相輔助繞組Np匝，并聯(lián)在一次側(cè)繞組上；
[0009]步驟3:用30M以上的LCR電橋測(cè)反相繞組和二次繞組之間的耦合電容Cas ；
[0010]步驟4:根據(jù)變壓器繞組匝數(shù)和耦合電容之間的關(guān)系計(jì)算出需要繞制的匝數(shù)Na ；
[0011]步驟5:調(diào)整變壓器反相輔助繞組匝數(shù)為步驟4中計(jì)算的匝數(shù)Na，根據(jù)計(jì)算得到匝數(shù)相應(yīng)增加或減少反相輔助繞組的匝數(shù)；
[0012]步驟6:再次測(cè)反相和二次繞組之間的耦合電容C’AS，測(cè)量方法為采用30MHz以上的LCR電橋測(cè)量耦合電容C’ AS ;
[0013]步驟7:按照步驟4中的公式計(jì)算N’ A ；
[0014]步驟8:比較步驟4和步驟7中計(jì)算的反相繞組匝數(shù)Na和^4，由于繞組匝數(shù)為整數(shù)，即最小值等于1，如果兩者之差的絕對(duì)值小于1，說明反相繞組設(shè)計(jì)滿足平衡條件；如果兩者之差的絕對(duì)值大于1，說明反相繞組設(shè)計(jì)不滿足平衡條件，通過調(diào)整反相輔助繞組與二次繞組之間的間隙改變其耦合電容對(duì)其進(jìn)行校正，返回至步驟5對(duì)反相輔助繞組匝數(shù)進(jìn)行調(diào)整。
[0015]本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
[0016]其中的步驟4具體按照以下步驟實(shí)施:
[0017]如果NP>NS，即為降壓變壓器，一次繞組P的噪聲電壓Up比二次繞組S的噪聲電壓Us更大，反相輔助繞組A應(yīng)該與二次繞組S有相同相位，即滿足等電勢(shì)平衡條件:
[0018]Up (Cps)-Us (CPS+CAS) -Ua (Cas)=O
【權(quán)利要求】
1.一種抑制共模EMI的開關(guān)電源高頻變壓器輔助繞組設(shè)計(jì)方法，其特征在于，具體按照以下步驟實(shí)施: 步驟1:查找反激式開關(guān)電源變壓器的數(shù)據(jù)手冊(cè)，找出變壓器一、二次繞組匝數(shù)NP、NS&變壓器一、二次側(cè)繞組之間的耦合電容Cps ;如果數(shù)據(jù)手冊(cè)中沒有Cps，用30M以上的LCR電橋測(cè)量Cps ;如果是現(xiàn)有開關(guān)電源的變壓器，沒有數(shù)據(jù)手冊(cè)，則用測(cè)量法獲取NP、Ns及Cps ；步驟2:在變壓器二次側(cè)繞組最外側(cè)無間隙預(yù)繞制反相輔助繞組Np匝，并聯(lián)在一次側(cè)繞組上； 步驟3:用30M以上的LCR電橋測(cè)反相繞組和二次繞組之間的耦合電容Cas ； 步驟4:根據(jù)變壓器繞組匝數(shù)和耦合電容之間的關(guān)系計(jì)算出需要繞制的匝數(shù)Na ； 步驟5:調(diào)整變壓器反相輔助繞組匝數(shù)為步驟4中計(jì)算的匝數(shù)Na，根據(jù)計(jì)算得到匝數(shù)相應(yīng)增加或減少反相輔助繞組的匝數(shù)； 步驟6:再次測(cè)反相和二次繞組之間的耦合電容C’ AS，測(cè)量方法為采用30MHz以上的LCR電橋測(cè)量耦合電容C’ AS ; 步驟7:按照步驟4中的公式計(jì)算N’ A ； 步驟8:比較步驟4和步驟7中計(jì)算的反相繞組匝數(shù)Na和N’ A，由于繞組匝數(shù)為整數(shù)，即最小值等于1，如果兩者之差的絕對(duì)值小于1，說明反相繞組設(shè)計(jì)滿足平衡條件；如果兩者之差的絕對(duì)值大于1，說明反相繞組設(shè)計(jì)不滿足平衡條件，通過調(diào)整反相輔助繞組與二次繞組之間的間隙改變其耦合電容對(duì)其進(jìn)行校正，返回至步驟5對(duì)反相輔助繞組匝數(shù)進(jìn)行調(diào)整。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抑制共模EMI的開關(guān)電源高頻變壓器輔助繞組設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述的步驟4具體按照以下步驟實(shí)施: 如果NP>NS，即為降壓變壓器，一次繞組P的噪聲電壓Up比二次繞組S的噪聲電壓Us更大，反相輔助繞組A應(yīng)該與二次繞組S有相同相位，即滿足等電勢(shì)平衡條件:
Up (Cps)-Us (CPS+CAS) -Ua (Cas)=O 其中
【文檔編號(hào)】H01F41/04GK103700484SQ201310653510
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月5日
【發(fā)明者】姬軍鵬, 胡雪利, 華志廣, 尹忠剛, 曾光, 孫向東, 李金剛 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)