| 标题 | 试论高频变压器中屏蔽层的应用 |
| 范文 | 陈少俊 摘 要：高频变压器作为开关电源重要的构成，能够对于电源质量产生明显的影响。通常开关电源会受到外部噪声以及自身噪声等因素的影响，从而干扰高频变压器的正常运转，为此必须要加强对于高频变压器噪声干扰的屏蔽功能。该文通过对于高频变压器产生噪声的原理进行详细的介绍，并且明确高频变压器屏蔽层的设计与应用，通过该文的研究能够为高频变压器的稳定运行提供保障。 关键词：高频变压器；屏蔽层；屏蔽方式 中图分类号：TM433 文献标志码：A 0 引言 通常情况下，对于高频变压器的电磁屏蔽设计往往采用将变压器封闭在金属盒中的设计方式，这样的设计尽管能够有效避免高压绕组以及金属盒内部飞弧的产生，但是必须要保证两者之间的距离，所以很容易导致高频变压器的占地面积增大，而且屏蔽效果也不明显，为此必须改进高频变压器屏蔽层的设计与应用的效果。 1 高频变压器 在开关电源中，高频变压器自身的噪声是主要的影响因素之一。一方面由于开关电源内部引线会产生杂散电感以及寄生电容，所以会形成噪声耦合通道，而这样的问题属于固有特性，所以无法针对各项参数进行优化与升级，为了能够有效减少噪声干扰，必须加强对于高频变压器屏蔽层的应用。 在高频变压器中，由于初级、次级漏感以及初级层间电容、次级层间电容之间的耦合会产生噪声，如果采取减少绕组层数的方式来降低初级漏感的方式，会增加初级和次级的耦合电容，所以必须采取屏蔽层的方式减小初级与次级之间的耦合电容，通过屏蔽层能够使初级和次级的耦合系数下降，为此增加了漏感。 通过上述的分析，在高频变压器的设计与制造的过程中必须要通过屏蔽层来满足电磁兼容技术标准，同时有效减少高频变压器的噪声干扰。 变压器分为内部屏蔽结构与外部屏蔽结构，即电屏蔽与磁屏蔽等不同的屏蔽方式。通过电屏蔽能够直接将初级干扰信号与次级进行隔离，可以有效避免共模信号穿过屏蔽层直接骚扰初级信号。如果没有电屏蔽则共模干扰信号就会直接传递到次级，引起电源开关故障。电屏蔽的设计方案有很多种，例如在初级与次级之间通过包覆铜箔引线接地的方式，可以在初级绕组以及铜箔绕组间产生电容，利用电容就能够转变干涉信号形成回路，起到明显的屏蔽作用。第二种设计方案就是在初级与次级之间缠绕一层细导线，通过起饶端引线接地的方式保证收尾端在高频变压器的内部。第三种方法就是在初级两端各连接交流电容，并且通过在线路上增加元件，所以一般不适用于整机。磁屏蔽能够直接在高频变压器的外部黏贴磁芯或者以绕组的方式来形成环形回路，保证高频变压器的漏感磁场泄露到外部空间。在高频应用的过程中，如果楼磁场过强，会很容易在输入端与输出端形成闭合回路，从而造成EMI测试结果不准确。在利用外部屏蔽设计方案时，由于屏蔽层内部会存在电流，所以相反的磁场会相互抵消，有效解决高频变压器漏磁场的问题。 2 屏蔽方式与屏蔽设计 2.1 屏蔽方式 高频变压器屏蔽层设计的过程包括3个部分，分别是磁路、磁路绕组以及屏蔽罩，为了避免飞弧所以应该利用空气间隙以及环氧树脂来增加屏蔽层的整体厚度。 在设计的过程中，通过紧靠高频变压器绕组的方式能够在电气特性上形成连续屏蔽环路，并且要与绕组之间保持足够的设计距离，能够有效避免屏蔽层内部电解质被击穿，保护高压变频器的正常运转。为了能够保证高频变压器的屏蔽效果和屏蔽质量，可以在基础结构上改变整体的屏蔽环尺寸以及设计方案，保证屏蔽层的散热效果。 2.2 屏蔽设计 一般来说在电磁场周围产生的干扰可以利用磁屏蔽、磁隔离、转移元件等方式对干扰信号进行消除，通过导磁材料的转移能够比其他材料的转移效果更明显，所以在高频变压器屏蔽层设计的过程中通常会采用高磁导率的磁性材料来进行制作。 屏蔽效果必须要根据设备或者元器件屏蔽程度的需求进行分析，在屏蔽后屏蔽磁场的强度、衰减率以及衰减量也会根据材料的磁导率厚度以及屏蔽罩尺寸的不同而发生变化。由于高磁导率的材料要远远超过低磁导率材料的价格，所以在屏蔽材料选择的时候除了需要针对磁导率材料的屏蔽效果进行分析，更主要的还是要根据经济成本进行判断。如果单层高磁导率材料的屏蔽效果与多层低磁导率材料的屏蔽效果相同，可以采用厚度薄的高磁导率材料，进一步降低经济成本。 3 高频变压器中屏蔽层的应用 在高频变压器屏蔽层设计完成之后必须要注意以下几个方面，保证应用的效果。 首先对于高频变压器内部屏蔽层来说，最主要的功能并不是屏蔽漏磁，而主要是屏蔽初级和次级高频电场信号，所以高频变压器屏蔽层主要的功能在于连接到安静的电位上，保证原边地线的连接效果，也能够保证高压端的连接效果。 铜箔屏蔽如果切断初级和次级杂散电容的路径，则会形成电容，在绕组屏蔽切断初级电泳路径的过程中由于绕组匝数的不同，导致对于绕向和位置的效果会产生非常明显的差别。 在运用铜箔作为内屏蔽层时能够有不同的连接方式，首先0.9 t可以杜绝首尾端搭接形成的短路问题，而1.1 t则能够有效地增强屏蔽效果，所以铜箔的厚度一般在0.05 mm左右，宽度则应该小于初级绕组的宽度。通过这样的设计方式能够保证屏蔽层两端不会发生短路的情况。在生产的过程中铜箔两端必须要利用绝缘胶带进行绝缘处理，在运用绕组作为内屏蔽的过程中必须要采用0.1 mm～0.3 mm漆包线进行细致的缠绕，并且利用绝缘胶带固定收头位置，可以增强屏蔽层的绝缘效果。 在设计屏蔽罩的过程中，由于屏蔽材料的衰减必须根据磁场强度进行测量才能够得出数据，所以必须要选择最合适的屏蔽罩。通常来说，长方形、圆柱体矩形、球体等屏蔽罩的形状最常见。在设计屏蔽罩时必须要确定磁通密度值，因为屏蔽材料的分布属于非线关系。如果强度比较高或者是最靠近磁场的这一层材料应该要选择多层材料进行制作，而次级材料则应该采用高磁导率的材料。 在屏蔽罩对屏蔽目标无法实现屏蔽的时候，可以利用平板插入屏蔽层之间，如果平板高度与宽度要大于屏蔽物的尺寸则可以利用封闭杂散磁场。一般来说，利用金属板作为屏蔽材料时能够更加的简单，因为这种屏蔽材料非常适用于手工成型。如果在批量生产的过程中采用机械制造的方法，可以选用比较厚的材料，但是在材料选择时，要注意任何强力的机械作业都会对材料产生应力，导致材料的使用性能下降。在低频（600 Hz左右）状态，屏蔽罩的长度对直径的比率大于3时，把屏蔽材料的厚度从0.014增厚至0.050，则屏蔽效果增强；如果比率低于3，增加材料厚度至0.025时，则影响磁场衰减的程度很小。 最后在变压器的外部屏蔽过程中，也应该采用首尾联焊的方式进行设计。这样的设计方式可以保证外部屏蔽既可以不接地线，也可以接初级地线。如果不接地线的设计则屏蔽材料必须要直接与磁芯相接处，保证幅宽与初级绕组之间的距离。如果要接初级地线时则必须利用两层绝缘胶带将产品的磁芯和外层绕组进行包覆，利用绕组屏蔽层的方式提高绕组之间的安全距离。 4 结论 通过该文针对高频变壓器屏蔽层的设计与应用进行分析，首先明确高频变压器产生噪声干扰的主要原因，一方面是因为开关内部电源引线产生的杂散电感，另一方面就是高频变压器设备特性产生的噪声。在设计高频变压器屏蔽层的过程中，必须要科学合理地选择屏蔽方式和屏蔽设计类型保证屏蔽材料既满足屏蔽的效果，又能够减少经济成本。最后在高频变压器屏蔽层应用过程中，必须要注意3个方面，通过科学合理的方式来保证屏蔽层的应用水平。 参考文献 [1]陈举龙.具有高共模瞬态抑制的片上变压器设计与研究[D].成都：电子科技大学，2018. |
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