[發明專利]反激電源交錯繞組變壓器的屏蔽結構設計方法

在審

• 申請號: 201910542974.5
• 申請日: 2019-06-21
• 公開（公告）號: CN110415957A
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發明（設計）人: 陳恒林;劉冠辰
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01F41/00
• 分類號: H01F41/00;H01F27/36;H01F27/28
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 王琛

本發明公開了一種反激電源交錯繞組變壓器的屏蔽結構設計方法，該方法不會增加濾波器設計的負擔，整個設計過程采用仿真和計算，不會增加額外的物料成本。此外，本發明減少了交錯繞法變壓器裝置的重量和體積；屏蔽層本身較輕，且厚度較薄，不會增加變壓器或整個電源裝置的重量或體積；通過設計變壓器中合適的雙銅箔屏蔽層在一定程度上抑制了共模噪聲，減輕了共模濾波器的設計負擔，可以適當減小濾波器的重量和體積，從而減少整個裝置的重量和體積。同時，本發明針對共模噪聲的抑制效果十分顯著；使用本發明方法設計出來的交錯繞法變壓器雙銅箔屏蔽層對反激電路負載側的共模噪聲進行抑制，與采用傳統屏蔽層的共模噪聲抑制效果相比明顯更低。

技術領域

本發明屬于開關電源變壓器屏蔽設計技術領域，具體涉及一種反激電源交錯繞組變壓器的屏蔽結構設計方法。

背景技術

反激式開關電源由于具有隔離功能，廣泛應用于通信、服務系統和小功率電子設備中，這些設備都需要滿足相關的電磁兼容(EMC)標準，因此開關電源產品設計中往往有一定的電磁干擾(EMI)濾波措施。而伴隨著開關器件越來越好的開關特性，高的dv/dt和di/dt帶來嚴重的EMI問題，這些嚴重的EMI問題一方面會使電源產品難以達到相關EMC標準，另一方面即使達到相關EMC標準，有時也會在較敏感的負載側形成共模噪聲，對電子負載造成嚴重干擾。

交錯繞法指的是將原邊分成兩部分并把副邊線圈夾在中間(或反之)的變壓器繞制方式；如果拿原-副-原的交錯繞法與傳統繞法相比較，交錯繞法增加了原副邊的有效耦合面積，可以大大降低變壓器漏感，減小開關管的尖峰脈沖；但由于原副邊之間有了兩個接觸面，繞組之間結構電容會相應的增大，EMI水平相比于傳統繞法會增加。

采用濾波器對共模干擾進行抑制可以降低EMI水平，但卻增加了電源裝置的體積和重量；如圖1所示，帶有交錯繞法變壓器的反激式開關電源的共模干擾源包括：原邊的MOSFET和副邊二極管在開關動作產生的dv/dt和di/dt。在交錯繞法變壓器內部設計合適的雙層屏蔽層，可以有效的減小變壓器中的共模電流，從而在不增加濾波器體積和重量的情況下降低共模噪聲的水平。

變壓器中的屏蔽層物理參數主要包括雙層銅箔屏蔽層的寬度w_sh1、w_sh2，如圖2所示，當屏蔽層居中置于變壓器磁芯窗口時，雙層銅箔屏蔽層的設計方法主要是指對這銅箔屏蔽寬度的設計達到對EMI最好的抑制效果的方法。

理論上如果固定好屏蔽層的長度、厚度和位置，適當調整寬度即可以使變壓器中的共模電流最小，從而將負載側的共模噪聲抑制到最低水平，但如何定量設計這個指標卻難以快速有效的實現。

發明內容

鑒于上述，本發明提供了一種反激電源交錯繞組變壓器的屏蔽結構設計方法，該方法不會增加濾波器設計的負擔，整個設計過程采用仿真和計算，不會增加額外的物料成本。

一種反激電源交錯繞組變壓器的屏蔽結構設計方法，包括如下步驟：

(1)通過測量獲取變壓器的結構參數及電氣參數，并初始化設定變壓器屏蔽層的位置在磁芯窗口正中處；

(2)利用有限元分析軟件仿真出在各屏蔽結構設計方案下變壓器內部原副邊繞組與屏蔽層之間的結構電容數據；

(3)根據上述仿真得到的結構電容數據，計算出在各屏蔽結構設計方案下變壓器的共模評估等效電容；

(4)取對應共模評估等效電容最小的一組屏蔽結構設計方案，并依此對變壓器屏蔽層結構進行設計。

進一步地，在對變壓器屏蔽層設計之前，設定屏蔽層的長度為其圓周長，屏蔽層的厚度則根據其實際所選用的材料厚度而定，故這兩個參數均事先選定為常數。

進一步地，所述變壓器從磁芯徑向依次由第一層原邊繞組、第一屏蔽層、副邊繞組、第二屏蔽層、第二層原邊繞組交錯繞制。