基于电磁仿真软件的平面变压器共模电磁干扰建模方法及其应用

传统的变压器模型多为集总电容模型,在10MHz以上的频段,模型与实测特性存在较大偏差,难以反映变压器的高频电磁干扰(EMI)特性。该文提出利用S21参数来衡量变压器共模EMI性能,研究平面变压器高频3D建模方法。通过实际测试验证了3D建模方法的准确性,并将该建模方法应用于某高频变压器的共模EMI性能评估及优化设计中,从制造工艺水平和材料特性参数等方面,分析影响变压器共模S21参数一致性的关键因素,为提高产品性能的一致性提供了质量管控依据。

基于噪声平衡原理的反激变换器CM传导噪声抵消方法研究

在反激变换器中,变压器绕组交错排布有助于减小漏感和绕组损耗,但相邻原、副边绕组间的耦合电容是传输共模(commonmode,CM)噪声电流的主要耦合路径,会引起严重的EMI问题。该文提出一种CM噪声抵消的方法,引入一组平衡绕组,设计平衡绕组与相邻副边绕组间的位移电相互抵消。建立反激变换器CM传导噪声电路模型,给出平衡绕组设计方法,以一台反激变换器为实验对象,测试并对比无屏蔽层、采用传统铜箔屏蔽及加入平衡绕组3种变压器结构下的CM传导噪声。实验结果表明,平衡绕组对CM噪声抑制效果优于无屏蔽层和传统铜箔屏蔽层结构,验证了平衡绕组抵消反激变换器CM噪声的可行性。

一种兼具屏蔽效能的变压器平衡绕组技术

针对现有绕线式变压器平衡绕组方案需多次试错调整、且难以兼顾电磁干扰(electromagnetic interference,EMI)特性和电气性能的问题,文中分析平衡绕组设计存在误差的原因,提出一种兼具屏蔽作用的平衡绕组技术,通过加入结构简单且容易实施的改进型平衡绕组,能够有效地抑制反激变换器在传导干扰频段的共模噪声。文中定量地分析变压器传输路径上完全消除共模位移电流的机理,给出改进型平衡绕组的设计准则。实验结果表明,在变压器绕组交错排布的情况下,只需在变压器中加入一层兼具屏蔽作用的平衡绕组,即可达到显著的共模干扰抑制效果,有效降低了变压器EMI特性优化设计的实施难度。

反激变换器共模噪声的抑制

随着开关电源高频化和小型化的发展,功率器件快速开关造成的电磁干扰(EMI)问题愈发严重。针对反激变换器,分析共模(CM)噪声源和CM噪声传播路径,建立变换器的CM噪声模型。在变压器分布电容模型的基础上,定量分析通过铁氧体磁心这一路径传播的CM噪声的影响。提出不完全屏蔽层和平衡绕组这两种CM噪声抑制措施的定量分析方法。基于屏蔽层结构参数,不完全屏蔽层可分为宽度不完全和长度不完全屏蔽层。通过建立变压器的xy轴坐标系,得到绕组的电势分布表达式,通过对共模位移电流的推导,基于抵消原理,给出了不完全屏蔽层的宽度或长度以及平衡绕组匝数的计算方法。实验结果验证了所研究方法的有效性和计算方法的准确性。

考虑磁场频率特性的变压器共模EMI宽频建模方法

变压器是隔离型变换器的关键共模噪声路径,与传导和辐射电磁干扰(electromagnetic interference,EMI)性能紧密关联。现有变压器EMI等效电路建模方法对多层交错绕组的宽频共模特性缺乏准确预测能力,文中针对该问题分析了变压器共模噪声路径对电感参数的敏感性,以及现有电路结构不适用于交错绕组的原因,提出一种改进型建模方法。通过磁场仿真提取电感频率特性参数,使模型能够反映变压器的宽频磁场特性。同时,通过改进等效电路结构,正确表示共模噪声路径和绕组电势分布。以绕线式变压器为对象,S21参数为变压器共模EMI性能的评估方法,实际测量与电路仿真结果在150kHz~100MHz具有较好一致性,表明改进型建模方法能够在宽频段准确预测、评估变压器的共模性能和谐振尖峰,扩展了现有模型的适用范围。