@反激变换器共模噪声的抑制
反激变换器共模噪声的抑制
【@反激变换器共模噪声的抑制】
本文插图
电气技术
南京航空航天大学自动化学院的研究人员刘颜、董光冬、张方华 ， 在2019年第22期《电工技术学报》上撰文指出 ， 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 。
反激变换器因其拓扑简单、成本低 ， 广泛应用于小功率、多路输出、隔离型开关电源中 。 但随着开关电源高频化和小型化的发展趋势 ， 开关速度越来越快 ， 印制电路板（Printed Circuit Board, PCB）布局更加紧凑 。 功率器件快速开关造成的电磁干扰（Electromagnetic Interference, EMI）问题越发严重 。
为满足电磁兼容（Electromagnetic Compatibility, EMC） ， EMI滤波器被广泛应用于功率变换器 ， 通常EMI滤波器的体积占高频变换器的1/3左右 。 EMI主要分为辐射干扰和传导干扰 。 传导噪声又包括差模（Differential Mode, DM）和共模（Common Mode, CM）噪声 。
研究变换器的共模噪声源和共模噪声传播路径 ， 建立变换器的共模噪声模型 ， 并提出有效的共模噪声抑制方法 ， 能够减小功率变换器的原始噪声 ， 简化滤波器的设计 ， 从而减小EMI滤波器的体积、重量 ， 提高变换器的功率密度 。
许多文献对变换器的共模噪声抑制方法进行了研究 ， 主要分为以下两类：基于噪声源的抑制方法、基于共模噪声传播路径或共模位移电流的旁路和抵消方法 。
- 有学者建立了移相全桥变换器的共模噪声模型 ， 提出一种无源抵消电路 ， 利用补偿绕组产生与原始噪声电流反相的位移电流 ， 通过该方法抑制变换器的共模噪声 ， 但此方法补偿绕组和补偿电容参数调节困难 ， 应用复杂 。
- 有学者从能量和共模位移电流的角度对变压器的寄生电容模型进行推导 ， 建立了变压器绕组的两电容模型 ， 并通过添加平衡电容抑制了全桥LLC变换器和反激变换器的共模噪声 ， 但平衡电容会增加变换器一、二次侧的漏电流 ， 带来额外的安全问题 。
- 有学者建立了矩阵变压器的集总电容模型 ， 对变换器的共模噪声进行预测 ， 通过在平面变压器一、二次绕组之间添加PCB屏蔽绕组的方法有效抑制了半桥LLC变换器的共模噪声 ， 但该方法仅适用于二次绕组为一匝的应用场合 。
- 有学者对反激变换器的共模噪声进行分析 ， 提出了平衡双屏蔽层的概念 ， 通过改变屏蔽层的气隙位置调节变压器一、二次侧到屏蔽层的寄生电容 ， 实现变换器共模噪声的抵消 ， 但未给出气隙位置的计算方法 ， 实际应用中很难取得平衡双屏蔽层的最佳效果 。
- 有学者对变压器的屏蔽层结构进行研究 ， 提出屏蔽层的效果受屏蔽层宽度、长度、位置等参数的影响 ， 并通过定性分析方法确定了屏蔽层的最优结构 ， 但该方法不具有普适性 ， 需要通过反复测试来确定屏蔽层的最优参数 。
