[发明专利]利用电感线圈包裹屏蔽实现降噪的方法

说明书

技术领域

本发明涉及的内容应该属于电磁兼容技术（EMC）和低压供电技术领域，是一种通过对开关电源变压器线圈绕制结构的改进来降低电路电磁噪声传导能力的措施，是电磁干扰（EMI）抑制技术在开关电源中的体现，与开关电源制造技术密切相关。为生产低电磁噪声开关电源提供技术基础，为开关电源替代线性电源创造条件。 

背景技术

目前，开关电源已经成为电子设备的主要供电装置，已逐步进入到普及阶段。但许多开关电源仍存在输出电压中噪声电压大的弊病，小功率开关电源的噪声电压一般在近百毫伏至几百毫伏之间,其输出电压的稳定性也无法与串联型稳压电源相比，因而在许多对干扰敏感的场合还是受到了较多限制。可以说电子设备中开关电源处于电磁干扰（EMI）较为突出的位置，对于电磁干扰能量的衡量通常用讯扰电平来描述，它包括差模噪声电压和共模噪声电平。随着器件工作速度的不断提高，电磁干扰的问题更加需要解决。为了使得开关电源输出电压中的噪声电压尽量低，工程技术人员采用了许多措施，如滤波法、铁质机箱屏蔽法、短路环抑制辐射法、加平滑电感消振、在器件特性上进行改善、采用合适的线路布局等。虽然这些方法都是行之有效的，不过最终效果与线性电源相比仍然存在较大差距。 

根据开关电源的能量耦合方式，大致可以分为二类：正激励式开关电源和反激励式开关电源。在正激励工开关电源中，作能量耦合的电磁转换装置称为变压器，在反激励式开关电源中，作能量耦合的电磁转换装置称为耦合电感。实际上，变压器和耦合电感在结构上完全一致，只是他们的绕组匝数有所不同，所以在本发明中统称他们为开关电源变压器，即以下所称的开关电源变压器也包括耦合电感。开关电源变压器的输入输出端口电路是产生电磁噪声的主要部位，变压器成了传导噪声的重要途径。 

通常在变压器绕组的绕制中，重点要考虑电感量大小、漏感大小、层间电容三个主要指标。电感量大小要根据电源功率大小确定，与本发明无关。一般的开关电源变压器由高导磁铁氧体材料构成磁路，虽然磁芯磁导率较高，但也是有限的，必定存在漏电感量。在通常的开关电源中，这一漏电感量是造成噪声电压的重要原因之一，设计者希望漏感小一些。另一方面，变压器中绕组线圈采用叠绕的方式，线与线之间、绕层与绕层之间、绕组与绕组之间都会形成电容效应，从而造成电场耦合，使得噪声电压得以传导。尤其是层间电容的传导作用更显著，绕层间电容越小传导量也越小。但解决绕层间电容问题往往和解决漏感问题成为一对矛盾，总不能便两者同时减小。 

隔离式开关电源的绕组根据作用不同分为三类：激励绕组、输出绕组、辅助电源绕组。这里的辅助电源绕组是指为激励电路供电的一个绕组，如果是为输出电路中某些控制电路供电而设置的绕组在本说明书中都归为输出绕组。开关电源变压器绕组的最基本绕法有三种：一是绕组并列排放法，如附图3所示，他的漏感最大，绕组之间电容效应最小，实际很少采用；二是独立绕组包裹绕法，如附图4所示，激励绕组（又称原边绕组）在最内层，辅助电源绕组贴近激励绕组，外面包裹输出绕组（又称副边绕组），这种绕法相比并列排放法的漏感有所减小，绕组之间电容效应有所增大。三是目前比较多的资料特别强调线圈绕制中减小漏感，采用绕层交叉包裹的方法，如附图5和附图6所示，将激励绕组和输出绕组分层交叉包裹叠绕，使得他们的漏感尽量小，但很明显，不同绕组的绕层与绕层贴近面增大，绕组间的电容使得电场耦合效应也增大，噪声电压传导途径更加宽广，在减小因漏感所引起的噪声脉冲的同时,又从另一个方面增大了噪声电压输出的可能性。 

变压器作为产生和传导噪声的重要器件，传统开关电源变压器绕法中漏感和耦合电容的矛盾无法协调。本发明从开关电源变压器绕组结构入手，在本人以前所提出的开关电源的电路自适应续流技术基础上，改变开关电源变压器的绕制结构，切断开关电源噪声电压在其变压器中的电场耦合途径，从而得以降低噪声电压的输出。通过多种降噪手段共同作用，提高开关电源输出电压的纯净度，使其接近线性电源的输出质量。 

本发明所涉及的电磁噪声抑制技术是众多抑制技术中的一类，适用于变压器耦合电磁能量的开关电源，并且需要电路自适应续流技术配合。在实际制造低电磁噪声的开关电源时，应该采用多种技术相结合，排除所有产生干扰的因素后，才能达到理想的目的。电源是多数电子设备中必不可少的一个部件。配备一个高品质的电源，有利于提高电子设备的整体质量。因此，本发明所涉及的方法必定会有一个很好的应用前景。 

发明内容