[发明专利]反激电源变压器屏蔽绕组匝数设计方法

说明书

本发明公开了一种反激电源变压器屏蔽绕组匝数设计方法，包括：(1)选定变压器，并测定变压器的结构尺寸；(2)求解变压器原边绕组与副边绕组之间、屏蔽绕组与副边绕组之间的分布电容与屏蔽绕组匝数N_sh的关系式；(3)计算不同屏蔽绕组匝数N_sh下变压器的共模电流i_CM，得到共模电流i_CM与屏蔽绕组匝数N_sh的函数关系；(4)根据屏蔽绕组匝数与共模电流等效系数的关系方程g(N_sh)，求解方程|g(N_sh)|＝0的根并取整，即可得到抑制变压器共模电流的最佳屏蔽绕组匝数。与现有共模抑制技术相比，本发明方法设计灵活性高，实现方法简单，制作成本低，无需额外增加装置体积且抑制效果明显。

技术领域

本发明属于变压器设计技术领域，具体涉及一种反激电源变压器屏蔽绕组匝数设计方法。

背景技术

反激电源由于结构简单、体积较小，广泛应用于通信、服务系统和小功率电子设备中；反激电源中的功率半导体器件在开关动作时会产生电磁干扰(ElectromagneticInterference，EMI)噪声，因此在产品设计中往往有一定的EMI抑制措施，以满足相关的电磁兼容(Electromagnetic Compatibility，EMC)标准。随着开关电源高频化、小型化的发展趋势，开关器件的高开关频率导致更严重的EMI问题，这些问题一方面会使开关电源产品难以满足相关的EMC标准，另一方面即使能够满足相关EMC标准，EMI也会在较敏感的负载侧形成共模噪声，对电子负载造成严重干扰。

采用滤波器对共模干扰进行抑制可有效降低EMI水平，但由于漏电流的严格要求，共模滤波器通常由小电容和大电感等元件组成，这往往会增加产品体积和成本；在变压器中加入铜箔屏蔽层可对共模噪声进行削减，这种方法可有效缩减滤波器体积，并达到很好的抑制效果，但在实际变压器设计和制作中灵活性不高，且由于屏蔽结构的选择涉及的变量过较多，制作精度无法保证。

而采用绕组屏蔽对共模噪声进行抑制，既方便于实际生产制作，降低生产成本，又能有效抑制共模干扰。图1所示为加入绕组屏蔽时共模电流的传输路径，反激电源的EMI干扰源包括原边MOSFET和副边二极管，且两者产生的共模电流方向相反；在不采用屏蔽措施时，由于原边MOSFET与副边二极管产生的共模电流不相等，变压器中的共模电流无法抵消，传递到负载侧的共模噪声较大，通过在原边绕组与副边绕组之间加入屏蔽绕组，并合理设计屏蔽绕组的匝数，可以使两个干扰源产生的共模电流相互抵消，从而达到抑制共模干扰的效果。

为实现最好的共模噪声抑制效果，需合理设计屏蔽绕组的匝数；现阶段的设计方法往往是根据经验、实验测试或者反复仿真计算，需要大量的测试和仿真资源，因此亟需一种屏蔽绕组匝数的正向定量设计方法。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种反激电源变压器屏蔽绕组匝数设计方法，通过探究共模电流大小和屏蔽绕组匝数之间的关系，求解达到最好抑制效果时屏蔽绕组的最优匝数，不需经过反复实验测试和仿真计算，不会增加滤波器设计的负担，设计简便，成本低廉。

一种反激电源变压器屏蔽绕组匝数设计方法，包括如下步骤：

(1)为反激电源选定变压器，并测定变压器结构参数；

(2)求解变压器原边绕组与副边绕组之间的分布电容以及变压器屏蔽绕组与副边绕组之间的分布电容；

(3)根据上述分布电容结合共模电流传播路径，推导出系统共模电流i_CM与屏蔽绕组匝数N_sh的关系函数，并利用该关系函数通过以下公式计算共模电流i_CM；