CN105047385A - 一种高频变压器及其组成的emi抑制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高频变压器，包括装在骨架上的磁芯和绕组，绕组上设有两个屏蔽层，又公开了一种由该高频变压器组成的EMI抑制电路，包括共模电容、AC交流输入、共模电感、整流滤波、LLC变换器、高频变压器和整流输出，共模电容的一端连接共模电感的零端，另一端连接整流输出的负极端口。本发明在高频变压器上设置了两个屏蔽层，将高频变压器的电磁干扰抑制到最小，由该高频变压器组成的EMI抑制电路，极大效率地解决了电磁干扰问题，对高频共模干扰电流冲击有了更好的抑制，减少了体积和重量，节约了成本。

Description

一种高频变压器及其组成的EMI抑制电路

技术领域

本发明涉及变压器领域，特别是指一种高频变压器及其组成的EMI抑制电路。

背景技术

LED驱动电源大多采用开关电源，但开关电源会产生较强的电磁干扰和谐波干扰。这种电磁干扰我们称之为EMI(ElectronicMagneticInterference)。

EMI信号既具有很宽的频率范围(从几百赫到兆赫)，又有一定的幅度，经传导和辐射会污染电磁环境，对附近的电子设备造成干扰，还可能危及操作人员。例如，当我们看电视的时候，如果旁边有人使用电吹风或电剃须刀之类的家用电器，屏幕上会出现令人烦感的雪花条纹。电饭锅煮不熟米饭，明明关闭了的空调器，过一会却又自己启动……这些都是常见到的电磁干扰现象。更为严重的是，如果电磁干扰信号妨碍了正在监视病情的医疗电子设备或正在飞行的飞机时，则会造成不堪设想的后果。

开关电源的EMI抑制技术在开关电源设计中占有很重要的位置。EMI抑制电路在整个开关电源的成本大约占15％--20％。现有的EMI抑制电路并不算很好。

在开关电源中抑制EMI，关键在于高频变压器，因为电磁干扰是由干扰源、藕合通道和接收器三部分构成的，其中高频变压器即是干扰源，其绕线中分布电容也是电磁干扰的藕合通道。但是，现有的高频变压器对EMI抑制效果并不理想。

发明内容

本发明提出一种高频变压器及其组成的EMI抑制电路，能够有效抑制EMI，节约了成本。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种高频变压器，包括装在骨架上的磁芯和绕组，绕组包括第一绕组、第二绕组、第三绕组、第四绕组、第五绕组和第六绕组，第二绕组为屏蔽层A，第六绕组为屏蔽层B，绕组依次均匀密绕在磁芯上，屏蔽层A串接第一电阻，屏蔽层B串接第二电阻。

进一步的，屏蔽层A和屏蔽层B均为高强度漆包线。更进一步的，屏蔽层A和屏蔽层B的直径均为0.3mm。

进一步的，第一绕组、第三绕组、第四绕组和第五绕组均为高强度漆包线。

进一步的，第一电阻和第二电阻的阻值为300-500欧姆。

一种高频变压器组成的EMI抑制电路，包括共模电容、AC交流输入、共模电感、整流滤波、LLC变换器、高频变压器和整流输出，AC交流输入与共模电感电连接，共模电感与整流滤波电连接，整流滤波与LLC变换器连接，LLC变换器与高频变压器电连接，高频变压器与整流输出电连接；共模电容的一端连接共模电感的零端，另一端连接整流输出的负极端口。

进一步的，共模电容为1000pF。

进一步的，高频变压器包括屏蔽层A和屏蔽层B，屏蔽层A串接第一电阻，第一电阻连接共模电感的零端，屏蔽层B串接第二电阻，第二电阻连接整流输出的负极端口。

进一步的，共模电感包括一个磁环和两个绕向相反、匝数相同的绕组。

本发明的有益效果在于：在高频变压器上设置了两个屏蔽层，将高频变压器的电磁干扰抑制到最小，由该高频变压器组成的EMI抑制电路，极大效率地解决了电磁干扰问题，对高频共模干扰电流冲击有了更好的抑制，减少了体积和重量，节约了成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种高频变压器的结构示意图；

图2为本发明一种高频变压器组成的EMI抑制电路的原理框图；

图3为现有技术中EMI抑制电路的电路图；

图4为本发明一种高频变压器组成的EMI抑制电路的电路图；

图5为本发明的共模电容连接原边地的辐射波形曲线图；

图6为本发明的共模电容连接原边地的传导波形曲线图；

图7为本发明的共模电容连接共模电感零端的辐射波形曲线图；

图8为本发明的共模电容连接共模电感零端的传导波形曲线图；

图9为本发明的共模电容连接共模电感零端且高频变压器设有屏蔽层的辐射波形曲线图；

图10为本发明的共模电容连接共模电感零端且高频变压器设有屏蔽层的传导波形曲线图。

其中：1-AC交流输入；2-共模电感；3-整流滤波；4-LLC变换器；5-高频变压器；6-整流输出；7-共模电容。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提出的高频变压器所起到的作用是为了能够解决自激振荡LLC谐振半桥为主电路拓扑的恒流源电磁干扰问题，为用户提供了绿色安全的照明空间和惬意的照明环境。

为了达到以上所述目的，如图1所示，本发明提出了一种高频变压器5，包括装在骨架上的磁芯和绕组，绕组包括第一绕组、第二绕组、第三绕组、第四绕组、第五绕组和第六绕组，第二绕组为屏蔽层A，第六绕组为屏蔽层B，绕组依次均匀密绕在磁芯上，屏蔽层A串接第一电阻，屏蔽层B串接第二电阻。

高频变压器5的骨架具有以下几种作用：1、为变压器中的铜线提供缠绕的空间；2、固定变压器中的磁芯；3、骨架中的线槽为变压器生产绕线时提供过线的路径；4、骨架中的金属针脚为变压器之铜线缠绕的支柱；经过焊锡后与PCB板相连接，在变压器工作时起到导电的作用；5、骨架底部的挡板，可使变压器与PCB板产生固定的作用；为焊锡时产生的锡堆与PCB板，和磁芯与PCB板，提供一定距离空间；隔离磁芯与锡堆，避免发生耐压不良；6、骨架中的凸点、凹点或倒角，可决定变压器使用时放置方向或针脚顺序。在本实施例中，高频变压器5的骨架可采用EI、EE、EF、EPC、ER、RM、PQ、UU等型号中的一种。

在本实施例中，在高频变压器5中设置两个屏蔽层是关键的技术点，现有的高频变压器5采用一层屏蔽层，对共模干扰电流抑制效果并不好，本高频变压器5设置的屏蔽层A和屏蔽层B均为高强度漆包线。屏蔽层A和屏蔽层B的直径均为0.3mm。第一绕组、第三绕组、第四绕组和第五绕组均为高强度漆包线。屏蔽层A均匀密绕在第一绕组上，起头悬空，尾接第一电阻，第一电阻的另一端接初级共模电感的0端；屏蔽层B均匀密绕在第五绕组上，起头悬空，尾接第二电阻，第二电阻的另一端接次级地，为避免高频共模干扰电流冲击造成的二次EMI污染，第一电阻和第二电阻的阻值为300-500欧姆，能够对高频共模干扰电流冲击加以更好的抑制；同时也减少了次级的一个共模电感，降低了成本。

本发明提出的高频变压器5是为了组成EMI抑制电路，因此，本发明又提出了一种高频变压器5组成的EMI抑制电路，如图2所示，包括共模电容7、AC交流输入1、共模电感2、整流滤波3、LLC变换器4、高频变压器5和整流输出6，AC交流输入1与共模电感2电连接，共模电感2与整流滤波3电连接，整流滤波3与LLC变换器4连接，LLC变换器4与高频变压器5电连接，高频变压器5与整流输出6电连接；共模电容7的一端连接共模电感2的零端，另一端连接整流输出6的负极端口。

为了更好的抑制电磁干扰问题，共模电容7为1000pF。高频变压器5包括屏蔽层A和屏蔽层B，屏蔽层A串接第一电阻，第一电阻连接共模电感2的零端，屏蔽层B串接第二电阻，第二电阻连接整流输出6的负极端口。共模电感2包括一个磁环和两个绕向相反、匝数相同的绕组。

为体现出本发明的EMI抑制电路的效果，下面先对现有技术中的EMI抑制电路进行阐述。

现有的共模干扰的电路如图3所示，EMI是指产品的对外电磁干扰。EMI包括传导、辐射、电流谐波、电压闪烁等等。电磁干扰是由干扰源、藕合通道和接收器三部分构成的，通常称作干扰的三要素。EMI线性正比于电流，电流回路面积以及频率的平方即：EMI＝K*I*S*F2。I是电流，S是回路面积，F是频率，K是与电路板材料和其他因素有关的一个常数。

EMI滤波技术是一种可以滤除多种原因产生的传导干扰，既可以防止干扰使用同一电源工作的其他电子设备又能防止外部用电设备对电源本身的干扰。实际证明，选择适当的元器件参数，可较好地抑制开关电源产生的传导干扰。电源线噪声分为两大类：共模干扰、差模干扰。共模干扰定义为任何载流导体与参考地之间的不希望有的电位差；差模干扰定义为任何两个载流导体之间的不希望有的电位差。差模滤波元件和共模滤波元件分别对差模和共模干扰有较强的衰减作用。这些滤波器包含的电容和电感分别称为“X”和“Y”元件。CX叫做差模电容，CY叫做共模电容，L1叫做共模电感(见图3)。共模电感L1是在同一个磁环上由绕向相反、匝数相同的两个绕组构成。当市网工频电流在两个绕组中流过时为一进一出，产生的磁场恰好抵消，使得共模电感对市网工频电流不起任何阻碍作用。如果市网中含有共模噪声电流通过共模电感，这种共模噪声电流是同方向的，流经两个绕组时，产生的磁场同相叠加，使得共模电感对干扰电流呈现出较大的感抗，由此起到了抑制共模干扰的作用。

EMI抑制电路中，实际中大多数开关电源都有一个共模电容，共模电容可跨接在初级高压和次级地之间，或跨接在初级地和次级地之间。共模电容将初级产生的高频共模干扰电流旁路到次级地，通常共模电容容值在2200P--4700P之间，不可超过4700P，大了初级到次级漏电流会大，不符合安规要求。

现有的EMI电路抑制效果并不理想。

而本发明的EMI抑制电路中的共模电容7容值在1000P，漏电流极小，共模电容7初级侧一端接共模电感2的零端，再结合具有双屏蔽层的高频变压器5，从而解决了自激振荡LLC谐振半桥为主电路拓扑的恒流源电磁干扰问题。

图4为本发明提出的由高频变压器5组成的EMI抑制电路的电路图，为了体现出其EMI抑制效果，特对共模电容7连接原边地、共模电容7连接共模电感2零端和共模电容7连接共模电感2零端且高频变压器5设有屏蔽层(即图4所示的优选电路图)三种情况下的电磁干扰的传导和辐射两种数据进行了测试，测试数据如图5-图10所示。

如图5和图6所示，当共模电容7连接原边地时，EMI的传导和辐射曲线图，如图5所示，横轴为测量辐射数据的频率，纵轴为辐射数据值，图中上方较为平滑的曲线为符合EN55022标准的辐射的准峰值限值，另一条曲线为测量到的辐射数据的准峰值，其测试频率的范围为30M-300MHz，步长为100kHz，测试用的接收机的带宽为120kHz，测试的值为准峰值，测试时间间隔为5ms。

如图6所示，横轴为测量传导数据的频率，纵轴为传导数据值，对传导数据的测量采用了两种测量方式，一是准峰值测量，二是平均值测量，图中上方两条较为平滑的曲线为符合EN55022标准的辐射数据的准峰值限值和平均值限值，另外两条为测量到的传导数据的准峰值和平均值，在测量传导数据时将频率分为两段，第一段是0.009MHz-0.15MHz，接收机的带宽为200Hz，测试时间间隔为50ms，第二段是0.15MHz-30MHz，接收机的带宽为9kHz，测试时间间隔为5ms。

当共模电容7连接共模电感零端时的辐射和传导的数据曲线图分别如图7和图8所示，在图7中，横轴为测量辐射数据的频率，纵轴为辐射数据值，图中上方较为平滑的曲线为符合EN55022标准的辐射的准峰值限值，另一条曲线为测量到的辐射数据的准峰值，其测试频率的范围为30M-300MHz，步长为100kHz，测试用的接收机的带宽为120kHz，测试的值为峰值，测试时间间隔为5ms。在图8中，横轴为测量传导数据的频率，纵轴为传导数据值，对传导数据的测量采用了两种测量方式，一是准峰值测量，二是平均值测量，图中上方两条较为平滑的曲线为符合EN55022标准的辐射数据的准峰值限值和平均值限值，另外两条为测量到的传导数据的准峰值和平均值，在测量传导数据时将频率分为两段，第一段是0.009MHz-0.15MHz，接收机的带宽为200Hz，测试时间间隔为50ms，第二段是0.15MHz-30MHz，接收机的带宽为9kHz，测试时间间隔为5ms。

当共模电容7连接共模电感零端且高频变压器设有屏蔽层时，在图9中，横轴为测量辐射数据的频率，纵轴为辐射数据值，图中上方较为平滑的曲线为符合EN55022标准的辐射的准峰值限值，另一条曲线为测量到的辐射数据的准峰值，其测试频率的范围为30M-300MHz，步长为100kHz，测试用的接收机的带宽为120kHz，测试的值为峰值，测试时间间隔为5ms。在图10中，横轴为测量传导数据的频率，纵轴为传导数据值，对传导数据的测量采用了两种测量方式，一是准峰值测量，二是平均值测量，图中上方两条较为平滑的曲线为符合EN55022标准的辐射数据的准峰值限值和平均值限值，另外两条为测量到的传导数据的准峰值和平均值，在测量传导数据时将频率分为两段，第一段是0.009MHz-0.15MHz，接收机的带宽为200Hz，测试时间间隔为50ms，第二段是0.15MHz-30MHz，接收机的带宽为9kHz，测试时间间隔为5ms。

结合图5-图10可知，当共模电容7连接共模电感零端且高频变压器设有屏蔽层时，EMI抑制电路的EMI数据最小，即对EMI抑制效果最好。也就是说，本发明对EMI抑制效果最好，极大效率地解决了电磁干扰问题。本发明省去了两个抑制辐射干扰的共模电感(见图3)，同时也减小了EMI抑制电路中共模电感L1(见图3)的体积，节省了成本。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高频变压器，包括装在骨架上的磁芯和绕组，其特征在于：所述绕组包括第一绕组、第二绕组、第三绕组、第四绕组、第五绕组和第六绕组，所述第二绕组为屏蔽层A，所述第六绕组为屏蔽层B，所述绕组依次均匀密绕在所述磁芯上，所述屏蔽层A串接第一电阻，所述屏蔽层B串接第二电阻。

2.根据权利要求1所述的一种高频变压器，其特征在于：所述屏蔽层A和所述屏蔽层B均为高强度漆包线。

3.根据权利要求1或2所述的一种高频变压器，其特征在于：所述屏蔽层A和所述屏蔽层B的直径均为0.3mm。

4.根据权利要求1所述的一种高频变压器，其特征在于：所述第一绕组、第三绕组、第四绕组和第五绕组均为高强度漆包线。

5.根据权利要求1所述的一种高频变压器，其特征在于：所述第一电阻和所述第二电阻的阻值为300-500欧姆。

6.一种高频变压器组成的EMI抑制电路，其特征在于：包括共模电容、AC交流输入、共模电感、整流滤波、LLC变换器、高频变压器和整流输出，所述AC交流输入与所述共模电感电连接，所述共模电感与所述整流滤波电连接，所述整流滤波与所述LLC变换器连接，所述LLC变换器与所述高频变压器电连接，所述高频变压器与所述整流输出电连接；所述共模电容的一端连接所述共模电感的零端，另一端连接所述整流输出的负极端口。

7.根据权利要求6所述的一种高频变压器组成的EMI抑制电路，其特征在于：所述共模电容为1000pF。

8.根据权利要求6所述的一种高频变压器组成的EMI抑制电路，其特征在于：所述高频变压器包括屏蔽层A和屏蔽层B，所述屏蔽层A串接第一电阻，所述第一电阻连接所述共模电感的零端，所述屏蔽层B串接第二电阻，所述第二电阻连接所述整流输出的负极端口。

9.根据权利要求6所述的一种高频变压器组成的EMI抑制电路，其特征在于：所述共模电感包括一个磁环和两个绕向相反、匝数相同的绕组。