CN106154064A - 一种高频变压器共模噪声测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高频变压器共模噪声测试方法，具体是：将变压器单独拆分出来，通过共模噪声测试电路来判断高频变压器的共模噪声的大小，该测试电路由NEC555主要电路和外部电路组成的方波发生器，以及变压器和对该变压器信号的驱动及检测电路组成。本发明用于高频变压器共模噪声干扰测试，测试时仅仅测试变压器本身的引脚，就可以知道变压器本身产生的共模噪声的大小，实际应用中，只要测试了变压器单体的共模噪声幅值，就可以基本判断出电源本身的共模噪声幅值，也就是说本发明可以为电源共模噪声的最终测试前端提供一个极为可靠地测试方法和手段，对于电源品质的管控具有重要的意义，能够产生较大的经济利益。

Description

一种高频变压器共模噪声测试方法

技术领域

本发明涉及一种高频变压器共模噪声测试方法，属于电源设备领域。

背景技术

普通的高频变压器工作电路，如图1所示，该电路主要由电桥模块和变压器信号驱动和检测两部分组成，其通过变压器的绕组将能量传递到次级输出。由于该电路存在结构的缺陷，因此难以控制高频变压器共模噪声的大小。

针对高频变压器的共模噪声，它严重影响手机和平板电脑的使用，共模噪声的信号通过触摸屏与手或者触控笔将小信号传到大地，在此路径上会对手机和平板的实用造成严重干扰，大多数的电源的变压器都无明确可靠地方法来测试共模噪声，导致在研发设计阶段浪费大量人力物力来优化设计高频变压器，且优化设计的变压器不一定能完全满足噪声的要求，急需一种高精度的方法来测试该噪声，同时给工程人员以实践指导。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种高频变压器共模噪声测试方法，以便优化高频变压器的结构设计。

本发明的工作原理是：NEC555芯片产生的电压12V，频率100K，占空比50％的方波信号，来驱动变压器的电压绕组的电压变化点，当驱动加到第一初级绕组的时候，第二初级绕组和次级绕组都会感应到这个方波电压，在高频变压器内部，由于绕组之间的寄生电容，会出现感应电流通过寄生电容流到次级绕组的现象，同时也会出现感应电流从次级绕组流到初级绕组的现象，然而，各个绕组之间的感应电流流动在互相增强和抵消的时候，最终会反应到初级绕组的地和次级绕组的地上，最终有电流通过Rsense电阻流回初级绕组的地GND。用示波器来观测这个高频的小信号，就可以判断共模电流噪声的大小，也就为变压器的共模噪声抑制设计提供了一个优良的测试方法。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的高频变压器共模噪声测试方法，具体是：将变压器单独拆分出来，通过共模噪声测试电路来判断高频变压器的共模噪声的大小，该测试电路由NEC555主要电路和外部电路组成的方波发生器，以及变压器和对该变压器信号的驱动及检测电路组成。

所述的NEC555主要电路由NEC555芯片构成；所述555的外部电路由电容C1、C2，电阻RL、R1，以及两个分压电阻构成，其中：两个分压电阻的阻值应根据驱动方波占空比为48-52％的大小来取值，C1为外接电容，C2为给芯片做供电滤波的电容，RL为驱动的输出OUT的上拉电阻，为高电平提供能量源，R1是驱动端的电阻。

所述的电阻R1的阻值为471欧姆，使驱动的波形不至于太陡，降低驱动的速度，以免导致尖峰电压。

所述的变压器是反激式变压器，由第一初级绕组、第二初级绕组和次级绕组构成。

所述的对该变压器信号的驱动电路，由NEC555芯片及外围电路构成，其中：NEC555的外部电路，输入端由分压电阻Ra、Rb和电容C1、C2构成，输出端由上拉电阻RL和驱动端的电阻R1构成

所述的对该变压器信号的检测电路，由示波器对变压器绕组独特的检测方式构成，其中：第二初级绕组和次级绕组的地之间连接有电阻Rsense，并在该电阻两端连接示波器进行电压信号的测量。

本发明提供的上述方法，其用于高频变压器共模噪声干扰测试。

本发明用于高频变压器共模噪声干扰测试时，采用NEC555芯片来产生电压12V，频率100K，占空比50％的方波信号，来驱动变压器的电压绕组的电压变化点，用示波器来观测Rsense电阻两端的电压波形，以此得出变压器共模噪声的大小。

本发明用于高频变压器共模噪声干扰测试时，包括以下步骤：

1)采用NEC555芯片来产生电压12V，频率100K，占空比为48-52％的方波信号，来驱动变压器的第一初级绕组的电压变化点2端；

2)方波信号通过电阻R1来驱动变压器的第一初级绕组的电压变化点2端；

3)第一初级绕组和第二初级绕组的电压不变点都接地，第二初级绕组的电压变化点3端悬空；

4)次级绕组的电压变化点5悬空，该电压不变点6端通过一个阻值为100K的电阻Rsense接到第二初级绕组的电压不变点4端的GND；

5)用示波器来观测Rsense电阻两端的电压波形，以此得出变压器共模噪声的大小。

本发明用于高频变压器共模噪声干扰测试时，可以用两个10W手机充电器电源的变压器来测试其共模噪声大小，二者变压器的绕组结构不同，分别为1#变压器和2#变压器，其中：

1#变压器绕组结构是：第一步，绕屏蔽绕组，从地绕到顶端悬空；第二步，绕第一初级绕组，线径0.16*70圈，绕三层；第三步，绕第二初级绕组，线径0.16*23圈，绕一层；第四步，绕制次级绕组，线径0.6*6圈，绕一层；

由于在第一步增加了屏蔽绕组，其共模噪声测试改善很多，2#变压器的绕组结构是：第一步，绕第一初级绕组，线径0.16*70圈，绕三层；第二步，绕第二初级绕组，线径0.16*23圈，绕一层；第三步，绕制次级绕组，线径0.6*6圈，绕一层；由于没有任何屏蔽绕组，其共模噪声测试偏大；

将上述两个变压器分别装在电源中，其中电源装1#变压器时共模噪声小，电源装2#变压器时共模噪声大，由此证明该方法对手机触控产生的影响。

本发明与现有技术相比，具有以下主要的优点：

为变压器的共模噪声抑制设计提供了一个优良的测试方法。

1.该方法的新颖之处体现在两个地方，一个是用NEC555作为信号发生器，组成50％占空比的的方波信号，成本技术可靠，另一个地方在于熟悉开关电源中共模噪声的产生和传播路径，并对噪声的抑制有深刻的理解，通过巧妙的测试方法，仅仅测试变压器本身的引脚，就可以知道变压器本身产生的共模噪声的大小，实际上，在开关电源中，变压器是共模噪声最大的源头，抑制了变压器的共模噪声，就很大程度上抑制了整个电源的共模噪声。

2.该方法的精髓在于巧妙的测试方法和手段，用NEC555来实现方波信号的发生，有了该信号之后，如何来实现对变压器单体的测试，则是本发明的最大的创新之处，驱动信号一定要给在变压器初级绕组的电压变化点，即动点(图2中的2点)，同时初级两个绕组的两个地1和地4要接在一起，此时用一颗100K左右的电阻接到第二初级绕组的地4接到次级绕组的地6之间，用示波器来观测这个电阻两段的电压幅值，这个接法和测试的方法，是本发明创新的精髓。

实验过程中选取两个不同的开关电源变压器来验证，分别是10W的手机充电器和65W的笔记本充电器，其变压器结构都是反激变压器结构，与文中变压器的结构一致，实验数据如下：10W和65W手机充电器的变压器测试共模幅值和实际充电器测试共模裕量的数据分别如表1和表2。

从表1和表2中可以看到，变压器单体的共模噪声与充电器本身的共模噪声大小是基本一致的，那么实际应用中，只要我们测试了变压器单体的共模噪声幅值，就可以基本判断出电源本身的共模噪声幅值，亦即，该发明可以为电源共模噪声的最终测试前端提供一个极为可靠地测试方法和手段，对于电源品质的管控具有重要的意义，能够产生较大的经济利益。上述数据可以支持本发明的实际作用及成果，从数据可以得出，本发明的可靠性和准确性均满足，理论与实践统一。

附图说明

图1为普通高频变压器的应用电路示意图。

图2为本发明高频变压器共模噪声测试电路原理图。

图3为电源装1#变压器共模噪声电压幅值图。

图4为电源装2#变压器共模噪声电压幅值图。

具体实施方式

本发明涉及一种高频变压器共模噪声测试方法，所述的测试方法采用NEC555芯片来产生电压12V，频率100K，占空比50％的方波信号，来驱动变压器的电压绕组的电压变化点，其中，驱动信号通过R1来驱动变压器第一初级绕组绕组的电压变化点2端，第一初级绕组和第二初级绕组的电压不变点都接地，第二初级绕组的电压变化点3端悬空，次级绕组的电压变化点5端悬空，电压不变点通过一个电阻Rsense等于100K接到第二初级绕组的电压不变点4端的GND，用示波器来观测Rsense电阻两端的电压波形，可以得出变压器共模噪声的大小，从而达到通过该方法优化变压器的共模噪声的目的。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步的说明，但不限定本发明。

本发明提供的高频变压器共模噪声测试方法，是将变压器单独拆分出来，通过共模噪声测试方法就可以判断高频变压器的共模噪声的大小。

所述共模噪声测试方法如图2所示，由共模噪声测试电路实现的。该测试电路由NEC555主要电路和外部电路组成的方波发生器，以及对变压器信号的驱动及检测电路组成。

所述NEC555的主要电路由NEC555芯片(图2中芯片部分)构成。所述555的外部电路，由分压电阻Ra、Rb和电容C1、C2构成，其中分压电阻Ra和Rb的阻值决定了驱动方波占空比的大小，这里选取适当的阻值来使驱动占空比约为50％，C1为外接电容，C2为给芯片做供电滤波的电容。还设有电阻RL和R1，其中RL为驱动的输出OUT的上拉电阻，为高电平提供能量源；R1是驱动端的电阻，这里给471欧姆是为了使驱动的波形不至于太陡，降低驱动的速度，以免导致尖峰电压，这一部分为NEC555的主要电路，为测试电路的第一部分，其主要目的就是给出合适的驱动。

所述对变压器信号的驱动和检测电路，其中：变压器设有第一初级绕组1-2、第二初级绕组3-4、次级绕组5-6；对变压器信号的驱动电路NEC555芯片和外部电路分压电阻Ra、Rb和电容C1、C2构成；对变压器信号的检测电路由第二初级绕组3-4和次级绕组5-6，绕组地4和地6之间连接电阻Rsense，并在电阻两端连接示波器组成电压信号电路等构成。

所述变压器采用第一初级绕组1-2、第二初级绕组3-4和次级绕组5-6结构，这个结构符合目前反激式变压器的结构，具有普遍的意义，因为涉及的主要是初级绕组与次级绕组的作用，故555芯片的驱动信号直接接到第一初级绕组1-2的动点，此时驱动给初级绕组，但是第二初级绕组3-4和次级绕组5-6都会感应到电压，又由于绕组之间的寄生电容影响，这些感应的电压又会产生感应电流，这些电流由于各绕组之间的电位差，会出现某些绕组从初级绕组流到次级绕组，同时次级绕组会反流到初级绕组，在变压器内部形成内部环流，这就是测试电路的第二部分，主要是变压器内部由于电压的感应产生电流的内部环流。测试电路的第三部分是100K电阻Rsense，由于测试电路的第二部分产生了环流，那么将初、次级绕组的地用100K电阻连接起来，这个环流就会流经这个电阻，最终形成电压，而用示波器观测这个电压，就可以得到内部环流电压，而这个环流电压越小，表示初级和次级的电流流向就越小，那么共模电流就越小，共模噪声就越小，即用示波器判断电压大小就可以判断共模噪声大小。

本发明提供的高频变压器共模噪声测试方法，包括以下步骤：

1.采用NEC555芯片来产生电压12V，频率100K，占空比50％的方波信号，来驱动变压器的初级绕组1-2的电压变化点2端。

2.方波信号通过R1来驱动变压器初级绕组1-2的电压变化点2端。

3.第一初级绕组1-2和第二初级绕组3-4的电压不变点都接地，第二初级绕组3-4的电压变化点3端悬空。

4.次级绕组5-6的电压变化点5端悬空，该电压不变点通过一个电阻Rsense等于100K接到第二初级绕组3-4的电压不变点4端的GND。

5.用示波器来观测Rsense电阻两端的电压波形，可以得出变压器共模噪声的大小。

6.用两个10W手机充电器电源的变压器(变压器的绕组结构不同)来测试其共模噪声大小。

7.将这两个变压器分别装在电源中，其中电源装1#变压器时共模噪声小，电源装2#变压器时共模噪声大，由此可以证明其对手机触控产生影响。

当用本发明方法来测试变压器共模噪声的大小时，会发现：1#变压器的电压幅值为图3中的133.75mV，2#变压器的幅值为图4中的501.25mV，与实际表现一致，可见本发明方法判断十分准确。

以上所述仅为本发明的优先实施方案，应当指出，在本领域的技术人员，在不脱离本发明的原理的前提下，还可以做出若干改进，但是这些改进也应视为本发明的保护范围。

表1 10W手机充电器的变压器测试共模幅值和实际充电器测试共模裕量的数据比较

表2 65W手机充电器的变压器测试共模幅值和实际充电器测试共模裕量的数据的比较

Claims (10)

1.高频变压器共模噪声测试方法，其特征是将变压器单独拆分出来，通过共模噪声测试电路来判断高频变压器的共模噪声的大小，该测试电路由NEC555主要电路和外部电路组成的方波发生器，以及变压器和对该变压器信号的驱动及检测电路组成。

2.根据权利要求1所述的高频变压器共模噪声测试方法，其特征在于所述的NEC555主要电路由NEC555芯片构成；所述555的外部电路由电容C1、C2，电阻RL、R1，以及两个分压电阻构成，其中：两个分压电阻的阻值应根据驱动方波占空比为48-52％的大小来取值，C1为外接电容，C2为给芯片做供电滤波的电容，RL为驱动的输出OUT的上拉电阻，为高电平提供能量源，R1是驱动端的电阻。

3.根据权利要求2所述的高频变压器共模噪声测试方法，其特征在于所述的电阻R1的阻值为471欧姆，使驱动的波形不至于太陡，降低驱动的速度，以免导致尖峰电压。

4.根据权利要求1所述的高频变压器共模噪声测试方法，其特征在于所述的变压器是反激式变压器，由第一初级绕组(1-2)、第二初级绕组(3-4)和次级绕组(5-6)构成。

5.根据权利要求1所述的高频变压器共模噪声测试方法，其特征在于所述的对该变压器信号的驱动电路，由NEC555芯片及外围电路构成，其中：NEC555的外部电路，输入端由分压电阻Ra、Rb和电容C1、C2构成，输出端由上拉电阻RL和驱动端的电阻R1构成。

6.根据权利要求1所述的高频变压器共模噪声测试方法，其特征在于所述的对该变压器信号的检测电路，由示波器对变压器绕组独特的检测方式构成，其中：第二初级绕组(3-4)和次级绕组(5-6)的地之间连接有电阻Rsense，并在该电阻两端连接示波器进行电压信号的测量。

7.根据权利要求1至6中任一所述方法的用途，其特征是该方法用于高频变压器共模噪声干扰测试。

8.根据权利要求7所述方法的用途，其特征是测试时，采用NEC555芯片来产生电压12V，频率100K，占空比50％的方波信号，来驱动变压器的电压绕组的电压变化点，用示波器来观测Rsense电阻两端的电压波形，以此得出变压器共模噪声的大小。

9.根据权利要求8所述方法的用途，其特征是测试包括以下步骤：

1)采用NEC555芯片来产生电压12V，频率100K，占空比为48-52％的方波信号，来驱动变压器的第一初级绕组(1-2)的电压变化点2端；

2)方波信号通过电阻R1来驱动变压器的第一初级绕组(1-2)的电压变化点2端；

3)第一初级绕组(1-2)和第二初级绕组(3-4)的电压不变点都接地，第二初级绕组(3-4)的电压变化点3端悬空；

4)次级绕组(5-6)的电压变化点5悬空，该电压不变点6端通过一个阻值为100K的电阻Rsense接到第二初级绕组(3-4)的电压不变点4端的GND；

5)用示波器来观测Rsense电阻两端的电压波形，以此得出变压器共模噪声的大小。

10.根据权利要求9所述方法的用途，其特征是用两个10W手机充电器电源的变压器来测试其共模噪声大小，二者变压器的绕组结构不同，分别为1#变压器和2#变压器，其中：

1#变压器绕组结构是：第一步，绕屏蔽绕组，从地绕到顶端悬空；第二步，绕第一初级绕组(1-2)，线径0.16*70圈，绕三层；第三步，绕第二初级绕组(3-4)，线径0.16*23圈，绕一层；第四步，绕制次级绕组(5-6)，线径0.6*6圈，绕一层；

由于在第一步增加了屏蔽绕组，其共模噪声测试改善很多，2#变压器的绕组结构是：第一步，绕第一初级绕组(1-2)，线径0.16*70圈，绕三层；第二步，绕第二初级绕组(3-4)，线径0.16*23圈，绕一层；第三步，绕制次级绕组(5-6)，线径0.6*6圈，绕一层；由于没有任何屏蔽绕组，其共模噪声测试偏大；

将这两个变压器分别装在电源中，其中电源装1#变压器时共模噪声小，电源装2#变压器时共模噪声大，由此证明该方法对手机触控产生的影响。