CN111180177B - 一种多绕组交叠绕法高频变压器的屏蔽绕组多点接地共模噪声消除方法 - Google Patents

一种多绕组交叠绕法高频变压器的屏蔽绕组多点接地共模噪声消除方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111180177B
CN111180177B CN202010012553.4A CN202010012553A CN111180177B CN 111180177 B CN111180177 B CN 111180177B CN 202010012553 A CN202010012553 A CN 202010012553A CN 111180177 B CN111180177 B CN 111180177B
Authority
CN
China
Prior art keywords
winding
shielding
working
mode noise
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010012553.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111180177A (zh
Inventor
梓骁
王世山
李正之
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Original Assignee
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Aeronautics and Astronautics filed Critical Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority to CN202010012553.4A priority Critical patent/CN111180177B/zh
Publication of CN111180177A publication Critical patent/CN111180177A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111180177B publication Critical patent/CN111180177B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/288—Shielding
    • H01F27/2885—Shielding with shields or electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/33—Arrangements for noise damping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/36—Electric or magnetic shields or screens

Abstract

本发明公开了一种多绕组交叠绕法高频变压器的屏蔽绕组多点接地共模噪声消除方法，其步骤为：对隔离型功率变换器系统中的以交叠式绕法绕制的多绕组高频变压器中的相邻的仅通过磁耦合的线圈间添加多点接地的屏蔽绕组，通过消除多绕组变压器绕组间寄生电流来消除隔离型功率变换器系统的共模噪声；其中，所述屏蔽绕组分为两组，两组分别进行绕制与接地处理。本发明通过添加多点接地的屏蔽绕组，对交叠绕制的多绕组变压器绕组间寄生电流实现了有效消除。该方法解决了功率变换器系统中高频变压器传递共模噪声的危害，使得输入、输出线缆端接收的共模噪声信号大幅度减弱，显著削弱了功率变换器系统线缆共模噪声的电磁辐射干扰。

Description

一种多绕组交叠绕法高频变压器的屏蔽绕组多点接地共模噪 声消除方法
技术领域
本发明属于功率变换器噪声抑制领域，特别涉及一种对高频变压器添加多点接地屏蔽绕组的共模噪声消除技术。
背景技术
在功率变换器系统中，高频开断操作的开关器件对系统造成了大量高频噪声信号干扰。共模噪声信号是由噪声源通过电压突变点对保护地的寄生电容传递的高频噪声信号。在隔离型功率变换器系统中，高频变压器通常被广泛用于实现输入输出端的电隔离。变压器绕组耦合度高有助于减少变压器漏感，从而提高功率变换器系统的效率、可靠性。这种做法显著增加了变压器的绕组间寄生电容，绕组上的脉动电压信号在寄生电容造成了较大的位移电流。对多端输出的功率变换器系统，位移电流由电压相对较高的绕组流向电压相对较低的，最终流入保护地，造成共模干扰。
目前消除隔离型功率变换器系统共模噪声的方法有三类，即减少噪声源谐波含量、屏蔽噪声电流、引入异相位移电流。其中对变压器位移电流进行屏蔽的方法因其易于实现、成本低廉的特点而被广泛应用。目前采用屏蔽绕组单点接地的方法无法有效解决屏蔽绕组接地侧的共模噪声回流问题，具有一定的缺陷。本发明提出新型的针对多绕组交叠绕法高频变压器的屏蔽绕组多点接地共模噪声消除方法，有效解决了该问题，从而减少了隔离型功率变换器系统的共模噪声干扰，改善其EMC特性。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种多绕组交叠绕法高频变压器的屏蔽绕组多点接地共模噪声消除方法，以消除功率变换器系统共模噪声干扰。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种多绕组交叠绕法高频变压器的屏蔽绕组多点接地共模噪声消除方法，其步骤为：对隔离型功率变换器系统中的以交叠式绕法绕制的多绕组高频变压器中的相邻的仅通过磁耦合的线圈间添加多点接地的屏蔽绕组，通过消除多绕组变压器绕组间寄生电流来消除隔离型功率变换器系统的共模噪声；其中，所述屏蔽绕组分为两组，两组分别进行绕制与接地处理。
所述屏蔽绕组的绕制与接地设置如下：接近磁芯柱的屏蔽绕组绕线方向、匝数与远离磁芯柱的工作绕组相同，该屏蔽绕组一端经绝缘处理后开路，一端接入接近磁芯柱的工作绕组对应的信号地；远离磁芯柱的屏蔽绕组绕线方向、匝数与接近磁芯柱的工作绕组相同，该屏蔽绕组一端经绝缘处理后开路，另一端接入远离磁芯柱的工作绕组对应的信号地。
对于接近磁芯柱的屏蔽绕组，其分布电压同接近磁芯柱的工作绕组的分布电压幅值、相位均相同；对于远离磁芯柱的屏蔽绕组，其分步电压同远离磁芯柱的工作绕组的分布电压幅值、相位均相同。
有益效果：本发明通过对系统共模噪声回路的分析，确定高频变压器绕组间寄生电容是影响EMC特性的主要寄生参数。本发明对多绕组交叠绕法的高频变压器，提出了多点接地的共模噪声消除技术(Multi-point Grounding Noise Cancellation,MGNC)。该方法针对高频变压器通过磁耦合的相邻绕组添加多点接地的屏蔽绕组，对共模噪声有一定程度的抑制与消除作用，从而优化系统EMC特性。本发明解决了在不改变功率变换器系统布局及电路主要元件参数，同时不添加共模滤波装置的情况下，有效优化功率变换器系统EMC特性的方法。
本发明通过添加多点接地的屏蔽绕组，对交叠绕制的多绕组变压器绕组间寄生电流实现了有效消除。该方法解决了功率变换器系统中高频变压器传递共模噪声的危害，使得输入、输出线缆端接收的共模噪声信号大幅度减弱，显著削弱了功率变换器系统线缆共模噪声的电磁辐射干扰。同时显著扩大了屏蔽绕组用于功率变换器系统噪声抑制的适用性。
附图说明
图1为共模噪声消除原理图；
图2为多绕组交叠式高频变压器侧剖图；
图3屏蔽绕组多点接地等效示意图；
图4为绕组分布电压图；
图5为共模噪声路径简化图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
本发明的一种多绕组交叠绕法高频变压器的屏蔽绕组多点接地共模噪声消除方法是基于消除变压器绕组间位移电流来抑制隔离型功率变换器系统共模噪声的方法。以多端输出反激变换器为例，图1为反激变换器共模噪声路径。其中共模噪声源为原边的MOSFET开关管Q电压、副边的二极管Ds1、Ds2...Dsn电压。D1、D2、D3、D4为原边整流二极管，Cin为原边储能电容，Cpsn为副边绕组Wn与原边绕组W0间的绕组间寄生电容，Cn、RLn分别为输出储能电容与负载，其余各元件及线缆对地杂散电容未作标识。假定Cpsn上流过由原边向副边流动的位移电流ipsn与由副边向原边流动的位移电流ispn，则其中LISN测量得到的共模电流iCM与绕组间位移电流ipsn、ispn的关系为：
Figure BDA0002357678780000031
根据式(1)，消除变压器绕组间位移电流ipsn和ispn，可以有效抑制功率变换器系统共模噪声。
如图2所示为多绕组交叠式高频变压器侧剖图，A部分是变压器磁芯，B部分为工作绕组，C部分为屏蔽绕组，虚线为变压器中心对称线。其中Wn为远离磁芯柱的第n+1个工作绕组，Wshn为添加在Wn和Wn-1间的屏蔽绕组。屏蔽绕组Wshn分为两部分，其中远离磁芯柱的一部分屏蔽绕组一端空置，一端接Wn-1绕组的信号地；接近磁芯柱的一部分屏蔽绕组一端空置，一端接Wn然偶的信号地。从图1中可以看出，消除变压器绕组间分布电压具体为：
Figure BDA0002357678780000032
其中，Ushn(l,t)为距离磁芯柱第n屏蔽绕组中靠近磁芯柱的屏蔽层线圈上的电压分布，U′shn(l,t)为距离磁芯柱第n屏蔽绕组中远离磁芯柱的屏蔽层线圈上的电压分布；Un(t)为第n+1层工作绕组在共模回路中接信号地的端口的电压，U′n(t)为该层工作绕组的另一侧端口的电压，Ln为该层工作绕组总绕线长度；l为绕组线圈从接地侧端口计起的绕线长度；T表示转置矩阵；
对工作绕组，其上电压分布为：
Figure BDA0002357678780000041
其中，Un(l,t)为第n+1层工作绕组在线圈长度为l处的分布电压。
如图3，屏蔽绕组的接地方式为单端开路，一端接相应工作绕组的信号地，对多端输出、交叠式绕制的功率变换器系统，其满足：
Un(t)＝Un-1(t) (4)
即功率变换器系统满足变压器原副边信号地为静电势点。满足要求的多端输出功率变换器拓扑为反激式、前馈式、推挽式、半桥式。
对屏蔽绕组与工作绕组，其电压分布满足：
Figure BDA0002357678780000042
即本发明实现了屏蔽绕组的电压调制，图4给出了相邻工作绕组与屏蔽绕组的电压分布图，屏蔽绕组其与相邻工作绕组电压一致。
如图4，对绕组长度l＝l0处，第n层屏蔽绕组与相邻工作绕组位移电流为:
Figure BDA0002357678780000043
其中Cps0、C′ps0为单位长度线圈在该绕制方法下的单位分布寄生电容，ishn(l0,t)、i′shn(l0,t)为单位分布寄生电容产生的屏蔽绕组与工作绕组间的位移电流。
第n层屏蔽绕组与相邻工作绕组总位移电流为：
Figure BDA0002357678780000051
将式(6)代入式(7)，由于电压分布满足式(5)，则第n层屏蔽绕组与相邻工作绕组位移电流为0，即屏蔽绕组多点接地的共模噪声消除方法实现了变压器内各绕组间的共模噪声消除。
以多端输出反激变换器拓扑为例，如图5，其共模回路主要包括噪声源原边开关管MOSFET工作电压Up、副边二极管工作电压Us，变压器工作绕组间等效寄生电容Cps，系统杂散电容Cstray，LISN测量阻抗Z，变压器原副边间传递的共模噪声iCMT与LISN测量得到的共模噪声iCM满足：
2iCM＝∑iCMTn (8)
如图5简化共模噪声路径，屏蔽绕组多点接地的共模噪声消除方法实现了消除多端口输出隔离型功率变换器系统共模噪声。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种多绕组交叠绕法高频变压器的屏蔽绕组多点接地共模噪声消除方法，其特征在于：其步骤为：对隔离型功率变换器系统中的以交叠式绕法绕制的多绕组高频变压器中的相邻的仅通过磁耦合的线圈间添加多点接地的屏蔽绕组，通过消除多绕组变压器绕组间寄生电流来消除隔离型功率变换器系统的共模噪声；其中，所述屏蔽绕组分为两组，两组分别进行绕制与接地处理；
对添加在仅通过磁耦合的工作绕组间的屏蔽绕组，屏蔽绕组上的电压分布为：
Figure FDA0002720823960000011
其中，Ushn(l,t)为距离磁芯柱第n屏蔽绕组中靠近磁芯柱的屏蔽层线圈上的电压分布，U′shn(l,t)为距离磁芯柱第n屏蔽绕组中远离磁芯柱的屏蔽层线圈上的电压分布；Un(t)为第n+1层工作绕组在共模回路中接信号地的端口的电压，U′n(t)为该层工作绕组的另一侧端口的电压，Ln为该层工作绕组总绕线长度；l为绕组线圈从接地侧端口计起的绕线长度；T表示转置矩阵；
对工作绕组，其上电压分布为：
Figure FDA0002720823960000012
其中，Un(l,t)为第n+1层工作绕组在线圈长度为l处的分步电压；
对多端输出、交叠式绕制的功率变换器系统，其满足：
Un(t)＝Un-1(t) (4)
对屏蔽绕组与工作绕组，其电压分布满足：
Figure FDA0002720823960000021
即实现了屏蔽层的电压调制，使其与相邻工作绕组电压一致；
对于绕组长度l＝l0处，第n层屏蔽绕组与相邻工作绕组位移电流为：
Figure FDA0002720823960000022
其中，Cps0、C′ps0为单位长度线圈在该绕制方法下的单位分布寄生电容，ishn(l0,t)、i′shn(l0,t)为单位分布寄生电容产生的屏蔽绕组与工作绕组间的位移电流；
第n层屏蔽绕组与相邻工作绕组总位移电流为：
Figure FDA0002720823960000023
将式(6)代入式(7)，由于电压分布满足式(5)，则第n层屏蔽绕组与相邻工作绕组位移电流为0，即实现了变压器内各绕组间的共模噪声消除。
2.根据权利要求1所述的绕组交叠绕法高频变压器的屏蔽绕组多点接地共模噪声消除方法，其特征在于：所述屏蔽绕组的绕制与接地设置如下：接近磁芯柱的屏蔽绕组绕线方向、匝数与远离磁芯柱的工作绕组相同，该屏蔽绕组一端经绝缘处理后开路，一端接入接近磁芯柱的工作绕组对应的信号地；远离磁芯柱的屏蔽绕组绕线方向、匝数与接近磁芯柱的工作绕组相同，该屏蔽绕组一端经绝缘处理后开路，另一端接入远离磁芯柱的工作绕组对应的信号地。
3.根据权利要求2所述的绕组交叠绕法高频变压器的屏蔽绕组多点接地共模噪声消除方法，其特征在于：对于接近磁芯柱的屏蔽绕组，其分布电压同接近磁芯柱的工作绕组的分布电压幅值、相位均相同；对于远离磁芯柱的屏蔽绕组，其分步电压同远离磁芯柱的工作绕组的分布电压幅值、相位均相同。
4.根据权利要求1所述的绕组交叠绕法高频变压器的屏蔽绕组多点接地共模噪声消除方法，其特征在于：所述功率变换器系统应满足变压器原副边信号地为静电势点，其拓扑为反激式、前馈式、推挽式、半桥式。
5.根据权利要求1所述的绕组交叠绕法高频变压器的屏蔽绕组多点接地共模噪声消除方法，其特征在于：所述功率变换器系统的共模回路包括噪声源原边开关管MOSFET工作电压Up、副边二极管工作电压Us，变压器工作绕组间等效寄生电容Cps，系统杂散电容Cstray，LISN测量阻抗Z，变压器原副边间传递的共模噪声iCMT与LISN测量得到的共模噪声iCM满足：
2iCM＝∑iCMTn (8)
即实现了消除多端口输出隔离型功率变换器系统共模噪声。
CN202010012553.4A 2020-01-07 2020-01-07 一种多绕组交叠绕法高频变压器的屏蔽绕组多点接地共模噪声消除方法 Active CN111180177B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010012553.4A CN111180177B (zh) 2020-01-07 2020-01-07 一种多绕组交叠绕法高频变压器的屏蔽绕组多点接地共模噪声消除方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010012553.4A CN111180177B (zh) 2020-01-07 2020-01-07 一种多绕组交叠绕法高频变压器的屏蔽绕组多点接地共模噪声消除方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111180177A CN111180177A (zh) 2020-05-19
CN111180177B true CN111180177B (zh) 2021-02-05

Family

ID=70654489

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010012553.4A Active CN111180177B (zh) 2020-01-07 2020-01-07 一种多绕组交叠绕法高频变压器的屏蔽绕组多点接地共模噪声消除方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111180177B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111600477B (zh) * 2020-06-30 2023-04-25 敏业信息科技（上海）有限公司 回注抵消的噪声抑制电路
CN113241242A (zh) * 2021-05-07 2021-08-10 湖南银河电气有限公司 一种线圈绕组电屏蔽装置
CN115963330A (zh) * 2023-03-10 2023-04-14 荣耀终端有限公司 线缆辐射发射检测方法、电子设备及系统

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0917657A (ja) * 1995-06-29 1997-01-17 Canon Inc 変圧器およびスイッチング電源装置
CN203013469U (zh) * 2012-12-27 2013-06-19 西安芯派电子科技有限公司 降低开关电源emi干扰的变压器及包含该变压器的反激开关电源
CN103310956A (zh) * 2012-03-06 2013-09-18 台达电子企业管理（上海）有限公司 一种可抑制共模电流的变压器及其功率变换器
EP2797091A1 (en) * 2013-04-25 2014-10-29 Nxp B.V. Transformer and power supply using the transformer
CN204167063U (zh) * 2014-10-08 2015-02-18 深圳市航嘉驰源电气股份有限公司 一种低共模噪声的变压器及充电器
CN108022730A (zh) * 2016-11-01 2018-05-11 华为机器有限公司 一种变压器及其装配方法
CN208753132U (zh) * 2018-10-29 2019-04-16 Tcl通力电子（惠州）有限公司 变压器

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0917657A (ja) * 1995-06-29 1997-01-17 Canon Inc 変圧器およびスイッチング電源装置
CN103310956A (zh) * 2012-03-06 2013-09-18 台达电子企业管理（上海）有限公司 一种可抑制共模电流的变压器及其功率变换器
CN203013469U (zh) * 2012-12-27 2013-06-19 西安芯派电子科技有限公司 降低开关电源emi干扰的变压器及包含该变压器的反激开关电源
EP2797091A1 (en) * 2013-04-25 2014-10-29 Nxp B.V. Transformer and power supply using the transformer
CN204167063U (zh) * 2014-10-08 2015-02-18 深圳市航嘉驰源电气股份有限公司 一种低共模噪声的变压器及充电器
CN108022730A (zh) * 2016-11-01 2018-05-11 华为机器有限公司 一种变压器及其装配方法
CN208753132U (zh) * 2018-10-29 2019-04-16 Tcl通力电子（惠州）有限公司 变压器

Also Published As

Publication number Publication date
CN111180177A (zh) 2020-05-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111180177B (zh) 一种多绕组交叠绕法高频变压器的屏蔽绕组多点接地共模噪声消除方法
EP3035349B1 (en) A transformer
US20220102057A1 (en) Planar transformer, power conversion circuit, and adapter
US6982621B2 (en) Method and apparatus for substantially reducing electrical displacement current flow between input and output windings of an energy transfer element
CN202077249U (zh) 一种抗电磁干扰及保护器
KR101904997B1 (ko) 전기적 잡음을 상쇄시키는 스위칭형 전원장치 및 물품
US8866565B2 (en) Systems and methods for providing an electric choke
CN112233888A (zh) 一种变压器装置、开关电源和电源适配器
WO2011124761A2 (en) Arrangement and method for reducing capacitive current
CN103065773B (zh) 低噪声的开关电源变压器及低噪声开关电源
US6888436B1 (en) Isolation transformers
EP2676360B1 (en) Switched-mode power supply with interference suppression
JP3823322B2 (ja) 分布定数構造
CN112366928A (zh) 一种超低纹波干扰稳压电路及装置
CN202736667U (zh) 开关电源变压器
JP6210464B2 (ja) 電気回路
CN209401453U (zh) 一种抗电磁干扰的变压器结构
CN109639128B (zh) 优化变压器结构以降低反激式开关电源传导共模干扰的方法
US11694832B2 (en) High voltage high frequency transformer
Chan et al. Effective switching mode power supplies common mode noise cancellation technique with zero equipotential transformer models
CN220873382U (zh) 无y电容变压器及开关电源电路
US9583255B2 (en) Surge blocking inductor
CN214955330U (zh) 一种兼容低压抄表系统电磁干扰装置
CN214410958U (zh) 一种高性能低成本的电源适配器
TW202207254A (zh) 具有交錯屏蔽繞組之變壓器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant