開關電源變壓器屏蔽層抑制共模EMI的研究

去掉共模濾波電感，在變壓器中增設一次側屏蔽繞組如圖8所示，并將E與A點(電容Cin正極)相連。此時，一次側屏蔽繞組代替了原一次繞組的最外層，假設一次側屏蔽繞組與二次繞組間的寄生電容與原變壓器一次側最外層繞組與二次繞組的寄生電容相同，則：

圖8 變壓器內部不設置屏蔽在電路中增設共模濾波電感的傳導EMI測試結果

由式(4)可知：在電路工作情況不變的狀況下，共模電流i1的第一項減小為原來的1/(2m+1)，故傳導EMI減小了，測試結果如圖9所示。

由于在共模傳導EMI的模型中輸入濾波電容Cin是短路的，因此，若將E與電容Cin負極相連，屏蔽繞組對傳導EMI的抑制效果與E點、A點相連的情況是一致的，測試結果如圖10和圖11所示。

圖9 變壓器內部增設一次側屏蔽繞組

圖10 變壓器內部設置一次側屏蔽繞組并將出線與輸入濾波電容正極相連的傳導EMI測試結果

圖11 變壓器內部設置一次側屏蔽繞組并將出線與輸入濾波電容負極相連的傳導EMI測試結果

在變壓器內部再增設次級屏蔽繞組如圖12所示，并將E點與A點相連，將F點與C點相連，此時，一次側屏蔽繞組與次級屏蔽繞組的感應電動勢和寄生電容分布情況是基本一致的，近似有：

式(5)中：Cx為一側屏蔽繞組與另一屏蔽繞組間的寄生電容值。結合式(3)可知，通過兩屏蔽繞組耦合的共模電流近似為零，但一次側與次級屏蔽繞組不可能完全一致，因此，屏蔽繞組之間仍會有共模干擾電流，但得到了極大的衰減，測試結果如圖13所示。

圖12 變壓器內部設置一次側屏蔽繞組和次級屏蔽繞組

圖13 變壓器內部設置2層屏蔽繞組的傳導EMI測試結果

如果將2層屏蔽繞組換為2層屏蔽銅箔，由于兩層屏蔽銅箔感應電動勢和寄生電容分布的分布更為相似，因此，對共模傳導電流就有更好的抑制效果，測試結果如圖14所示。

圖14 變壓器內部設置兩層屏蔽銅箔的傳導EMI測試結果

理論及試驗結果均表明：在變壓器中增加屏蔽層，可以對共模傳導EMI起抑制作用，尤以兩層銅箔的屏蔽效果最好。具體設計中，可根據電源共模傳導EMI的嚴重程度來選擇相應的屏蔽措施。

由于各類變換器中產生共模傳導EMI的機理是相同的，所以，上述共模傳導干擾的模型和屏蔽層的設計方法同樣適用于其他拓撲。

4 結語

由于開關電源輸入、輸出側與大地之間存在著電位差的高頻變化，是造成共模EMI的根本原因。理論分析和試驗結果表明，在一次繞組與二次繞組之間設置屏蔽繞組或屏蔽銅箔，可以抑制一次側與次級之間的共模電流，減少共模傳導EMI。