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每周了解几个硬件知识+变压器工艺与屏蔽知识分享

工程师
2024-05-29 19:46:31     打赏

变压器的屏蔽设计主要是为了抑制电磁干扰(EMI)和减少电磁辐射,保障设备的正常运行和减少对周围环境的电磁污染。以下是关于变压器屏蔽与工艺实现的详细解答:

一、变压器屏蔽的类型

  1. 内部屏蔽:

    • 铜线绕法:在变压器内部,使用与主绕组相同线径的铜线绕制屏蔽绕组。具体圈数以整齐布满线包幅宽为准,不能堆叠,剪断的线头需完全埋入线包内。

    • 铜箔绕组:变压器内部使用铜箔作为绕组时,铜箔的宽度尽量与幅宽一致,以稍小于幅宽为好。引线与主绕线组的线径相同,焊点需平,不能有尖刺。

  2. 外部屏蔽:

    • 铜线绕法:在组装完磁芯后,使用铜线沿磁芯方向一般绕疏绕5-10圈,引脚接地。

    • 铜箔绕组:变压器外部使用铜箔作为屏蔽时,铜箔的宽度略小于磁芯的宽度。包外铜箔时必须要包到1.1圈,使铜箔完全闭合,闭合处最好用锡焊起来。

二、屏蔽的作用

  1. 内部屏蔽:主要目的是将原边的共模干扰信号通过屏蔽层回流到骚扰源,防止共模干扰信号通过原副边绕组之间的层间电容传递到副边,引起输出端的EMI问题。

  2. 外部屏蔽:当高频变压器的漏感磁场不在磁芯内部闭合,而是泄漏到外部空间时,外部屏蔽层会根据电磁感应原理感应出电流,形成相反的磁场,从而抵消变压器漏磁场的影响,改善EMI测试结果。

三、工艺实现

  1. 材料选择:选择适合线径的铜线和铜箔,确保其与主绕组的线径一致,便于生产和采购原材料。

  2. 绕制工艺:

    • 内部绕制:确保屏蔽绕组整齐布满线包幅宽,不堆叠,线头完全埋入线包内。

    • 外部绕制:沿磁芯方向绕疏绕5-10圈,确保铜箔完全闭合并焊接。

  3. 绝缘处理:绕组和屏蔽层都需要有绝缘层,以防止短路和电击。

  4. 接地处理:屏蔽层引出一根线要接地,作为电位的参考点。

变压器中的内外层屏蔽方式:

image.png


屏蔽对于效率是有影响的,不同的屏蔽方式有不同的损耗,其中1.1圈铜屏蔽损耗最大,接着是0.9圈铜箔屏蔽,最小的是绕线屏蔽。但是对于屏蔽效果来说,则是完全相反的,1.1圈铜箔屏蔽的效果最好,绕线屏蔽的效果最差,所以这是绕线屏

蔽用在小功率段比较多的原因。变压器的屏蔽位置会影响到EMI的好坏,一般内层屏蔽会放在一次侧和二次侧的中间,起到屏蔽一次绕组和二次绕组的相互干扰。变压器设计造成的EMI超标频段为 9kHz-5MHz,30~100MHz。对于中小型功率段的反激变换器,一般常用的变压器层次为N-N-N-N-N或N-N-N-N-N(N:一次绕组,N:屏蔽绕组,N:二次绕组N :供电绕组)。


屏蔽接“地”,这里的“地”可以是低电位的静点,也可以是高电位的静点。我们经常用的是低电位的静点,变压器内层屏蔽有如下两种方式:

1.绕线屏蔽,这里的屏蔽层常用一根线疏绕或者多根线并绕铺满一层,起绕点挂在静点,末端悬空。绕线屏蔽需要合理地选择并绕的根数,线少了圈数太多,感应在绕组末端的电压越高。线多了难以绕制,所以并绕的根数一般是 2~3 根。感应的电压太高容易导致线绕屏蔽与其他绕线层或是挂脚处打火,甚至短路烧毁变压器。工程技术人员在设计的时候必须把这些需要考虑的地方做取舍,一般绕线屏蔽用在小功率段50W 以下比较多。

2.铜箔屏蔽,运用范围广,因圈数少或者不成圈,基本忽略感应电压。0.9圈和1.1圈是常用的屏蔽模式,此处需要注意在使用1.1圈铜箔屏蔽的时候,必须用到背胶形式,不然形成短路后,变压器内层线路相当于被屏蔽掉,所以现在使用1.1圈的用法是比较少见的。相对来说,0.9圈的形式就比较方便,如果骨架宽度稍微大点的,

基本上可以不用背胶就能满足基本的安规要求。铜屏蔽适用于各种功率段。变压器外层屏蔽跟内层屏蔽类似,也有绕线和铜箔两种方式。外层屏蔽的用法是闭合的线圈接地的形式。绕线屏蔽会在线包方向上绕一圈或者几圈,然后挂脚到变压器的地,铜箔屏蔽可以在线包或者磁心方向上绕闭合的一圈,然后挂脚到变压器的地。

骨架:

image.png


同名端及原理:

image.png

绕制:

image.pngimage.png

1.变压器有两组同名端,一般客户会给出一组同名端,该组同名端并非绕组的起始端。2.改变骨架插PIN方向或改变绕组起始端和结束端位置可以改变该绕组的相位,若所有绕组相位相同,则同名端一致。在设计过程中需要灵活运用上面的关系,旨在设计更加合理的变压器!





关键词: 每周了解几个硬件知识    

院士
2024-05-30 16:30:09     打赏
2楼

谢谢分享。


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