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開(kāi)(kāi)關(guān)(guān)電源適配器的靜電屏蔽
發(fā)(fā)布時(shí)(shí)間:2023-03-08 15:13:52 瀏覽次數:1192 作者:admin 返回列表

開(kāi)(kāi)關(guān)(guān)電源適配器設計中最困難的指標之一,是將共模傳導RFI電流減少到一個(gè)(gè)可接受的范圍之內。這種傳導的電流噪聲主要由寄生靜電和各功率開(kāi)(kāi)關(guān)(guān)元件與接地線(xiàn)(xiàn)之間的電磁耦合造成。接地面可能是機殼、機柜、接地線(xiàn)(xiàn),它取決于電子設備的類(lèi)(lèi)型。

開(kāi)(kāi)關(guān)(guān)電源適配器的設計者應該檢驗整個(gè)(gè)設計布局,識別出可能存在這些問(wèn)(wèn)題的區域,并在設計階段引進(jìn)(jìn)合適的屏蔽方法。在后期階段將會(huì )(huì )很難改正RFI設計不當的產(chǎn)(chǎn)品。

在大多數應用中,凡是高頻、高壓開(kāi)(kāi)關(guān)(guān)波形可能與接地面或副邊輸出有容性耦合的地方都要求有靜電屏蔽。那些在散熱片上安裝開(kāi)(kāi)關(guān)(guān)功率管和整流二極管,而散熱片又與主機殼接觸的場(chǎng)(chǎng)合是典型的位置。此外,在有很大開(kāi)(kāi)關(guān)(guān)脈沖電流流過(guò)(guò)的元件或線(xiàn)(xiàn)路上,磁場(chǎng)(chǎng)和容性耦合都有可能產(chǎn)(chǎn)生噪聲。其他可能有問(wèn)(wèn)題區域有輸出整流器、安裝在機殼上的輸出電容、在主開(kāi)(kāi)關(guān)(guān)變壓器上的原邊、副邊以及磁芯與其他驅動(dòng)(dòng)或者控制變壓器的之間的容性耦合。

當零件安裝在散熱器上,而散熱器又與機殼有熱連接的時(shí)(shí)候,消除不希望有的容性耦合的常規方法是在會(huì )(huì )產(chǎn)(chǎn)生干擾的元件與散熱器之間放置一個(gè)(gè)靜電屏蔽。這種屏蔽一般是銅材質(zhì)(zhì)制成的,必須與散熱器和晶體管或二極管都絕緣,由此屏蔽可揀拾容性耦合的交流電流并使之回流到輸入電路的一個(gè)(gè)方便的參考點(diǎn)(diǎn)。對于原邊元件來(lái)(lái)說(shuō)(shuō),參考點(diǎn)(diǎn)一般是直流電源線(xiàn)(xiàn)的公共負端,它在開(kāi)(kāi)關(guān)(guān)器件附近。對于副邊元件來(lái)(lái)說(shuō)(shuō),參考點(diǎn)(diǎn)一般是電流流回變壓器副邊的公共端。

原邊開(kāi)(kāi)關(guān)(guān)功率管具有高電壓和高頻開(kāi)(kāi)關(guān)(guān)脈沖波形,除非晶體管外殼與機殼之間有適當的屏蔽,否則將會(huì )(huì )通過(guò)(guò)它們之間的電容耦合一個(gè)(gè)很大的噪聲電流。放置電路屏蔽層后,銅屏蔽將會(huì )(huì )通過(guò)(guò)電容注入任何顯著(zhù)(zhù)的電流到散熱器,它相對于機殼或接地面有一個(gè)(gè)相對小的高頻交流電壓。設計者會(huì )(huì )識別出可能出現問(wèn)(wèn)題的其他區域,在此區域可使用類(lèi)(lèi)似的屏蔽。

為了避免射頻電流在原邊和副邊繞組之間或原邊和接地的安全屏蔽之間流動(dòng)(dòng),主開(kāi)(kāi)關(guān)(guān)變壓器通常至少要在原邊繞組加一個(gè)(gè)靜電RFI屏蔽。在一些應用中,原邊與副邊繞組之間需要附加一個(gè)(gè)安全屏蔽。靜電RFI屏蔽與安全屏蔽主要在結構、位置、連接方面有不同。安全標準要求安全屏蔽回路到接地面或機殼,而RFI屏蔽一般返回到輸入或輸出電路。EMI屏蔽和接線(xiàn)(xiàn)頭由很輕薄的銅片做成,只需要傳輸很小的電流。然而,為了安全起見(jiàn)(jiàn),安全屏蔽的額定電流必須必須至少是電源熔斷器額定電流值的三倍。

在離線(xiàn)(xiàn)式開(kāi)(kāi)關(guān)(guān)電源變壓器中使用的安全屏蔽和RFI屏蔽應用中,RFI屏蔽靠近原邊和副邊繞組,而安全屏蔽位于RFI屏蔽之間。如果不需要副邊RFI屏蔽,那么安全屏蔽要位于原邊RFI屏蔽的任何輸出繞組之間。為進(jìn)(jìn)一步慎重地隔離,原邊RFI屏蔽將通過(guò)(guò)一個(gè)(gè)串聯(lián)(lián)電容與輸入電力線(xiàn)(xiàn)進(jìn)(jìn)行直流隔離,此電容在額定隔離電壓下一般為0.01uF就足夠了。

只有當需要最大的噪聲抑制或輸出電壓較高時(shí)(shí),才使用副邊側RFI屏蔽,這個(gè)(gè)屏蔽將返回到輸出線(xiàn)(xiàn)的公共端。只有在必要時(shí)(shí)才使用變壓器屏蔽,因為它增加構件和繞組高度,會(huì )(huì )使漏電感增加并使性能變差。

高頻屏蔽的回路電流在開(kāi)(kāi)關(guān)(guān)瞬變時(shí)(shí)可能相當大,為了防止這種電流通過(guò)(guò)一般的電源變壓器作用耦合到副邊,屏蔽的接線(xiàn)(xiàn)點(diǎn)(diǎn)應在其中央,而不應雜邊沿。這樣,容性耦合的屏蔽回路電流在屏蔽上各自的半邊反方向流動(dòng)(dòng),消除了所有的感應耦合效應。應該記住屏蔽的各末端必須互相絕緣,以避免形成閉合回路。

對于高壓輸出,RFI屏蔽可裝在輸出整流二極管與它們的散熱器之間。如果副邊電壓較低,比如12V電壓或者更低,則不需要副邊變壓器RFI屏蔽和整流器屏蔽。通過(guò)(guò)在回路上放置輸出濾波扼流圈使二極管散熱器免受RF電壓影響,可以消除輸出整流二極管對靜電屏蔽額需要。如果二極管和晶體管額散熱器完全與機殼隔離,如安裝在PCB上那樣,則在這些元件上就不一定需要靜電屏蔽。

鐵氧體反激式變壓器和高頻電感在磁路上通常有相對大的氣隙,以此來(lái)(lái)確定電感或防止飽和。氣隙的磁場(chǎng)(chǎng)能存儲相當可觀(guān)(guān)的能量。除非電源變壓器或扼流圈被屏蔽了,否則將從氣隙輻射電磁場(chǎng)(chǎng)(EMI),這會(huì )(huì )對開(kāi)(kāi)關(guān)(guān)電源適配器本身或周邊設備造成干擾。而且,這種輻射的電磁場(chǎng)(chǎng)可能超過(guò)(guò)了輻射型EMI標準的限制。

當外側鐵心有氣隙或者氣隙均勻分布于柱片間時(shí)(shí),氣隙輻射出的電磁干擾最大。通過(guò)(guò)使氣隙只集中在中間磁柱,這種輻射可減小6分貝或者更多。使用只有中間磁柱氣隙的完全閉合的罐型磁芯,則輻射減小程度更大。然而對離線(xiàn)(xiàn)式應用來(lái)(lái)說(shuō)(shuō),罐型磁芯并不常用,因為它一般不能滿(mǎn)(mǎn)足較高電壓時(shí)(shí)的爬電距離要求。

在周邊磁柱有氣隙的磁芯中,環(huán)(huán)繞變壓器外部的附加銅屏蔽提供了很可觀(guān)(guān)的輻射衰減。這個(gè)(gè)屏蔽應在變壓器外部、周邊磁柱和繞組形成一個(gè)(gè)完全的閉環(huán)(huán)且該回路以氣隙為中心。屏蔽的寬度大約應為繞組骨架的30%,并且與繞組處于同一個(gè)(gè)平面。為了提高效率,其電阻必須最小,推薦使用厚度最少為0.01英寸的銅屏蔽。

因為有渦流損失和閉合環(huán)(huán)作用,這種屏蔽是很有效的。閉合環(huán)(huán)感應的電流將產(chǎn)(chǎn)生一個(gè)(gè)反磁動(dòng)(dòng)勢來(lái)(lái)阻止輻射。在反激式開(kāi)(kāi)關(guān)(guān)電源中,屏蔽不應大于繞線(xiàn)(xiàn)骨架寬度的30%,因為太寬的屏蔽會(huì )(huì )出現磁芯飽和的問(wèn)(wèn)題。雖然屏蔽通常用于在周邊磁柱有氣隙的磁芯上,但它對在中間磁柱有氣隙的變壓器同樣有效,兩者的電磁輻射都可減小達12分貝。

然而,變壓器屏蔽的應用卻降低了開(kāi)(kāi)關(guān)(guān)電源適配器的效率。這是因為屏蔽中的渦流熱效應,造成屏蔽中的附加功耗。如果氣隙是在周邊磁柱,則屏蔽上的功耗可達額定輸出功率的1%,這取決于氣隙的大小和裝置的額定輸出功率。在氣隙只位于中間磁柱的應用中,安裝屏蔽幾乎不會(huì )(huì )增加功率損耗。然而,兩者的總變壓器效率大體上相同,因為中間磁柱氣隙使變壓器繞組增加了大約相同數量的損耗。

似乎只有付出附加功耗的代價(jià)(jià)才能獲得變壓器的有效磁屏蔽。因此,這種屏蔽只在必要的時(shí)(shí)候才能使用。在很多情況下,電源或主設備都有一個(gè)(gè)圍起來(lái)(lái)的金屬外殼,無(wú)(wú)需在增加變壓器屏蔽已能滿(mǎn)(mǎn)足EMI要求。當無(wú)(wú)金屬外殼的開(kāi)(kāi)關(guān)(guān)電源被用于視頻顯示終端設備時(shí)(shí),為了防止電磁耦合到CRT電子束而干擾顯示,通常要求有變壓器屏蔽??捎蒙崞骰蛘邚鈉簾蔚綑C殼的分流熱量作用來(lái)(lái)傳導走在外部銅屏蔽上產(chǎn)(chǎn)生的額外熱量。


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