試論高頻變壓器中屏蔽層的應用

陳少俊

摘 要：高頻變壓器作為開關電源重要的構成，能夠對于電源質量產生明顯的影響。通常開關電源會受到外部噪聲以及自身噪聲等因素的影響，從而干擾高頻變壓器的正常運轉，為此必須要加強對于高頻變壓器噪聲干擾的屏蔽功能。該文通過對于高頻變壓器產生噪聲的原理進行詳細的介紹，并且明確高頻變壓器屏蔽層的設計與應用，通過該文的研究能夠為高頻變壓器的穩定運行提供保障。

關鍵詞：高頻變壓器；屏蔽層；屏蔽方式

中圖分類號：TM433 文獻標志碼：A

0 引言

通常情況下，對于高頻變壓器的電磁屏蔽設計往往采用將變壓器封閉在金屬盒中的設計方式，這樣的設計盡管能夠有效避免高壓繞組以及金屬盒內部飛弧的產生，但是必須要保證兩者之間的距離，所以很容易導致高頻變壓器的占地面積增大，而且屏蔽效果也不明顯，為此必須改進高頻變壓器屏蔽層的設計與應用的效果。

1 高頻變壓器

在開關電源中，高頻變壓器自身的噪聲是主要的影響因素之一。一方面由于開關電源內部引線會產生雜散電感以及寄生電容，所以會形成噪聲耦合通道，而這樣的問題屬于固有特性，所以無法針對各項參數進行優化與升級，為了能夠有效減少噪聲干擾，必須加強對于高頻變壓器屏蔽層的應用。

在高頻變壓器中，由于初級、次級漏感以及初級層間電容、次級層間電容之間的耦合會產生噪聲，如果采取減少繞組層數的方式來降低初級漏感的方式，會增加初級和次級的耦合電容，所以必須采取屏蔽層的方式減小初級與次級之間的耦合電容，通過屏蔽層能夠使初級和次級的耦合系數下降，為此增加了漏感。

通過上述的分析，在高頻變壓器的設計與制造的過程中必須要通過屏蔽層來滿足電磁兼容技術標準，同時有效減少高頻變壓器的噪聲干擾。

變壓器分為內部屏蔽結構與外部屏蔽結構，即電屏蔽與磁屏蔽等不同的屏蔽方式。通過電屏蔽能夠直接將初級干擾信號與次級進行隔離，可以有效避免共模信號穿過屏蔽層直接騷擾初級信號。如果沒有電屏蔽則共模干擾信號就會直接傳遞到次級，引起電源開關故障。電屏蔽的設計方案有很多種，例如在初級與次級之間通過包覆銅箔引線接地的方式，可以在初級繞組以及銅箔繞組間產生電容，利用電容就能夠轉變干涉信號形成回路，起到明顯的屏蔽作用。第二種設計方案就是在初級與次級之間纏繞一層細導線，通過起饒端引線接地的方式保證收尾端在高頻變壓器的內部。第三種方法就是在初級兩端各連接交流電容，并且通過在線路上增加元件，所以一般不適用于整機。磁屏蔽能夠直接在高頻變壓器的外部黏貼磁芯或者以繞組的方式來形成環形回路，保證高頻變壓器的漏感磁場泄露到外部空間。在高頻應用的過程中，如果樓磁場過強，會很容易在輸入端與輸出端形成閉合回路，從而造成EMI測試結果不準確。在利用外部屏蔽設計方案時，由于屏蔽層內部會存在電流，所以相反的磁場會相互抵消，有效解決高頻變壓器漏磁場的問題。

2 屏蔽方式與屏蔽設計

2.1 屏蔽方式

高頻變壓器屏蔽層設計的過程包括3個部分，分別是磁路、磁路繞組以及屏蔽罩，為了避免飛弧所以應該利用空氣間隙以及環氧樹脂來增加屏蔽層的整體厚度。

在設計的過程中，通過緊靠高頻變壓器繞組的方式能夠在電氣特性上形成連續屏蔽環路，并且要與繞組之間保持足夠的設計距離，能夠有效避免屏蔽層內部電解質被擊穿，保護高壓變頻器的正常運轉。為了能夠保證高頻變壓器的屏蔽效果和屏蔽質量，可以在基礎結構上改變整體的屏蔽環尺寸以及設計方案，保證屏蔽層的散熱效果。

2.2 屏蔽設計

一般來說在電磁場周圍產生的干擾可以利用磁屏蔽、磁隔離、轉移元件等方式對干擾信號進行消除，通過導磁材料的轉移能夠比其他材料的轉移效果更明顯，所以在高頻變壓器屏蔽層設計的過程中通常會采用高磁導率的磁性材料來進行制作。

屏蔽效果必須要根據設備或者元器件屏蔽程度的需求進行分析，在屏蔽后屏蔽磁場的強度、衰減率以及衰減量也會根據材料的磁導率厚度以及屏蔽罩尺寸的不同而發生變化。由于高磁導率的材料要遠遠超過低磁導率材料的價格，所以在屏蔽材料選擇的時候除了需要針對磁導率材料的屏蔽效果進行分析，更主要的還是要根據經濟成本進行判斷。如果單層高磁導率材料的屏蔽效果與多層低磁導率材料的屏蔽效果相同，可以采用厚度薄的高磁導率材料，進一步降低經濟成本。

3 高頻變壓器中屏蔽層的應用

在高頻變壓器屏蔽層設計完成之后必須要注意以下幾個方面，保證應用的效果。

首先對于高頻變壓器內部屏蔽層來說，最主要的功能并不是屏蔽漏磁，而主要是屏蔽初級和次級高頻電場信號，所以高頻變壓器屏蔽層主要的功能在于連接到安靜的電位上，保證原邊地線的連接效果，也能夠保證高壓端的連接效果。

銅箔屏蔽如果切斷初級和次級雜散電容的路徑，則會形成電容，在繞組屏蔽切斷初級電泳路徑的過程中由于繞組匝數的不同，導致對于繞向和位置的效果會產生非常明顯的差別。

在運用銅箔作為內屏蔽層時能夠有不同的連接方式，首先0.9 t可以杜絕首尾端搭接形成的短路問題，而1.1 t則能夠有效地增強屏蔽效果，所以銅箔的厚度一般在0.05 mm左右，寬度則應該小于初級繞組的寬度。通過這樣的設計方式能夠保證屏蔽層兩端不會發生短路的情況。在生產的過程中銅箔兩端必須要利用絕緣膠帶進行絕緣處理，在運用繞組作為內屏蔽的過程中必須要采用0.1 mm～0.3 mm漆包線進行細致的纏繞，并且利用絕緣膠帶固定收頭位置，可以增強屏蔽層的絕緣效果。

在設計屏蔽罩的過程中，由于屏蔽材料的衰減必須根據磁場強度進行測量才能夠得出數據，所以必須要選擇最合適的屏蔽罩。通常來說，長方形、圓柱體矩形、球體等屏蔽罩的形狀最常見。在設計屏蔽罩時必須要確定磁通密度值，因為屏蔽材料的分布屬于非線關系。如果強度比較高或者是最靠近磁場的這一層材料應該要選擇多層材料進行制作，而次級材料則應該采用高磁導率的材料。

在屏蔽罩對屏蔽目標無法實現屏蔽的時候，可以利用平板插入屏蔽層之間，如果平板高度與寬度要大于屏蔽物的尺寸則可以利用封閉雜散磁場。一般來說，利用金屬板作為屏蔽材料時能夠更加的簡單，因為這種屏蔽材料非常適用于手工成型。如果在批量生產的過程中采用機械制造的方法，可以選用比較厚的材料，但是在材料選擇時，要注意任何強力的機械作業都會對材料產生應力，導致材料的使用性能下降。在低頻（600 Hz左右）狀態，屏蔽罩的長度對直徑的比率大于3時，把屏蔽材料的厚度從0.014增厚至0.050，則屏蔽效果增強；如果比率低于3，增加材料厚度至0.025時，則影響磁場衰減的程度很小。

最后在變壓器的外部屏蔽過程中，也應該采用首尾聯焊的方式進行設計。這樣的設計方式可以保證外部屏蔽既可以不接地線，也可以接初級地線。如果不接地線的設計則屏蔽材料必須要直接與磁芯相接處，保證幅寬與初級繞組之間的距離。如果要接初級地線時則必須利用兩層絕緣膠帶將產品的磁芯和外層繞組進行包覆，利用繞組屏蔽層的方式提高繞組之間的安全距離。

4 結論

通過該文針對高頻變壓器屏蔽層的設計與應用進行分析，首先明確高頻變壓器產生噪聲干擾的主要原因，一方面是因為開關內部電源引線產生的雜散電感，另一方面就是高頻變壓器設備特性產生的噪聲。在設計高頻變壓器屏蔽層的過程中，必須要科學合理地選擇屏蔽方式和屏蔽設計類型保證屏蔽材料既滿足屏蔽的效果，又能夠減少經濟成本。最后在高頻變壓器屏蔽層應用過程中，必須要注意3個方面，通過科學合理的方式來保證屏蔽層的應用水平。

參考文獻

[1]陳舉龍.具有高共模瞬態抑制的片上變壓器設計與研究[D].成都：電子科技大學，2018.