变压器对EMI的关系

如何通过工艺来抑制变压器中的EMI干扰

类型：市场研究发布人：七年之痒发布日期： 2006-10-10 17:03:51

摘要：一.变压器与EMI的关系系统设计工程师解决棘手的EMI问题时，很多时候都未能认真地研究变压器的设计。变压器与EMI之间有如下的关系。

1.由于变压器的线圈带有高频电流，因此变压器实际上已成为接收磁

一.变压器与EMI的关系

系统设计工程师解决棘手的EMI问题时，很多时候都未能认真地研究变压器的设计。变压器与EMI之间有如下的关系。

1.由于变压器的线圈带有高频电流，因此变压器实际上已成为接收磁场的天线。这些磁场会冲击附近的走线，并通过这些走线将磁场传导或辐射到密封的范围以外。

2.由于部分线圈有交流电压，因此实际上它们也成为接收电磁场的天线。

3.初级及次级线圈之间的寄生电容可以将噪声传送到绝缘层之外。由于次级线圈的接地通常都与底板连在一起，因此这些噪声又会通过这个接地面传送回来，成为共模噪声。我们为了减少泄漏电感，往往将初级及次级线圈紧靠在一起，但这样也会增加线圈的互感，从而增加共模噪声。

下面介绍一些有助于防止上述干扰情况出现的变压器工艺技术。

1.符合安全规格的变压器都在初级及次级线圈之间贴上三层符合安全规格的聚酯 (Mylar) 胶带。除了这三层聚酯胶带之外，可能还会另外加插一片法拉第屏蔽铜片，以便将汇集在绝缘边界的噪声电流收集在一起，并将这些噪声电流分流到别的地方 (通常会传送到初级线圈的接地)。值得留意的一点是，应该采用极薄的铜片作为屏蔽，以免因出现涡流而产生损耗，并确保可减少泄漏电感。这片铜片一般厚 0.05-0.1mm。法拉第铜带环绕绕组中央一周并用一条导线焊接在铜片中心或顶端的附近，从PIN 引出连接初级线圈的接地端。这里要注意，铜片屏蔽的两端不应该有电导性能上的连接，因为对于变压器来说，这样会令这一绕圈短路。也可以在次级线圈上 (即加了三层绝缘之后) 再加设一个法拉第屏蔽，而这个屏蔽则与次级线圈接地连在一起。

2.

通常变压器的外围也会有一层铜片屏蔽(即“磁通带”)包围着。这个屏蔽主要用以遮挡辐射。低成本的设计通常会任由这个屏蔽悬空，但如有需要，这个屏蔽也可与次级线圈接地连在一起。如果按照这个方式连在一起，便需要考虑一些安全方面的问题，例如加强初级及次级线圈之间绝缘效果的规定问题，以及如何规定初级至次级线圈之间的爬电距离及间隙问题。如果变压器的外盘设有空气隙，源自空气隙的周边磁通会在磁通带产生严重的涡流损耗。因此这个屏蔽带的厚度通常也只有 0.05—0.1mm。需要注意，这个磁通带的两端可以而且应该焊接在一起，因为这是外层屏蔽，无论怎样也不会让变压器的绕线出现短路情况。但像拉法第屏蔽一样，如果采用良好的绕线技术，这个外层屏蔽也可以不用。

3.

从电磁干扰的观点来看，反激变压器最好采用磁芯中柱开气隙的设计，即变压器的外盘并无间隙。否则外柱无屏蔽的空气隙会在周边产生电磁场，换言之，会产生大量EMI信号。这些干扰除了会导致磁通带产生大量涡流损耗之外，也会成为强力的辐射源。

4.

初级线圈通常会设有一个辅助线圈，为控制器及相关电路提供低干线电压。辅助线圈的其中一端与初级线圈接地连在一起。只在辅助线圈的线轴上绕一层线，而且利用一个

22pF~100pF 的小型陶瓷电容器，再利用交流电将辅助线圈的另一端 (即二极管的一端) 与初级线圈接地耦合在一起，以确保辅助线圈可以收集及转移更多噪声，如果依照以上所说进行，辅助线圈便可提供多一个屏蔽 (虽然这是一个粗糙的法拉第屏蔽)。但实际上也可以采用不需要提供任何电流的法拉第线圈。既可以采用细线以较疏的间距绕线圈，线的一端连接初级线圈接地，而另一端的 22 pF 小型电容器则直接接地。

5.

由于场效应晶体管的漏极产生摆动电压，因此最好将初级线圈的这一端尽量埋藏在最底的一层，即起绕点接漏极。这样外层绕线便可将来自这层的电磁场屏蔽。这个线圈的漏极端绝对不应放在靠近“安全屏蔽”(三层胶带) 的位置。闯进来的噪声电流与寄生电容器两块铜片之间的净 dV/dt 成正比。若大幅降低电容，便会对泄漏电阻造成不利的影响，因此应该尽量减低这个电容器的净 dV/dt 值。

6.通过变压器的结构框图和电原理图可以看出，任何线圈的首尾两端都有特别的标示。开始的一端全部用黑点标示出来。以典型的生产流程来说，绕线机每一次绕线都采用同样的旋转方向，所以所有开始端 (以黑点标出的一端) 都有同样的磁性性能(因此如果某一黑点处于高位，其它黑点也同时处于高位，)。若细心留意其中的真实距离，便会发现某一线圈的每一黑点端都很靠近下一线圈的无黑点端。

换言之，以反激变压器来说，次级线圈的二极管端一定靠近安全屏蔽。因此虽然次级线圈会产生一部分 dV/dt ，但初级线圈只有极小的 dV/dt，令屏蔽两边只产生极小的净dV/dt。这个 dV/dt 值会比初级线圈漏极靠近安全屏蔽的数值小得多。若变压器线圈的绕线方式有错，即首尾两端以反方向绕线，便会出现初级线圈漏极靠近安全屏蔽的情况。若采用这种设计，便会有大量的共模噪声直接闯入底板/接地。

反激变压器有它的优点，那就是次级线圈的无噪声端 (接地) 属于最外层。这一层形成一个很好的屏蔽，因此可以无需采用铜片屏蔽环绕该线圈。但由于正激变压器的次级线圈极性安排和反激变压器正好相反,如果按照固定的绕线方式绕线的话,这个次级线圈的无噪声端(接地) 在底层了.所以其最外层已不再属于无噪声区，而且可能会有辐射问题出现。在这样的情况下的外层辐射问题解决方法是:要求制造商将次级线圈(只限于次级线圈) 的绕线方向反过来。例如，绕线机一直按照顺时针方向进行绕线，

但到次级线圈时，可以按反时针方向绕线。若按照这个方式绕线，以上所说有关回扫变压器的运作原理也适用于正向转换变压器，令转换器的外层在没有屏蔽时也不会受辐射干扰。

正向转换变压器并无空气隙，即使有，这个空间也很窄小，因此它是低噪声变压器。此外，也可按照邻近效应的分析，将线圈交错排列，以便大幅减少能产生泄漏磁通及EMI的磁力。

7.将晶体管安装在底板之上时，可以尝试将散热片的电容感生电流消除。办法是采用另一线圈，其匝数与主线圈相同，但相位相反，而线圈的绕线可以更为细小。

棒式电感器经常用于输出端的滤波后LC 级。由于这些电感器采用开放式结构，因此一直称为“电磁干扰大炮”。由于这类棒式电感器成本较低，而且占用较少电路板空间，因此至今仍然有人使用。但它们应垂直放置，若两条棒式电感器同样用于某一输出，则应该采用相同的绕线方式将绕线绕在两条棒上，然后将印刷电路板的设计稍加修改配合，使两条棒的电流以截然相反的方向流动。这样有助于将某一电感器的磁通直接耦合到另一电感器，确保不会有太多磁通溢出。