隔离型变换器共模传导干扰的屏蔽-无源对消复合抑制技术研究

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隔离型变换器具有电气隔离的优点,已得到广泛应用。由于开关管工作在开关模式,隔离变换器中存在电位高频跳变的节点,由此引起共模传导干扰。抑制隔离型变换器的原始共模传导干扰,可以减小共模EMI滤波器的体积和重量,从而提高其功率密度。本文研究抑制隔离型变换器原始共模传导干扰的屏蔽-无源对消复合技术。
  在隔离型变换器中,共模传导干扰的主要路径有两条,一条是变压器原副边绕组之间的分布电容,另一条是原边电路中电位高频跳变的节点到安全地的寄生电容。变压器屏蔽技术是抑制隔离型变换器中变压器原副边绕组之间分布电容引起的共模传导干扰的常用方法。本文介绍了现有屏蔽技术的基本原理及其局限性。本文在单层屏蔽技术的基础上,提出了抬升屏蔽层电位的方法,使屏蔽层与相邻副边绕组的平均电位相等,从而消除流过屏蔽层到相邻副边绕组的位移电流。屏蔽层电位的抬升通过增加一个辅助绕组来实现,并根据平均电位相等的原则,给出了辅助绕组匝数计算方法和屏蔽层与辅助绕组的连接点的计算方法。
  进一步地,本文提出屏蔽-无源对消复合技术,将屏蔽层的辅助绕组复用为无源对消绕组,并将其通过补偿电容接入安全地。通过选择合适的补偿电容容值,使补偿电流与原边电路中高频跳变的节点产生的位移电流大小相等方向相反,从而抑制原边电路中高频跳变的节点引起的共模传导干扰。本文给出了屏蔽-无源对消复合技术在基本隔离型变换器中的实现方式。
  最后在实验室搭建了一台1kW的半桥LLC谐振变换器样机,对所提出的基于屏蔽层电位抬升的屏蔽技术和屏蔽-无源对消复合技术进行实验验证。实验结果表明,与单层屏蔽技术相比,基于屏蔽层电位抬升的屏蔽技术具有更好的共模干扰抑制效果,而且屏蔽-无源对消复合技术可以进一步抑制共模干扰。
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