一种多绕组交叠绕法高频变压器的屏蔽绕组多点接地共模噪声消除方法技术

本发明专利技术公开了一种多绕组交叠绕法高频变压器的屏蔽绕组多点接地共模噪声消除方法，其步骤为：对隔离型功率变换器系统中的以交叠式绕法绕制的多绕组高频变压器中的相邻的仅通过磁耦合的线圈间添加多点接地的屏蔽绕组，通过消除多绕组变压器绕组间寄生电流来消除隔离型功率变换器系统的共模噪声；其中，所述屏蔽绕组分为两组，两组分别进行绕制与接地处理。本发明专利技术通过添加多点接地的屏蔽绕组，对交叠绕制的多绕组变压器绕组间寄生电流实现了有效消除。该方法解决了功率变换器系统中高频变压器传递共模噪声的危害，使得输入、输出线缆端接收的共模噪声信号大幅度减弱，显著削弱了功率变换器系统线缆共模噪声的电磁辐射干扰。

A method of eliminating common mode noise of shield winding multi-point grounding in high frequency transformer

【技术实现步骤摘要】
一种多绕组交叠绕法高频变压器的屏蔽绕组多点接地共模噪声消除方法
本专利技术属于功率变换器噪声抑制领域，特别涉及一种对高频变压器添加多点接地屏蔽绕组的共模噪声消除技术。
技术介绍
在功率变换器系统中，高频开断操作的开关器件对系统造成了大量高频噪声信号干扰。共模噪声信号是由噪声源通过电压突变点对保护地的寄生电容传递的高频噪声信号。在隔离型功率变换器系统中，高频变压器通常被广泛用于实现输入输出端的电隔离。变压器绕组耦合度高有助于减少变压器漏感，从而提高功率变换器系统的效率、可靠性。这种做法显著增加了变压器的绕组间寄生电容，绕组上的脉动电压信号在寄生电容造成了较大的位移电流。对多端输出的功率变换器系统，位移电流由电压相对较高的绕组流向电压相对较低的，最终流入保护地，造成共模干扰。目前消除隔离型功率变换器系统共模噪声的方法有三类，即减少噪声源谐波含量、屏蔽噪声电流、引入异相位移电流。其中对变压器位移电流进行屏蔽的方法因其易于实现、成本低廉的特点而被广泛应用。目前采用屏蔽绕组单点接地的方法无法有效解决屏蔽绕组接地侧的共模噪声回流问题，具有一定的缺陷。本专利技术提出新型的针对多绕组交叠绕法高频变压器的屏蔽绕组多点接地共模噪声消除方法，有效解决了该问题，从而减少了隔离型功率变换器系统的共模噪声干扰，改善其EMC特性。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本专利技术的目的是提供一种多绕组交叠绕法高频变压器的屏蔽绕组多点接地共模噪声消除方法，以消除功率变换器系统共模噪声干扰。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种多绕组交叠绕法高频变压器的屏蔽绕组多点接地共模噪声消除方法，其步骤为：对隔离型功率变换器系统中的以交叠式绕法绕制的多绕组高频变压器中的相邻的仅通过磁耦合的线圈间添加多点接地的屏蔽绕组，通过消除多绕组变压器绕组间寄生电流来消除隔离型功率变换器系统的共模噪声；其中，所述屏蔽绕组分为两组，两组分别进行绕制与接地处理。所述屏蔽绕组的绕制与接地设置如下：接近磁芯柱的屏蔽绕组绕线方向、匝数与远离磁芯柱的工作绕组相同，该屏蔽绕组一端经绝缘处理后开路，一端接入接近磁芯柱的工作绕组对应的信号地；远离磁芯柱的屏蔽绕组绕线方向、匝数与接近磁芯柱的工作绕组相同，该屏蔽绕组一端经绝缘处理后开路，另一端接入远离磁芯柱的工作绕组对应的信号地。对于接近磁芯柱的屏蔽绕组，其分布电压同接近磁芯柱的工作绕组的分布电压幅值、相位均相同；对于远离磁芯柱的屏蔽绕组，其分步电压同远离磁芯柱的工作绕组的分布电压幅值、相位均相同。有益效果：本专利技术通过对系统共模噪声回路的分析，确定高频变压器绕组间寄生电容是影响EMC特性的主要寄生参数。本专利技术对多绕组交叠绕法的高频变压器，提出了多点接地的共模噪声消除技术(Multi-pointGroundingNoiseCancellation,MGNC)。该方法针对高频变压器通过磁耦合的相邻绕组添加多点接地的屏蔽绕组，对共模噪声有一定程度的抑制与消除作用，从而优化系统EMC特性。本专利技术解决了在不改变功率变换器系统布局及电路主要元件参数，同时不添加共模滤波装置的情况下，有效优化功率变换器系统EMC特性的方法。本专利技术通过添加多点接地的屏蔽绕组，对交叠绕制的多绕组变压器绕组间寄生电流实现了有效消除。该方法解决了功率变换器系统中高频变压器传递共模噪声的危害，使得输入、输出线缆端接收的共模噪声信号大幅度减弱，显著削弱了功率变换器系统线缆共模噪声的电磁辐射干扰。同时显著扩大了屏蔽绕组用于功率变换器系统噪声抑制的适用性。附图说明图1为共模噪声消除原理图；图2为多绕组交叠式高频变压器侧剖图；图3屏蔽绕组多点接地等效示意图；图4为绕组分布电压图；图5为共模噪声路径简化图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。本专利技术的一种多绕组交叠绕法高频变压器的屏蔽绕组多点接地共模噪声消除方法是基于消除变压器绕组间位移电流来抑制隔离型功率变换器系统共模噪声的方法。以多端输出反激变换器为例，图1为反激变换器共模噪声路径。其中共模噪声源为原边的MOSFET开关管Q电压、副边的二极管Ds1、Ds2...Dsn电压。D1、D2、D3、D4为原边整流二极管，Cin为原边储能电容，Cpsn为副边绕组Wn与原边绕组W0间的绕组间寄生电容，Cn、RLn分别为输出储能电容与负载，其余各元件及线缆对地杂散电容未作标识。假定Cpsn上流过由原边向副边流动的位移电流ipsn与由副边向原边流动的位移电流ispn，则其中LISN测量得到的共模电流iCM与绕组间位移电流ipsn、ispn的关系为：根据式(1)，消除变压器绕组间位移电流ipsn和ispn，可以有效抑制功率变换器系统共模噪声。如图2所示为多绕组交叠式高频变压器侧剖图，A部分是变压器磁芯，B部分为工作绕组，C部分为屏蔽绕组，虚线为变压器中心对称线。其中Wn为远离磁芯柱的第n+1个工作绕组，Wshn为添加在Wn和Wn-1间的屏蔽绕组。屏蔽绕组Wshn分为两部分，其中远离磁芯柱的一部分屏蔽绕组一端空置，一端接Wn-1绕组的信号地；接近磁芯柱的一部分屏蔽绕组一端空置，一端接Wn然偶的信号地。从图1中可以看出，消除变压器绕组间分布电压具体为：其中，Ushn(l,t)为距离磁芯柱第n屏蔽绕组中靠近磁芯柱的屏蔽层线圈上的电压分布，U′shn(l,t)为距离磁芯柱第n屏蔽绕组中远离磁芯柱的屏蔽层线圈上的电压分布；Un(t)为第n+1层工作绕组在共模回路中接信号地的端口的电压，U′n(t)为该层工作绕组的另一侧端口的电压，Ln为该层工作绕组总绕线长度；l为绕组线圈从接地侧端口计起的绕线长度；T表示转置矩阵；对工作绕组，其上电压分布为：其中，Un(l,t)为第n+1层工作绕组在线圈长度为l处的分布电压。如图3，屏蔽绕组的接地方式为单端开路，一端接相应工作绕组的信号地，对多端输出、交叠式绕制的功率变换器系统，其满足：Un(t)＝Un-1(t)(4)即功率变换器系统满足变压器原副边信号地为静电势点。满足要求的多端输出功率变换器拓扑为反激式、前馈式、推挽式、半桥式。对屏蔽绕组与工作绕组，其电压分布满足：即本专利技术实现了屏蔽绕组的电压调制，图4给出了相邻工作绕组与屏蔽绕组的电压分布图，屏蔽绕组其与相邻工作绕组电压一致。如图4，对绕组长度l＝l0处，第n层屏蔽绕组与相邻工作绕组位移电流为:其中Cps0、C′ps0为单位长度线圈在该绕制方法下的单位分布寄生电容，ishn(l0,t)、i′shn(l0,t)为单位分布寄生电容产生的屏蔽绕组与工作绕组间的位移电流。第n层屏蔽绕组与相邻工作绕组总位移电流为：将式(6)代入本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多绕组交叠绕法高频变压器的屏蔽绕组多点接地共模噪声消除方法，其特征在于：其步骤为：对隔离型功率变换器系统中的以交叠式绕法绕制的多绕组高频变压器中的相邻的仅通过磁耦合的线圈间添加多点接地的屏蔽绕组，通过消除多绕组变压器绕组间寄生电流来消除隔离型功率变换器系统的共模噪声；其中，所述屏蔽绕组分为两组，两组分别进行绕制与接地处理。/n

【技术特征摘要】
1.一种多绕组交叠绕法高频变压器的屏蔽绕组多点接地共模噪声消除方法，其特征在于：其步骤为：对隔离型功率变换器系统中的以交叠式绕法绕制的多绕组高频变压器中的相邻的仅通过磁耦合的线圈间添加多点接地的屏蔽绕组，通过消除多绕组变压器绕组间寄生电流来消除隔离型功率变换器系统的共模噪声；其中，所述屏蔽绕组分为两组，两组分别进行绕制与接地处理。


2.根据权利要求1所述的绕组交叠绕法高频变压器的屏蔽绕组多点接地共模噪声消除方法，其特征在于：所述屏蔽绕组的绕制与接地设置如下：接近磁芯柱的屏蔽绕组绕线方向、匝数与远离磁芯柱的工作绕组相同，该屏蔽绕组一端经绝缘处理后开路，一端接入接近磁芯柱的工作绕组对应的信号地；远离磁芯柱的屏蔽绕组绕线方向、匝数与接近磁芯柱的工作绕组相同，该屏蔽绕组一端经绝缘处理后开路，另一端接入远离磁芯柱的工作绕组对应的信号地。


3.根据权利要求2所述的绕组交叠绕法高频变压器的屏蔽绕组多点接地共模噪声消除方法，其特征在于：对于接近磁芯柱的屏蔽绕组，其分布电压同接近磁芯柱的工作绕组的分布电压幅值、相位均相同；对于远离磁芯柱的屏蔽绕组，其分步电压同远离磁芯柱的工作绕组的分布电压幅值、相位均相同。


4.根据权利要求1所述的绕组交叠绕法高频变压器的屏蔽绕组多点接地共模噪声消除方法，其特征在于：对添加在仅通过磁耦合的工作绕组间的屏蔽绕组，屏蔽绕组上的电压分布为：



其中，Ushn(l,t)为距离磁芯柱第n屏蔽绕组中靠近磁芯柱的屏蔽层线圈上的电压分布，U′shn(l,t)为距离磁芯柱第n屏蔽绕组中远离磁芯柱的屏蔽层线圈上的电压分布；Un(t)为第n+1层工作绕组在共模回路中接信号地的端口的电压，U′n(t)为该层工作绕组的另一侧端口的电压，Ln为该层工作绕组总绕线长度；l为绕组线...

【专利技术属性】
技术研发人员：梓骁，王世山，李正之，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32