一种用于变压器的双层屏蔽结构及其应用制造技术

本发明专利技术涉及一种用于变压器的双层屏蔽结构及其应用，所述双层屏蔽结构包括平行设置的两层金属屏蔽体，两金属屏蔽体之间设有介质层，通过改变两金属屏蔽体之间的距离、介质层的介电常数以及两金属屏蔽体的正对面积，来改变两金属屏蔽体的等效电容。将所述双层屏蔽结构设置于磁芯内部或包覆于磁芯外部，以屏蔽电磁干扰。该双层屏蔽结构可以有效减小变压器的共模噪声，减小磁性元件对大地的共模噪声及其电磁辐射特性，有效降低传导及辐射EMI噪声。

【技术实现步骤摘要】
一种用于变压器的双层屏蔽结构及其应用
本专利技术属于变压器领域，具体涉及一种用于变压器的双层屏蔽结构及其应用。
技术介绍
隔离型开关电源中变压器的共模EMI特性是影响其电磁兼容特性的关键参数。尤其是随着SiC器件及电力电子宽禁带器件的出现及普及，开关电源的开关频率及其谐振进一步提高，变压器的共模EMI特性直接决定着开关电源电磁兼容特性的好坏。为了减小变压器的共模噪声，一般在变压器的原边与副边之间添加一层金属屏蔽体或在变压器的绕组外面及磁芯外添加一层金属屏蔽体，希望能减小由变压器原边到副边的共模噪声及磁性元件对大地的共模噪声。但这些方法在某些应用场合可以减小共模噪声，有些不能减小甚至会恶化其传导或辐射的EMI噪声。在变压器的绕组中设置单层屏蔽如图1(a)所示，在原边绕组层与副边绕组层之间添加一层金属屏蔽体，同时如若变压器为降压变压器时将铜箔与原边绕组的静电位连接在一起，若为升压变压器时将屏蔽体与副边静电位相连接。此方式可以屏蔽一边绕组的共模噪声，对另一绕组的共模噪声屏蔽无效果。在变压器的最外层绕组设置单层屏蔽如图1(b)所示，将屏蔽体与最外层绕组的静电位相连接，这样可以屏蔽绕组与磁芯之间的电位跳动，使得变压器磁芯对外辐射减小，但对于变压器原副边之间的共模噪声无屏蔽效果。在变压器的磁芯外添加单层屏蔽体如图1(c)所示，当绕组使用三明治绕法时，在变压器的磁芯表面包裹一层导电铜箔，且铜箔与磁芯绕组的最外层绕组静电位相连接，使得磁芯上的电场无法向外辐射，但这种屏蔽方式无法对原副边之间的共模噪声进行有效的屏蔽。如图1(d)所示，通过在变压器绕组中添加部分屏蔽绕组，调节屏蔽绕组的高度，可以使得副边的感应电荷最小，从而减小原副边之间的共模噪声，但在高频段时，原副边电压不满足匝比，因此已经固定的结构无法屏蔽高频共模噪声的作用。上述金属屏蔽体均为单层屏蔽结构。变压器一般具有来自原边及副边的噪声源。结构1可以屏蔽原边到副边的噪声，但不能屏蔽副边到副边的噪声。结构2和结构3可以减小磁性元件对外所产生的电磁辐射，但会恶化变压器原边至副边的噪声。结构4在低频段可以有效屏蔽变压器原边至副边及副边至原边的共模噪声，但在高频段由于变压器原副边的电压不满足匝比，因而不具有屏蔽效果。这主要原因是现有的屏蔽体仅具有单层结构，不能完全屏蔽来自原边及副边的噪声。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于变压器的双层屏蔽结构及其应用，该双层屏蔽结构可以有效减小变压器的共模噪声，减小磁性元件对大地的共模噪声及其电磁辐射特性，有效降低传导及辐射EMI噪声。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种用于变压器的双层屏蔽结构，包括平行设置的两层金属屏蔽体，两金属屏蔽体之间设有介质层，通过改变两金属屏蔽体之间的距离、介质层的介电常数以及两金属屏蔽体的正对面积，来改变两金属屏蔽体的等效电容。进一步地，将所述双层屏蔽结构应用于变压器，所述变压器包括具有中柱的磁芯和两个功率绕组，磁芯中柱往外依次设置第一功率绕组和第二功率绕组，当第一功率绕组为原边绕组时第二功率绕组为副边绕组，当第一功率绕组为副边绕组时第二功率绕组为原边绕组；所述双层屏蔽结构设置于磁芯内部或包覆于磁芯外部，以屏蔽电磁干扰。进一步地，所述双层屏蔽结构设置于磁芯内第二功率绕组外侧，其接线方法为：靠内的第一金属屏蔽体接第二功率绕组所对应的母线电压正极或者负极，靠外的第二金属屏蔽体接第一功率绕组所对应的母线电压正极或者负极；或者第一金属屏蔽体接第二功率绕组与电路开关管的连接点，第二金属屏蔽体接第一功率绕组所对应的母线电压正极或者负极；通过调节两金属屏蔽体之间的距离、改变介质层的介电常数以及改变两金属屏蔽体的正对面积，来改善开关电源EMI特性。进一步地，所述双层屏蔽结构设置于磁芯内第一功率绕组与第二功率绕组之间，其接线方法为：靠内的第一金属屏蔽体接第一功率绕组所对应的母线电压正极或负极，靠外的第二金属屏蔽体接第二功率绕组所对应的母线电压正极或负极；或者第一金属屏蔽体接第一功率绕组与电路开关管的连接点，第二金属屏蔽体接第二功率绕组所对应的母线电压正极或者负极；或者第一金属屏蔽体接第一功率绕组所对应的母线电压正极或者负极，第二金属屏蔽体接第二功率绕组与电路开关管的连接点；通过调节两金属屏蔽体之间的距离、改变介质层的介电常数以及改变两金属屏蔽体的正对面积，来改善开关电源EMI特性。进一步地，所述双层屏蔽结构设置于磁芯内第一功率绕组内侧，其接线方法为：靠内的第一金属屏蔽体接第二功率绕组所对应的母线电压正极或负极，靠外的第二金属屏蔽体接第一功率绕组所对应的母线电压正极或负极；或者第一金属屏蔽体接第二功率绕组所对应的母线电压正极或负极，第二金属屏蔽体接第一功率绕组与主电路开关管连接点；通过调节两金属屏蔽体之间的距离、改变介质层的介电常数以及改变两金属屏蔽体的正对面积，来改善开关电源EMI特性。进一步地，所述双层屏蔽结构包覆于磁芯外部表面，其接线方法为：靠内的第一金属屏蔽体接第二功率绕组所对应的母线电压正极或负极，靠外的第二金属屏蔽体接第一功率绕组所对应的母线电压正极或负极；或者第一金属屏蔽体接第一功率绕组所对应的母线电压正极或负极，第二金属屏蔽体接第二功率绕组所对应的母线电压正极或负极；或者第一金属屏蔽体接第二功率绕组与电路开关管的连接点，第二金属屏蔽体接第一功率绕组所对应的母线电压正极或负极；或者第一金属屏蔽体接第一功率绕组与电路开关管的连接点，第二金属屏蔽体接第二功率绕组所对应的母线电压正极或负极；通过调节两金属屏蔽体之间的距离、改变介质层的介电常数以及改变两金属屏蔽体的正对面积，来改善开关电源EMI特性。进一步地，将所述双层屏蔽结构应用于变压器，所述变压器包括具有中柱的磁芯和三个功率绕组，磁芯中柱往外依次设置第一功率绕组、第二功率绕组和第三功率绕组，当第一功率绕组和第三功率绕组为原边绕组时第二功率绕组为副边绕组，当第一功率绕组和第三功率绕组为副边绕组时第二功率绕组为原边绕组；所述双层屏蔽结构设置于磁芯内部或包覆于磁芯外部，以屏蔽电磁干扰。进一步地，所述双层屏蔽结构设置于磁芯内第三功率绕组外侧，其接线方法为：靠内的第一金属屏蔽体接第三功率绕组所对应的母线电压正极或者负极，靠外的第二金属屏蔽体接第二功率绕组所对应的母线电压正极或者负极；或者第一金属屏蔽体接第三功率绕组与电路开关管的连接点，第二金属屏蔽体接第二功率绕组所对应的母线电压正极或者负极；通过调节两金属屏蔽体之间的距离、改变介质层的介电常数以及改变两金属屏蔽体的正对面积，来改善开关电源EMI特性。进一步地，所述双层屏蔽结构同时设置于磁芯内第一功率绕组与第二功率绕组之间以及第二功率绕组与第三功率绕组之间，其有三种接线方法：1）设置于第一功率绕组与第二功率绕组之间的双层屏蔽结构按如下方法接线：靠内的第一金属屏蔽体接第一功率绕组所对应的母线电压正极或负极，靠外的第二金属屏蔽体接第二功率绕组所对应的母线电压正极或负极；设置于第二功率绕组与第三功率绕组之间的双层屏蔽结构按如下方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于变压器的双层屏蔽结构，其特征在于，包括平行设置的两层金属屏蔽体，两金属屏蔽体之间设有介质层，通过改变两金属屏蔽体之间的距离、介质层的介电常数以及两金属屏蔽体的正对面积，来改变两金属屏蔽体的等效电容。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于变压器的双层屏蔽结构，其特征在于，包括平行设置的两层金属屏蔽体，两金属屏蔽体之间设有介质层，通过改变两金属屏蔽体之间的距离、介质层的介电常数以及两金属屏蔽体的正对面积，来改变两金属屏蔽体的等效电容。


2.根据权利要求1所述的双层屏蔽结构的应用，其特征在于，将所述双层屏蔽结构应用于变压器，所述变压器包括具有中柱的磁芯和两个功率绕组，磁芯中柱往外依次设置第一功率绕组和第二功率绕组，当第一功率绕组为原边绕组时第二功率绕组为副边绕组，当第一功率绕组为副边绕组时第二功率绕组为原边绕组；所述双层屏蔽结构设置于磁芯内部或包覆于磁芯外部，以屏蔽电磁干扰。


3.根据权利要求2所述的双层屏蔽结构的应用，其特征在于，所述双层屏蔽结构设置于磁芯内第二功率绕组外侧，其接线方法为：靠内的第一金属屏蔽体接第二功率绕组所对应的母线电压正极或者负极，靠外的第二金属屏蔽体接第一功率绕组所对应的母线电压正极或者负极；或者第一金属屏蔽体接第二功率绕组与电路开关管的连接点，第二金属屏蔽体接第一功率绕组所对应的母线电压正极或者负极；通过调节两金属屏蔽体之间的距离、改变介质层的介电常数以及改变两金属屏蔽体的正对面积，来改善开关电源EMI特性。


4.根据权利要求2所述的双层屏蔽结构的应用，其特征在于，所述双层屏蔽结构设置于磁芯内第一功率绕组与第二功率绕组之间，其接线方法为：靠内的第一金属屏蔽体接第一功率绕组所对应的母线电压正极或负极，靠外的第二金属屏蔽体接第二功率绕组所对应的母线电压正极或负极；或者第一金属屏蔽体接第一功率绕组与电路开关管的连接点，第二金属屏蔽体接第二功率绕组所对应的母线电压正极或者负极；或者第一金属屏蔽体接第一功率绕组所对应的母线电压正极或者负极，第二金属屏蔽体接第二功率绕组与电路开关管的连接点；通过调节两金属屏蔽体之间的距离、改变介质层的介电常数以及改变两金属屏蔽体的正对面积，来改善开关电源EMI特性。


5.根据权利要求2所述的双层屏蔽结构的应用，其特征在于，所述双层屏蔽结构设置于磁芯内第一功率绕组内侧，其接线方法为：靠内的第一金属屏蔽体接第二功率绕组所对应的母线电压正极或负极，靠外的第二金属屏蔽体接第一功率绕组所对应的母线电压正极或负极；或者第一金属屏蔽体接第二功率绕组所对应的母线电压正极或负极，第二金属屏蔽体接第一功率绕组与主电路开关管连接点；通过调节两金属屏蔽体之间的距离、改变介质层的介电常数以及改变两金属屏蔽体的正对面积，来改善开关电源EMI特性。


6.根据权利要求2所述的双层屏蔽结构的应用，其特征在于，所述双层屏蔽结构包覆于磁芯外部表面，其接线方法为：靠内的第一金属屏蔽体接第二功率绕组所对应的母线电压正极或负极，靠外的第二金属屏蔽体接第一功率绕组所对应的母线电压正极或负极；或者第一金属屏蔽体接第一功率绕组所对应的母线电压正极或负极，第二金属屏蔽体接第二功率绕组所对应的母线电压正极或负极；或者第一金属屏蔽体接第二功率绕组与电路开关管的连接点，第二金属屏蔽体接第一功率绕组所对应的母线电压正极或负极；或者第一金属屏蔽体接第一功率绕组与电路开关管的连接点，第二金属屏蔽体接第二功率绕组所对应的母线电压正极或负极；通过调节两金属屏蔽体之间的距离、改变介质层的介电常数以及改变两金属屏蔽体的正对面积，来改善开关电源EMI特性。


7.根据权利要求1所述的双层屏蔽...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆彬，龙旭嘉，陈为，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35