梳状电场屏蔽体高频电磁场屏蔽特性分析与应用.pdf

第３２卷 第３期 电工 电能新 技 术 Ｖｏｌ.３２ꎬＮｏ.３ ２０１３年７月 Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｊｕｌｙ２０１３ 梳状电场屏蔽体高频电磁场屏蔽特性分析与应用 陈庆彬ꎬ 陈　 为 (福州大学电气工程与自动化学院ꎬ福建福州３５０１０８) 摘要:开关电源中常用铜箔对磁性元件进行屏蔽以减小磁件与大地之间的电场耦合从而减小传导 共模ＥＭＩ发射ꎮ 分析了传统全铜箔电场屏蔽体能有效屏蔽电场ꎬ但同时由于涡流效应也会影响高 频磁场的分布ꎬ从而带来额外的涡流损耗和磁件电磁参数的变化ꎬ因此不适用于功率变换器中某些 仅需要屏蔽电场但又不能屏蔽高频磁场的场合ꎮ 提出的梳状电场屏蔽体结构具有只屏蔽电场ꎬ而 不屏蔽高频磁场的特性ꎬ同时还能显著减低屏蔽体的临近效应涡流损耗ꎮ 通过仿真分析了梳状屏 蔽体结构参数对电场和高频磁场的影响ꎮ 最后结合梳状屏蔽体在ＬＬＣ 集成漏感变压器中的应用 验证了其实际有效性和可行性ꎮ 关键词:开关电源ꎻ磁性元件ꎻ电磁干扰ꎻ电场屏蔽ꎻ涡流效应 中图分类号:ＴＭ４６　 　 　 　 　 文献标识码:Ａ　 　 　 文章编号:１００３￣３０７６(２０１３)０３￣００７５￣０６ 漏磁场形成的漏感前者是作为ＬＬＣ 电路中的谐振 １　 引言 电感ꎬ后者是作为差模滤波器的差模电感ꎮ 若采用 电磁传导发射是各种电气设备ꎬ尤其是电力电 传统的箔状屏蔽体ꎬ由于金属屏蔽体上的涡流作用 子功率变换器满足电磁兼容规范的重要指标之一ꎮ 会使得原磁场减弱ꎬ减小了这两个器件的漏感ꎬ从而 电磁传导发射分为差模和共模发射两种方式ꎮ 共模 改变了其电气参数ꎮ 传导发射的电磁噪声主要是通过电路中具有电位变 化部分的导体或器件之间或与具有零电位的接地导 体之间的分布电容ꎬ形成感应电荷造成的ꎮ 共模传 导发射传导途径复杂ꎬ是最难处理的电磁兼容问 [１ꎬ２] 题 ꎮ 开关电源中的磁件因体积较大且与机壳距 离较近ꎬ其对地电场耦合成为了开关电源传导共模 [３￣６] 噪声的一个重要的耦合路径 ꎮ 目前降低或抑制 共模发射的最常用的方法就是采用法拉第屏蔽技 图１　 开关电源中利用漏感的典型集成磁性元件 术ꎬ也就是通过采用接地零电位的金属屏蔽导体来 Ｆｉｇ.１　 Ｔｙｐｉｃａｌ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ 屏蔽具有电位变化的电路导体或器件ꎬ以阻断造成 ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ ｌｅａｋａｇｅ ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ ｉｎ ＳＭＰＳ 对地电流的电场耦合通道ꎮ 另外由于电气设备中存在交流的高频磁场ꎬ为 对于电场屏蔽导体ꎬ为了保证屏蔽导体的等电 了降低高频磁场在屏蔽导体中产生的电磁感应涡流 位ꎬ均是采用导电率很高的金属材料ꎬ如铜箔ꎮ 但是 损耗ꎬ一般采用很薄的铜箔ꎬ由于变压器内部的磁场 由于高频下的电磁感应涡流效应ꎬ铜箔的引入会改 一般是与屏蔽铜箔的平面平行的ꎬ因此采用薄的铜 变原有的磁场分布特性ꎬ从而造成电磁元件的磁参 箔可以有效降低交流磁场在铜箔中引起的涡流损 数变化ꎬ影响性能ꎮ 如图１(ａ)的ＬＬＣ磁集成变压 [７ꎬ８] 耗[９ꎬ１０] ꎬ但是在高频(几百千赫兹)情况下ꎬ仍然会 器 或图１(ｂ)的共模