又大又粗弄得我出好多水

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    博眾達講述丨屏蔽技術在高頻變壓器中的應用有哪些?

    來源:博眾達    作者:博眾達    瀏覽 次     時間:2020-11-17 17:48

      供電電源系統采用的高頻變壓器和電感器,如陰極射線管(CRT)顯示器用的回掃變壓器,通常,其幅射磁場很強,但因為這種變壓器的工作頻率與CRT的行偏轉頻率一致,故其輻射磁場對視覺效果不會造成明顯的影響。然而,在一些超高分辨率的CRT顯示器中,由于行偏轉頻率隨著高速掃描而提高,電源變壓器的工作頻率不能與其保持一致,供電電源只能在比CRT掃描頻率低的某一頻率工作。這種情況下,即使電源的工作頻率完全與工作在CRT掃描頻率的某一諧波頻率相一致,電源變壓器的電磁輻射依然會對CRT顯示器的圖象造成明顯的干擾,使視覺效果變差,工作頻率越高,干擾越顯著。
     

      對高頻電源變壓器進行電磁屏蔽,多數設計成將變壓器整體地封閉在一個密封的金屬盒內,有時把驅動電路的部件也包括在內。采用這種屏蔽結構時,為防止在高壓繞組和金屬盒內之間可能產生的飛弧,兩者中間要留有足夠大的空隙。所以,這種屏蔽結構對電磁場的屏蔽效果是不理想的,同時還在CRT顯示器中占據相當大的空間。再一種屏蔽結構是將變壓器整體地灌封在具有高介電常數的絕緣材料中,形成一體化無間隙結構。這種灌注成整體結構的問題是:要使灌封達到無間隙,工藝操作上有相當難度;由于以環氧樹脂為代表的灌封材料的位移電荷在封裝材料表面形成高電位,將通過較低介電常數的空氣向有足夠電位差的表面形成飛弧。
     

      1、屏蔽方式與設計
     

      1.1屏蔽方式
     

      本設計所采用的高頻電源變壓器的屏蔽結構由三部分組成:磁路、安裝在磁路上的繞組、外表面層的等場強結構的屏蔽罩,其包括大部分在電氣特性上與磁路完全一致的連續磁環路及部分繞組組件。同時,為了防止飛弧,還要在繞組部件有較高電場強度表面一定的距離上,用空氣隙和環氧樹脂來增加強電場區域的屏蔽層厚度。
     

      這里博眾達小編介紹這種屏蔽的一個典型設計實例:在緊靠高頻變壓器繞組較低電場區域設置一個電氣特性上連續的屏蔽環路;在較高電場區域靠近繞組的外圍設置另一個電氣特性上連續的屏蔽環路,它應與繞組保持足夠的空間距離,以防止屏蔽環內部電介質(這里指空氣與環氧樹脂)電擊穿。這樣,便可從選定等場強的外形并結合適當選擇電氣特性上連續的環路數、屏蔽環的形狀和其間距,以使高頻電源變壓器得到比較完善的屏蔽效果。在此結構形式的基礎上,我們可以從適當變化屏蔽環的尺寸和布局,為變壓器提供一個分布式散熱器,增強變壓器的冷卻效果。
     

      1.2屏蔽設計及說明
     

      圖1所示為高頻電源變壓器及其屏蔽的基本結構和電場分布圖。圖中,剖面(50)上可以看到磁路(52)通過圓柱形繞組(56)和一個或幾個低壓線圈(64),以及次級高壓線圈(66)。高壓線圈(66)是與其它線圈(62)、(64)分開的,沿著繞組(56)的長度方向以線性分布繞制,結合線圈(62)、(64)的布局及磁路(52)的結構,形成了圖1(b)所示的電場強度分布狀況;沿圓柱形繞組(56)長度方向的電場強度分布曲線如圖1(b)之(80)所示。
     

      線圈(62)和(66)制成以后,用環氧樹脂進行灌封(74),以形成變壓器的機械支撐,電氣絕緣和有關防護。初級繞組(62)和低壓線圈(64)在環氧樹脂(74)內的一端設計連續引腳(76),與印制電路(PCB)(78)相連接。高壓線圈(66)的“低”壓端(68),通過引線與PCB連接;高壓線圈的“高”壓端(70)通過封固在環氧樹脂中的高壓二極管(72)與外電路或CRT相連接。
     

      由圖1(b)電場分布曲線(80)可見,變壓器的最大電場強度在靠近繞組(56)(見圖1(a)所示)末端處,而不是在其邊緣。
     

      圖2所示為這種屏蔽結構的分解示意圖(100)。圖1所示的變壓器(50)的剖面圖中包含的磁路(52A)是(110)和(112)兩部分緊密對接的鐵氧體,在其結合部位(120)和(122)處留有適宜的氣隙,絕緣導線(108)把CRT(圖中未畫出)和圖1中所示出的二極管(72)連續起來。普通的U型屏蔽罩(130)圍繞磁心(52A)延伸,把繞組(56)的外側部分的磁路覆蓋住,并包括了氣隙(120)在內也覆蓋了。
     

      
     

      第二磁路的屏蔽罩(140)由第一電氣特性連接環(150)和第二電氣特性連接環(160)組成,它們以銅箔或其它金屬制作。二個環由屏蔽片(154)相連,并選用一個合適的距離間隔(170)。在具體設計時,環路(150)和(160)的寬度和相隔距離(170)各占繞組(56)長度的三分之一。屏蔽罩(140)延伸到整個變壓器(150A)和另一個屏蔽罩(130),其中第一個環(150)緊貼繞組部件外表面,在低端(68A)接觸處有足夠厚度的環氧樹脂層。第二環(160)圍繞繞組的高端與繞組間保持有足夠大的空間(其間或者充有其它介質),以防止環氧樹脂表面(74)與屏蔽環(160)之間產生飛弧。對不同的電場強度分布,相應的電氣連接環的數目和排布也不相同,電場強度越高,環的直徑越大。第一個環(150)和第二個環(160)包圍整個磁路,環內磁通量的總和為零,故屏蔽效果比較理想。
     

      2、屏蔽材料選擇與屏蔽罩設計
     

      眾所周知,電磁場產生的干擾影響可以通過磁屏蔽、磁隔離和轉移元件等產生的作用使其減至最小或消除。磁場通過導磁材料比其通過空氣或其它介質材料時更容易被轉移。所以,常常使用高磁導率的磁性材料來制成環狀或密封的屏蔽元件。
     

      2.1屏蔽材料的類型
     

      屏蔽效果是根據設備或元器件被屏蔽后磁場強度衰減的程度來度量的。屏蔽后磁場強度的衰減率或衰減量是材料的磁導率、厚度和屏蔽罩的尺寸的函數。高磁導率材料比低磁導率材料昂貴,但如果用單層高磁導率材料的屏蔽效果與多層低磁導率材料的屏蔽效果相同,則可能選用厚度薄的高磁導率材料更經濟。
     

      目前用于屏蔽的主要磁性材料見表1

      2.2屏蔽材料的選擇
     

      如上所述,屏蔽材料的磁導率、屏蔽罩的幾何形狀,材料的厚度等都影響磁屏蔽的效果,所以,選用屏蔽材料的原則是:

      a.要使外部磁場得到最大衰減,需要用高磁導率(μ)的材料;

      b.磁屏蔽的效果也是屏蔽罩材料壁厚對屏蔽罩直徑(在采用矩形屏蔽罩時為其對角線)之比率(t/D)的函數。

      c.如果外部的干擾磁場太高,屏蔽罩的衰減作用將減小。這是因為外部磁場太高時,磁性材料將接近于磁飽和狀態。

      d.在通常情況下,用厚的金屬材料制造屏蔽罩是不現實的。因為其成本高??梢杂帽⌒徒饘俨芎唵蔚乩p繞在受磁場影響的元件上來替代屏蔽罩。
     

      2.3屏蔽罩的設計
     

      a.進行屏蔽罩設計時,需要以下一些數據:

     ?、賹ζ帘尾牧夏軌蛩p多少磁場強度必須進行測量或估算得出數據。

     ?、跒榱说玫搅己玫拇牌帘涡Ч?,必須挑選最合適的屏蔽罩形狀。典型的或相對可被選用的幾何形狀包括長圓柱體、矩形殼體;另有球體、平板或圓錐體也會被采用。

      b.設計屏蔽罩時,必須首先確定磁通密度值(高斯),同時以此選擇屏蔽材料的厚度。因為屏蔽材料的μ值與β值的分布圖是非線性關系,作用于屏蔽罩的磁通密度必須使材料達到其峰值磁導率,例如坡莫合金和mumetal的磁通密度應在3600高斯左右。

      屏蔽材料的厚度可由以下公式計算確定:

      t=1.25DH/B (英寸)

      式中,D是衰減率,由屏蔽前的磁場強度除屏蔽后的磁場強度得到。鎳含量高的磁性材料的μ值最小可達到80000。

      c.設計屏蔽罩時,應注意以下事項:

     ?、賹τ趶姸群芨叩拇艌?,可以使用多層材料制作屏蔽罩,最靠近強磁場的那一層材料應是能夠削弱較大磁通量的合金材料,如48合金、magnesill;而第二層應采用高磁導率的材料如坡莫合金;如果有條件,應允許磁場發射源和最靠近它的那一層屏蔽材料之間的空隙最小(1/2″左右)。在設計與制造習慣上,于多層屏蔽材料的每層之間是用聚酯薄膜相間隔的。

     ?、谌绻帘握謱ζ帘蔚哪繕藢崿F不了封閉磁場發射源雜散磁場的目的,則常常采用平板插在它們兩者之間。如果平板的高度與寬度比磁場發射源和要求屏蔽物的尺寸大得多,則可以封閉雜散磁場。

     ?、廴绻煤穸刃∮?.006″的金屬板作屏蔽材料,則一般是用于樣機上,因為這種厚度便于手工成型。如果是批量生產用機械方法制作屏蔽罩,應該采用較厚的材料。但應注意,任何較強力的機械作業如折彎、沖壓、焊接等都會使材料產生應力,從而使材料性能下降,這就需要通過合適溫度的退火來改善。

     ?、芡ǔ?,在低頻(600Hz左右)狀態,屏蔽罩的長度對直徑的比率大于3時,把屏蔽材料的厚度從0.014增厚至0.050,則屏蔽效果增強;如果比率低于3,增加材料厚度至0.025時,則影響磁場衰減的程度很小。

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