屏蔽技術(shù)在高頻變壓器中的應用

1引言

　　供電電源系統采用的高頻變壓器和電感器，如陰極射線(xiàn)管（CRT）顯示器用的回掃變壓器，通常，其幅射磁場(chǎng)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(chǎng)對視覺(jué)效果不會(huì )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(zhù)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(huì )對CRT顯示器的圖象造成明顯的干擾，使視覺(jué)效果變差，工作頻率越高，干擾越顯著(zhù)。

　　對高頻電源變壓器進(jìn)行電磁屏蔽，多數設計成將變壓器整體地封閉在一個(gè)密封的金屬盒內，有時(shí)把驅動(dòng)電路的部件也包括在內。采用這種屏蔽結構時(shí)，為防止在高壓繞組和金屬盒內之間可能產(chǎn)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(chǎng)的屏蔽效果是不理想的，同時(shí)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(wú)間隙結構。這種灌注成整體結構的問(wèn)題是：要使灌封達到無(wú)間隙，工藝操作上有相當難度；由于以環(huán)氧樹(shù)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(guò)較低介電常數的空氣向有足夠電位差的表面形成飛弧。

　　2屏蔽方式與設計

　　2.1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(chǎng)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(huán)路及部分繞組組件。同時(shí)，為了防止飛弧，還要在繞組部件有較高電場(chǎng)強度表面一定的距離上，用空氣隙和環(huán)氧樹(shù)脂來(lái)增加強電場(chǎng)區域的屏蔽層厚度。

　　這里介紹這種屏蔽的一個(gè)典型設計實(shí)例：在緊靠高頻變壓器繞組較低電場(chǎng)區域設置一個(gè)電氣特性上連續的屏蔽環(huán)路；在較高電場(chǎng)區域靠近繞組的外圍設置另一個(gè)電氣特性上連續的屏蔽環(huán)路，它應與繞組保持足夠的空間距離，以防止屏蔽環(huán)內部電介質(zhì)（這里指空氣與環(huán)氧樹(shù)脂）電擊穿。這樣，便可從選定等場(chǎng)強的外形并結合適當選擇電氣特性上連續的環(huán)路數、屏蔽環(huán)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(huán)的尺寸和布局，為變壓器提供一個(gè)分布式散熱器，增強變壓器的冷卻效果。

　　2.2屏蔽設計及說(shuō)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(chǎng)分布圖。圖中，剖面(50)上可以看到磁路(52)通過(guò)圓柱形繞組(56)和一個(gè)或幾個(gè)低壓線(xiàn)圈(64)，以及次級高壓線(xiàn)圈(66)。高壓線(xiàn)圈(66)是與其它線(xiàn)圈(62)、(64)分開(kāi)的，沿著(zhù)繞組(56)的長(cháng)度方向以線(xiàn)性分布繞制，結合線(xiàn)圈(62)、(64)的布局及磁路(52)的結構，形成了圖1(b)所示的電場(chǎng)強度分布狀況；沿圓柱形繞組(56)長(cháng)度方向的電場(chǎng)強度分布曲線(xiàn)如圖1(b)之(80)所示。

　　線(xiàn)圈(62)和(66)制成以后，用環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行灌封(74)，以形成變壓器的機械支撐，電氣絕緣和有關(guān)防護。初級繞組(62)和低壓線(xiàn)圈(64)在環(huán)氧樹(shù)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(xiàn)圈(66)的“低”壓端(68)，通過(guò)引線(xiàn)與PCB連接；高壓線(xiàn)圈的“高”壓端(70)通過(guò)封固在環(huán)氧樹(shù)脂中的高壓二極管(72)與外電路或CRT相連接。

　　由圖1(b)電場(chǎng)分布曲線(xiàn)(80)可見(jiàn)，變壓器的最大電場(chǎng)強度在靠近繞組(56)(見(jiàn)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(xiàn)(108)把CRT（圖中未畫(huà)出）和圖1中所示出的二極管(72)連續起來(lái)。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(huán)(150)和第二電氣特性連接環(huán)(160)組成，它們以銅箔或其它金屬制作。二個(gè)環(huán)由屏蔽片(154)相連，并選用一個(gè)合適的距離間隔(170)。在具體設計時(shí)，環(huán)路(150)和(160)的寬度和相隔距離(170)各占繞組(56)長(cháng)度的三分之一。屏蔽罩(140)延伸到整個(gè)變壓器(150A)和另一個(gè)屏蔽罩(130)，其中第一個(gè)環(huán)(150)緊貼繞組部件外表面，在低端(68A)接觸處有足夠厚度的環(huán)氧樹(shù)脂層。第二環(huán)(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(zhì))，以防止環(huán)氧樹(shù)脂表面(74)與屏蔽環(huán)(160)之間產(chǎn)生飛弧。對不同的電場(chǎng)強度分布，相應的電氣連接環(huán)的數目和排布也不相同，電場(chǎng)強度越高，環(huán)的直徑越大。第一個(gè)環(huán)(150)和第二個(gè)環(huán)(160)包圍整個(gè)磁路，環(huán)內磁通量的總和為零，故屏蔽效果比較理想。

　　3屏蔽材料選擇與屏蔽罩設計

　　眾所周知，電磁場(chǎng)產(chǎn)生的干擾影響可以通過(guò)磁屏蔽、磁隔離和轉移元件等產(chǎn)生的作用使其減至最小或消除。磁場(chǎng)通過(guò)導磁材料比其通過(guò)空氣或其它介質(zhì)材料時(shí)更容易被轉移。所以，常常使用高磁導率的磁性材料來(lái)制成環(huán)狀或密封的屏蔽元件。