高频开关变压器的高频噪声主要来源于以下几个方面:
1、共模噪声:高频变压器通过半导体器件的开关导通与关断实现能量传递,在变压器绕组内部建立了高频电场,绕组匝间、层间以及绕组和铁心都会存在感应电荷和位移电流,导致共模噪声的产生 ;
2、寄生电容和电感:开关电源中的寄生电容和电感在开关状态下突然充放电,尤其是变压器寄生电容、半导体器件和散热器之间的电容以及导线到机架之间的电容 ;
3、电气隔离不理想:在高频情况下,变压器的隔离是很不理想的,变压器层间的分布电容使开关电源中的高频噪声很容易在初级与次级之间传递。变压器对外壳的分布电容形成另一条高频通道,而变压器周围空间产生的电磁场更容易在其它的引线上耦合成噪声 ;
4、电流环路产生空间辐射:高频变压器初级和次级构成的高频开关电流环路可能会产生较大的空间辐射,如果电容器滤波不足,则高频电流还会以差模方式传导到输入交流电源中去;
5、分布电容耦合:高频变压器的初级与次级之间存在分布电容,初级的高频电压通过这些分布电容将直接耦合到次级上去,在次级的两条输出直流电源线上产生同相位的共模噪声。如果两条线对地的阻抗不平衡,还会转变成差模噪声;
6、反向浪涌电流:输出整流二极管会产生反向浪涌电流,由于直流输出线路中的分布电容,分布电感,浪涌引起了高频衰减振荡,这是一种差模噪声;
7、开关管感性负载:开关管的负载是高频变压器的初级线圈,是感性负载,所以开关管关断时管子两端会出现较高的浪涌尖峰电压,此尖峰电压产生的噪声会传导到输入输出两端去;
综上所述,高频开关变压器的高频噪声是由多种因素共同作用的结果,包括共模噪声、寄生参数、元器件特性变化、隔离不理想、开关电流环路的空间辐射、分布电容耦合、反向浪涌电流以及开关管负载的感性负载等。针对这些噪声源,可以采取下述相应的措施进行滤除与抑制 :
1、电源滤波器:在交流电输入端加入有电感、电容等无源器件构成的多级EMI电源滤波器;
2、输出滤波器:在电源的输出端加装共模噪声滤波器,并在输出线上套上磁珠,再装高频电容,这样可以抑制部分共模噪声
3、整流二极管优化:二次整流的整流二极管选择具有反向恢复时间短特性的整流二极管,并减小高频变压器的漏感;
4、RC吸收网络:高频变压器的原边、副边、开关管的DS之间,以及输出整流二极管上加装RC吸收网络,抑制电压尖峰和浪涌电流;
5、优化变压器设计:设计阶段考虑噪声和振动控制,选择具有良好机械和声学特性的材料,优化变压器的结构设计,减少磁场变化;
6、开关管集电极与散热片之间的分布电容减小:可以选用低介电常数的绝缘垫片,并适当的增加绝缘垫片的厚度。必要时,在绝缘垫之间插入薄铜板作为静电屏蔽;
7、PCB设计优化:PCB板设计时,尽量减小高频回路的面积,缩短高频线号线,并注意电源的输入输出电源线应尽可能远离控制、驱动电路中的信号线;
8、减少噪声传播路径:通过设置隔音罩或建造隔音墙来有效地阻挡噪声的传播。
通过上述措施,可以有效地减少高频开关变压器的噪声,提高电源系统的稳定性和可靠性。