一種高頻變壓器共模噪聲測試方法與流程

2023-04-25 04:37:51

本發明涉及一種高頻變壓器共模噪聲測試方法，屬於電源設備領域。

背景技術：

普通的高頻變壓器工作電路，如圖1所示，該電路主要由電橋模塊和變壓器信號驅動和檢測兩部分組成，其通過變壓器的繞組將能量傳遞到次級輸出。由於該電路存在結構的缺陷，因此難以控制高頻變壓器共模噪聲的大小。

針對高頻變壓器的共模噪聲，它嚴重影響手機和平板電腦的使用，共模噪聲的信號通過觸控螢幕與手或者觸控筆將小信號傳到大地，在此路徑上會對手機和平板的實用造成嚴重幹擾，大多數的電源的變壓器都無明確可靠地方法來測試共模噪聲，導致在研發設計階段浪費大量人力物力來優化設計高頻變壓器，且優化設計的變壓器不一定能完全滿足噪聲的要求，急需一種高精度的方法來測試該噪聲，同時給工程人員以實踐指導。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是：提供一種高頻變壓器共模噪聲測試方法，以便優化高頻變壓器的結構設計。

本發明的工作原理是：NEC555晶片產生的電壓12V，頻率100K，佔空比50％的方波信號，來驅動變壓器的電壓繞組的電壓變化點，當驅動加到第一初級繞組的時候，第二初級繞組和次級繞組都會感應到這個方波電壓，在高頻變壓器內部，由於繞組之間的寄生電容，會出現感應電流通過寄生電容流到次級繞組的現象，同時也會出現感應電流從次級繞組流到初級繞組的現象，然而，各個繞組之間的感應電流流動在互相增強和抵消的時候，最終會反應到初級繞組的地和次級繞組的地上，最終有電流通過Rsense電阻流回初級繞組的地GND。用示波器來觀測這個高頻的小信號，就可以判斷共模電流噪聲的大小，也就為變壓器的共模噪聲抑制設計提供了一個優良的測試方法。

本發明解決其技術問題採用以下的技術方案：

本發明提供的高頻變壓器共模噪聲測試方法，具體是：將變壓器單獨拆分出來，通過共模噪聲測試電路來判斷高頻變壓器的共模噪聲的大小，該測試電路由NEC555主要電路和外部電路組成的方波發生器，以及變壓器和對該變壓器信號的驅動及檢測電路組成。

所述的NEC555主要電路由NEC555晶片構成；所述555的外部電路由電容C1、C2，電阻RL、R1，以及兩個分壓電阻構成，其中：兩個分壓電阻的阻值應根據驅動方波佔空比為48-52％的大小來取值，C1為外接電容，C2為給晶片做供電濾波的電容，RL為驅動的輸出OUT的上拉電阻，為高電平提供能量源，R1是驅動端的電阻。

所述的電阻R1的阻值為471歐姆，使驅動的波形不至於太陡，降低驅動的速度，以免導致尖峰電壓。

所述的變壓器是反激式變壓器，由第一初級繞組、第二初級繞組和次級繞組構成。

所述的對該變壓器信號的驅動電路，由NEC555晶片及外圍電路構成，其中：NEC555的外部電路，輸入端由分壓電阻Ra、Rb和電容C1、C2構成，輸出端由上拉電阻RL和驅動端的電阻R1構成

所述的對該變壓器信號的檢測電路，由示波器對變壓器繞組獨特的檢測方式構成，其中：第二初級繞組和次級繞組的地之間連接有電阻Rsense，並在該電阻兩端連接示波器進行電壓信號的測量。

本發明提供的上述方法，其用於高頻變壓器共模噪聲幹擾測試。

本發明用於高頻變壓器共模噪聲幹擾測試時，採用NEC555晶片來產生電壓12V，頻率100K，佔空比50％的方波信號，來驅動變壓器的電壓繞組的電壓變化點，用示波器來觀測Rsense電阻兩端的電壓波形，以此得出變壓器共模噪聲的大小。

本發明用於高頻變壓器共模噪聲幹擾測試時，包括以下步驟：

1)採用NEC555晶片來產生電壓12V，頻率100K，佔空比為48-52％的方波信號，來驅動變壓器的第一初級繞組的電壓變化點2端；

2)方波信號通過電阻R1來驅動變壓器的第一初級繞組的電壓變化點2端；

3)第一初級繞組和第二初級繞組的電壓不變點都接地，第二初級繞組的電壓變化點3端懸空；

4)次級繞組的電壓變化點5懸空，該電壓不變點6端通過一個阻值為100K的電阻Rsense接到第二初級繞組的電壓不變點4端的GND；

5)用示波器來觀測Rsense電阻兩端的電壓波形，以此得出變壓器共模噪聲的大小。

本發明用於高頻變壓器共模噪聲幹擾測試時，可以用兩個10W手機充電器電源的變壓器來測試其共模噪聲大小，二者變壓器的繞組結構不同，分別為1#變壓器和2#變壓器，其中：

1#變壓器繞組結構是：第一步，繞屏蔽繞組，從地繞到頂端懸空；第二步，繞第一初級繞組，線徑0.16*70圈，繞三層；第三步，繞第二初級繞組，線徑0.16*23圈，繞一層；第四步，繞制次級繞組，線徑0.6*6圈，繞一層；

由於在第一步增加了屏蔽繞組，其共模噪聲測試改善很多，2#變壓器的繞組結構是：第一步，繞第一初級繞組，線徑0.16*70圈，繞三層；第二步，繞第二初級繞組，線徑0.16*23圈，繞一層；第三步，繞制次級繞組，線徑0.6*6圈，繞一層；由於沒有任何屏蔽繞組，其共模噪聲測試偏大；

將上述兩個變壓器分別裝在電源中，其中電源裝1#變壓器時共模噪聲小，電源裝2#變壓器時共模噪聲大，由此證明該方法對手機觸控產生的影響。

本發明與現有技術相比，具有以下主要的優點：

為變壓器的共模噪聲抑制設計提供了一個優良的測試方法。

1.該方法的新穎之處體現在兩個地方，一個是用NEC555作為信號發生器，組成50％佔空比的的方波信號，成本技術可靠，另一個地方在於熟悉開關電源中共模噪聲的產生和傳播路徑，並對噪聲的抑制有深刻的理解，通過巧妙的測試方法，僅僅測試變壓器本身的引腳，就可以知道變壓器本身產生的共模噪聲的大小，實際上，在開關電源中，變壓器是共模噪聲最大的源頭，抑制了變壓器的共模噪聲，就很大程度上抑制了整個電源的共模噪聲。

2.該方法的精髓在於巧妙的測試方法和手段，用NEC555來實現方波信號的發生，有了該信號之後，如何來實現對變壓器單體的測試，則是本發明的最大的創新之處，驅動信號一定要給在變壓器初級繞組的電壓變化點，即動點(圖2中的2點)，同時初級兩個繞組的兩個地1和地4要接在一起，此時用一顆100K左右的電阻接到第二初級繞組的地4接到次級繞組的地6之間，用示波器來觀測這個電阻兩段的電壓幅值，這個接法和測試的方法，是本發明創新的精髓。

實驗過程中選取兩個不同的開關電源變壓器來驗證，分別是10W的手機充電器和65W的筆記本充電器，其變壓器結構都是反激變壓器結構，與文中變壓器的結構一致，實驗數據如下：10W和65W手機充電器的變壓器測試共模幅值和實際充電器測試共模裕量的數據分別如表1和表2。

從表1和表2中可以看到，變壓器單體的共模噪聲與充電器本身的共模噪聲大小是基本一致的，那麼實際應用中，只要我們測試了變壓器單體的共模噪聲幅值，就可以基本判斷出電源本身的共模噪聲幅值，亦即，該發明可以為電源共模噪聲的最終測試前端提供一個極為可靠地測試方法和手段，對於電源品質的管控具有重要的意義，能夠產生較大的經濟利益。上述數據可以支持本發明的實際作用及成果，從數據可以得出，本發明的可靠性和準確性均滿足，理論與實踐統一。

附圖說明

圖1為普通高頻變壓器的應用電路示意圖。

圖2為本發明高頻變壓器共模噪聲測試電路原理圖。

圖3為電源裝1#變壓器共模噪聲電壓幅值圖。

圖4為電源裝2#變壓器共模噪聲電壓幅值圖。

具體實施方式

本發明涉及一種高頻變壓器共模噪聲測試方法，所述的測試方法採用NEC555晶片來產生電壓12V，頻率100K，佔空比50％的方波信號，來驅動變壓器的電壓繞組的電壓變化點，其中，驅動信號通過R1來驅動變壓器第一初級繞組繞組的電壓變化點2端，第一初級繞組和第二初級繞組的電壓不變點都接地，第二初級繞組的電壓變化點3端懸空，次級繞組的電壓變化點5端懸空，電壓不變點通過一個電阻Rsense等於100K接到第二初級繞組的電壓不變點4端的GND，用示波器來觀測Rsense電阻兩端的電壓波形，可以得出變壓器共模噪聲的大小，從而達到通過該方法優化變壓器的共模噪聲的目的。

下面結合實施例及附圖對本發明作進一步的說明，但不限定本發明。

本發明提供的高頻變壓器共模噪聲測試方法，是將變壓器單獨拆分出來，通過共模噪聲測試方法就可以判斷高頻變壓器的共模噪聲的大小。

所述共模噪聲測試方法如圖2所示，由共模噪聲測試電路實現的。該測試電路由NEC555主要電路和外部電路組成的方波發生器，以及對變壓器信號的驅動及檢測電路組成。

所述NEC555的主要電路由NEC555晶片(圖2中晶片部分)構成。所述555的外部電路，由分壓電阻Ra、Rb和電容C1、C2構成，其中分壓電阻Ra和Rb的阻值決定了驅動方波佔空比的大小，這裡選取適當的阻值來使驅動佔空比約為50％，C1為外接電容，C2為給晶片做供電濾波的電容。還設有電阻RL和R1，其中RL為驅動的輸出OUT的上拉電阻，為高電平提供能量源；R1是驅動端的電阻，這裡給471歐姆是為了使驅動的波形不至於太陡，降低驅動的速度，以免導致尖峰電壓，這一部分為NEC555的主要電路，為測試電路的第一部分，其主要目的就是給出合適的驅動。

所述對變壓器信號的驅動和檢測電路，其中：變壓器設有第一初級繞組1-2、第二初級繞組3-4、次級繞組5-6；對變壓器信號的驅動電路NEC555晶片和外部電路分壓電阻Ra、Rb和電容C1、C2構成；對變壓器信號的檢測電路由第二初級繞組3-4和次級繞組5-6，繞組地4和地6之間連接電阻Rsense，並在電阻兩端連接示波器組成電壓信號電路等構成。

所述變壓器採用第一初級繞組1-2、第二初級繞組3-4和次級繞組5-6結構，這個結構符合目前反激式變壓器的結構，具有普遍的意義，因為涉及的主要是初級繞組與次級繞組的作用，故555晶片的驅動信號直接接到第一初級繞組1-2的動點，此時驅動給初級繞組，但是第二初級繞組3-4和次級繞組5-6都會感應到電壓，又由於繞組之間的寄生電容影響，這些感應的電壓又會產生感應電流，這些電流由於各繞組之間的電位差，會出現某些繞組從初級繞組流到次級繞組，同時次級繞組會反流到初級繞組，在變壓器內部形成內部環流，這就是測試電路的第二部分，主要是變壓器內部由於電壓的感應產生電流的內部環流。測試電路的第三部分是100K電阻Rsense，由於測試電路的第二部分產生了環流，那麼將初、次級繞組的地用100K電阻連接起來，這個環流就會流經這個電阻，最終形成電壓，而用示波器觀測這個電壓，就可以得到內部環流電壓，而這個環流電壓越小，表示初級和次級的電流流向就越小，那麼共模電流就越小，共模噪聲就越小，即用示波器判斷電壓大小就可以判斷共模噪聲大小。

本發明提供的高頻變壓器共模噪聲測試方法，包括以下步驟：

1.採用NEC555晶片來產生電壓12V，頻率100K，佔空比50％的方波信號，來驅動變壓器的初級繞組1-2的電壓變化點2端。

2.方波信號通過R1來驅動變壓器初級繞組1-2的電壓變化點2端。

3.第一初級繞組1-2和第二初級繞組3-4的電壓不變點都接地，第二初級繞組3-4的電壓變化點3端懸空。

4.次級繞組5-6的電壓變化點5端懸空，該電壓不變點通過一個電阻Rsense等於100K接到第二初級繞組3-4的電壓不變點4端的GND。

5.用示波器來觀測Rsense電阻兩端的電壓波形，可以得出變壓器共模噪聲的大小。

6.用兩個10W手機充電器電源的變壓器(變壓器的繞組結構不同)來測試其共模噪聲大小。

7.將這兩個變壓器分別裝在電源中，其中電源裝1#變壓器時共模噪聲小，電源裝2#變壓器時共模噪聲大，由此可以證明其對手機觸控產生影響。

當用本發明方法來測試變壓器共模噪聲的大小時，會發現：1#變壓器的電壓幅值為圖3中的133.75mV，2#變壓器的幅值為圖4中的501.25mV，與實際表現一致，可見本發明方法判斷十分準確。

以上所述僅為本發明的優先實施方案，應當指出，在本領域的技術人員，在不脫離本發明的原理的前提下，還可以做出若干改進，但是這些改進也應視為本發明的保護範圍。

表1 10W手機充電器的變壓器測試共模幅值和實際充電器測試共模裕量的數據比較

表2 65W手機充電器的變壓器測試共模幅值和實際充電器測試共模裕量的數據的比較