摘要：环形变压器具有隔离电容小、易于实现印制电路板（PCB）和集成电路（IC）等优点，在小功率隔离DC-DC变换器设计中的应用日益广泛。许多高性能小功率电源设计均采用环形变压器，如低隔离电容的栅极驱动器辅助电源、高压发生器、3D集成功率模块和高频功率IC等。
环形变压器具有隔离电容小、易于实现印制电路板（PCB）和集成电路（IC）等优点，在小功率隔离DC-DC变换器设计中的应用日益广泛。许多高性能小功率电源设计均采用环形变压器，如低隔离电容的栅极驱动器辅助电源、高压发生器、3D集成功率模块和高频功率IC等。
实际产品设计中，针对共模EMI噪声的准确预测和有效抑制是至关重要的，而变压器是隔离变换器共模EMI噪声的主要传播通路。然而，目前鲜有针对环形变压器共模电磁干扰（EMI）特性的相关研究，也缺乏针对性的噪声抑制方法。
隔离变换器共模噪声抑制的本质是减小一次、二次侧的位移电流，而针对变压器的共模噪声抑制手段，主要分为屏蔽和对消两类方法。
图1 环形变压器常用绕组结构
屏蔽法的主要思想是通过加入屏蔽层，减小甚至阻断一次、二次绕组间的电场耦合，进而减小变压器一次、二次绕组间分布电容的总位移电流。对消法主要是通过增加平衡绕组或外加补偿电容等方式，人为引入与原始位移电流流向相反的位移电流，使得流过一次、二次绕组间分布电容的总位移电流为零。
现有针对变压器的共模噪声抑制手段均主要针对特定绕组结构的绕线变压器和平面变压器提出，无法直接应用于环形变压器，因此需要研究环形变压器的共模噪声抑制方法。
南京航空航天大学自动化学院的惠琦、任小永、陈乾宏，针对多种常见于小功率隔离型DC-DC变换器应用的环形变压器对称绕组结构，推导证明其具有统一的对称共模等效集总电容模型。该模型的参数易于获取，且可直接用于预测共模EMI噪声。分析了常用隔离变换器拓扑采用环形变压器时的共模噪声特性，同时给出噪声预测方法，并经实验验证了模型的正确性和有效性。
图2 变压器共模等效集总电容模型参数提取方法
图3 实验样机照片
此外，研究者还提出并分析了多种适用于环形变压器的共模抑制措施，并提出分绕绕组的叠绕平衡等抑制方法。所提抑制方法已在多台样机上得到实验验证，共模噪声的抑制效果可到8 dB以上，为采用环形变压器的隔离型开关电源共模噪声抑制提供了有益参考。
本工作成果发表在2024年第22期《电工技术学报》，论文标题为“采用环形变压器的小功率隔离型DC-DC变换器共模电磁干扰噪声建模与抑制”。本课题得到国家自然科学基金的支持。
来源：电气技术一点号