CN101673611A - 用以减少电磁干扰影响的变压器及其适用的电源转换电路 - Google Patents

Abstract

本发明为一种用以减少电磁干扰影响的变压器及其适用的电源转换电路，该变压器至少包含：绕线基座；磁芯组，部分穿设绕线基座；第一初级绕线，缠绕于绕线基座上，且由第一绕线部及第二绕线部构成，其中第一绕线部的电磁干扰大于第二绕线部；次级绕线，缠绕于第一初级绕线上；以及第一屏蔽元件，设置于第一初级绕线及次级绕线之间，用以阻隔第一初级绕线的电磁干扰传导至次级绕线；其中，第一初级绕线的第一绕线部与磁芯组邻设，以通过磁芯组来屏蔽第一绕线部的电磁干扰，第二绕线部缠绕于第一绕线部上而与次级绕线邻近，以增加第一初级绕线及次级绕线的电磁耦合率。本发明可减少变压器受电磁干扰的影响，使变压器减少漏电感而提高转换效率。

Description

用以减少电磁干扰影响的变压器及其适用的电源转换电路

技术领域

本发明涉及一种变器，尤其涉及一种用以减少电磁干扰影响的变压器及其适用的电源转换电路。

背景技术

变压器为各式电器设备中经常使用的电子元件。请参阅图1，其为公知变压器的结构示意图。如图1所示，该变压器1主要包含一磁芯组11(magneticcore assembly)、一绕线基座12(bobbin)、一初级绕线13与一次级绕线(未图示)等。其中，初级绕线13及次级绕线采用三明治绕法的方式叠绕于绕线基座12的绕线区中，即初级绕线13分为两部分而将次级绕线包覆于其中，且初级绕线13及次级绕线的两两相邻处利用胶带(tape)使其彼此绝缘分离。磁芯组11通常为EE型磁芯组(EE-core)、EI型磁芯组(EI-core)或ER型磁芯组(ER-core)，其可将轴心111设置于绕线基座12的套管121内，使磁芯组11与初级绕线13及次级绕线产生电磁耦合感应，借以达到电压转换的目的。

虽然公知变压器1确实可达到电压转换的功效，但是当变压器1应用于一电源转换电路(未图示)中时，变压器1的初级绕线13会与电源转换电路的一开关元件电连接，通过该开关元件的导通与断开而来控制流经初级绕线13上的电流，然而当开关元件反复地作切换的动作时，会于初级绕线13上产生很大的电流变化，进而产生电磁干扰(Electromagnetic Interference；E.M.I.)，且初级绕线13上越邻近开关元件的位置其电磁干扰越明显，而电磁干扰的产生会影响初级绕线13及次级绕线的电磁耦合率，并增加变压器1的漏电感，进而使变压器1的运行效率降低。

因此，如何发展一种可改善公知技术缺陷的用以减少电磁干扰影响的变压器及其适用的电源转换电路，实为目前迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种用以减少电磁干扰影响的变压器及其适用的电源转换电路，解决公知变压器应用于电源转换电路且与开关元件电连接时，初级绕线因开关元件反复地切换所产生的电磁干扰会影响其与次级绕线间的电磁耦合率，使得变压器的运行效率降低的缺陷。

为达上述目的，本发明的一较广义实施方式为提供一种变压器，至少包含：绕线基座；磁芯组，部分穿设绕线基座；第一初级绕线，缠绕于绕线基座上，且由第一绕线部及第二绕线部所构成，其中第一绕线部的电磁干扰大于第二绕线部；次级绕线，缠绕于第一初级绕线上；以及第一屏蔽元件，设置于第一初级绕线及次级绕线之间，用以阻隔第一初级绕线的电磁干扰传导至次级绕线；其中，第一初级绕线的第一绕线部与磁芯组相邻设，以通过磁芯组来屏蔽第一绕线部的电磁干扰，第二绕线部缠绕于第一绕线部上而与次级绕线相邻近，以增加第一初级绕线及次级绕线的电磁耦合率。

本发明的另一较广义实施方式为提供一种电源转换电路，至少包含：开关元件；电源输入端，用以接收电源信号；以及变压器，与电源输入端及开关元件电连接，用以接收并转换电源信号，变压器至少包含：绕线基座；磁芯组，部分穿设绕线基座；第一初级绕线，缠绕于绕线基座上，且具有第一绕线部及第二绕线部，其中第一绕线部与开关元件电连接，第一绕线部的电磁干扰大于第二绕线部；次级绕线，缠绕于第一初级绕线上；以及第一屏蔽元件，设置于第一初级绕线及次级绕线之间，用以阻隔第一初级绕线的电磁干扰传导至于次级绕线；其中，第一初级绕线的第一绕线部与磁芯组相邻设，以通过磁芯组来屏蔽第一绕线部的电磁干扰，第二绕线部缠绕于第一绕线部上而与次级绕线相邻，以增加第一初级绕线及次级绕线的电磁耦合率。

本发明可减少变压器受电磁干扰的影响，而提升变压器的第一初级绕线、第二初级绕线与次级绕线间的电磁耦合率，使得变压器可减少漏电感而提高转换效率。

附图说明

图1：其为公知变压器的结构示意图。

图2：其为本发明优选实施例的电源转换电路的电路结构图。

图3：其为图2所示的变压器的由最外层绕线至磁芯组的轴心的剖面结构示意图。

其中，附图标记说明如下：

1、22：变压器

11、224：磁芯组

12、223：绕线基座

13：初级绕线

111、2241：轴心

121：套管

2：电源转换电路

21：开关元件

23：第一初级绕线

24：第二初级绕线

25、26、27、28、29：次级绕线

30：绝缘物质

200：第一辅助绕线

201：第二辅助绕线

211：控制端

212：第一电流传导端

213：第二电流传导端

221：第一屏蔽元件

222：第二屏蔽元件

231：第一绕线部

232：第二绕线部

241：第三绕线部

242：第四绕线部

231a、232a、241a、242a：端部

VIN：电源输入端

C1：电容

R1：电阻

J1：跳线路径

G1、G2：接地端

P1、P2、P3、P4、P6、P7、P8、P9、P1O、P11、P13、P14：接脚

具体实施方式

体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示、在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

请参阅图2，其为本发明优选实施例的使用可减少电磁干扰影响的变压器的电源转换电路的电路结构图。如图2所示，本实施例的电源转换电路2主要包含一电源输入端VIN，一开关元件21以及一变压器22。变压器22分别与电源输入端VIN及开关元件21电连接，且包含一初级绕线、一次级绕线、一第一屏蔽元件221、一第二屏蔽元件222以及多个接脚P1～P4、P6～P11以及P13～P14。

在本实施例中，初级绕线可为但不限于由一第一初级绕线23及一第二初级绕线24所构成，其中第一初级绕线23分别连接于变压器22的接脚P4及P3，第二初级绕线24则分别连接于变压器22的接脚P2及P3，且通过接脚P3而与第一初级绕线23电连接。次级绕线则可为但不限于由多个次级绕线25～29所构成，且多个次级绕线25～29依序连接于变压器22的接脚P14及P11、接脚P11及P13、接脚P13及P1O、接脚P10及P8、接脚P1O及P9。第一初级绕线23及第二初级绕线24与多个次级绕线25～29间可通过一磁芯组224(如图3所示)而产生电磁耦合感应。

在一些实施例中，第一初级绕线23的圈数为例如26匝，第二初级绕线24的圈数同样为例如26匝，另外，多个次级绕线25～29的圈数各为例如8、4、2、8、6匝，故多个次级绕线25～28分别产生-5V、3.3V、5V以及12V的电压输出，然而第一初级绕线23、第二初级绕线24、多个次级绕线25～29的圈数，以及多个次级绕线25～28的电压输出大小并不以此为限，可依变压器22的实际电压需求而有不同的实施方式。

在本实施例中，第一屏蔽元件221及第二屏蔽元件222分别设置于第一初级绕线23及第二初级绕线24与多个次级绕线25～29之间。又在一些实施例中，第一屏蔽元件221及第二屏蔽元件222可为但不限于连接至变压器22的接脚P6而与接地端G1连接。

在一些实施例中，变压器22还可具有一第一辅助绕线200及一第二辅助绕线201。第一辅助绕线200连接于变压器22的接脚P6及P7，且通过接脚P6而与第一屏蔽元件221及第二屏蔽元件222电连接，该第一辅助绕线200用以提供控制开关元件21动作的一脉宽调变(PWM)控制器(未图示)所需的电源。第二辅助绕线201则与变压器22的接脚P1及P2连接，并通过接脚P2而与第一初级绕线23电连接，该第二辅助绕线201用以提供额外的电源给电源转换电路2的内部元件。

在本实施例中，电源输入端VIN连接于变压器22的接脚P2而与变压器22的第二初级绕线24及第二辅助绕线201电连接，且可经一电容C1及一电阻R1而与开关元件21电连接，该电源输入端VIN用以接收一电源信号，并提供该电源信号至变压器22的第一初级绕线23、第二初级绕线24以及第一辅助绕线200。

开关元件21与电源输入端VIN及变压器22电连接，且可为但不限于由一N沟道的金属氧化物半导体场效晶体管(NMOS)所构成，该开关元件21具有一控制端211、一第一电流传导端212及一第二电流传导端213，其中控制端211用以接收脉宽调变控制器所传来的控制信号，控制第一电流传导端212及第二电流传导端213之间导通或断开，而第一电流传导端212连接至变压器22的接脚P4而与第一初级绕线23电连接，第二电流传导端213则通过一电阻R1而连接至接地端G2。借此，当电源转换电路2的电源输入端VIN接收电源信号时，电源转换电路2便可通过控制开关元件21的切换而控制流经变压器22的第一初级绕线23及第二初级绕线24的电流，以使变压器22的多个次级绕线25～29感应而产生不同的电压输出。

以下将以图3来配合说明图2所示的变压器结构，且在本实施例中，变压器22的立体结构的外观与图1所示的公知变压器1相似，换言之，变压器22可以穿设于绕线基座的磁芯组的轴心为轴将变压器22区分为第一区域及第二区域，其中第一区域由变压器22最外层的绕线至磁芯组224的轴心2241，而第二区域则相对于第一区域，涵盖由磁芯组224的轴心2241至变压器22的另一最外层绕线的范围，由于第一区域与第二区域以磁芯组224的轴心2241为轴而呈现镜像对称，因此图3中主要以变压器22的第一区域来说明本发明的变压器22的细部结构。另外，为了能更清楚了解本发明技术，在图3中直接标明第一初级绕线23、第二初级绕线24、第一辅助绕线200、第二辅助绕线201以及多个次级绕线25～29的各自两端部所对应连接的变压器22接脚的标记。

请参阅图3，并配合图2，其中图3为图2所示的变压器的由最外层绕线至磁芯组的轴心的剖面结构示意图。如图2及图3所示，本实施例的变压器22主要包含第一初级绕线23、第二初级绕线24，多个次级绕线25～29、第一屏蔽元件221、第二屏蔽元件222、绕线基座223以及磁芯组224。在本实施例中，绕线基座223的立体结构与图1所示的绕线基座12相似，用以供第一初级绕线23、第二初级绕线24以及多个次级绕线25～29缠绕，且第一初级绕线23及第二初级绕线24与多个次级绕线25～29于绕线基座223上的缠绕方式可为但不限于三明治绕法，即第一初级绕线23及第二初级绕线24将多个次级绕线25～29包覆于其中。

在本实施例中，磁芯组224的立体结构与图1所示的磁芯组11相似，磁芯组224的轴心2241部分穿设绕线基座223的套管(未图示)而位于绕线基座223的中心，用以使第一初级绕线23及第二初级绕线24与多个次级绕线25～29产生电磁耦合感应，使变压器22达到电压转换的目的。

在本实施例中，第一初级绕线23缠绕于绕线基座223上，且可由第一绕线部231及第二绕线部232所构成，其中第一绕线部231的端部231a连接于变压器22的接脚P4而与开关元件21的第一电流传导端212电连接，且第一绕线部231与磁芯组224相邻设，而第二绕线部232则缠绕于第一绕线部231上，且第二绕线部232的端部232a连接于变压器22的接脚P3。

在本实施例中，第一屏蔽元件221可为但不限于由金属薄片所构成，且缠绕于第一初级绕线23上，另外，第一屏蔽元件221与第一初级绕线23之间设置一绝缘物质30，例如绝缘胶带，以达到隔离第一屏蔽元件221与第一初级绕线23的效用。

次级绕线26、27分别缠绕于第一屏蔽元件221上，而其余的次级绕线25、28、29则缠绕于次级绕线26、27上。第二屏蔽元件222设置于多个次级绕线25～29上，且可为但不限于由一金属薄片所构成。在一些实施例中，次级绕线25～29与第一屏蔽元件221、第二屏蔽元件222之间分别设置绝缘物质30而彼此隔离，另外次级绕线25、28、29与次级绕线27之间同样通过设置绝缘物质30而彼此隔离。

在本实施例中，第二初级绕线24缠绕于第二屏蔽元件222上，且可由第三绕线部241及第四绕线部242所构成，其中第三绕线部241的端部241a连接于与变压器22的接脚P2而与电源转换电路2的电源输入端VIN电连接，且第三绕线部241邻设于第二屏蔽元件222进而与多个次级绕线25～29相邻近，第四绕线部242则缠绕于第三绕线部241上，且通过端部242a连接于变压器22的接脚P3而与第一初级绕线23电连接。当然，在其它实施例中，第二初级绕线24与第二屏蔽元件222之间也可设置绝缘物质30而彼此隔离。

在一些实施例中，变压器22的第一辅助绕线200及第二辅助绕线201则可缠绕于第二初级绕线24上而位于变压器22的最外层，且第一辅助绕线200及第二辅助绕线201的两侧分别设有绝缘物质30，即第一辅助绕线200及第二辅助绕线201与第二初级绕线24之间可通过绝缘物质30来进行隔绝。由于第一辅助绕线200与第二辅助绕线201是设置于变压器22的绕线基座223的最外层而包覆第一初级绕线23、第二初级绕线24、多个次级绕线25～29、第一屏蔽元件221以及第二屏蔽元件222，故可使变压器22的结构较为紧实，进而加强第一初级绕线23、第二初级绕线24与多个次级绕线25～29之间的电磁耦合率。

请再参阅图2并配合图3，当电源转换电路2的开关元件21通过控制端211所接收的控制信号而重复地作切换动作时，会于第一初级绕线23及第二初级绕线24上产生极大的电磁干扰，且由于第一初级绕线23的第一绕线部231的端部231a直接与开关元件21的第一电流传导端212电连接，故第一绕线部231的电磁干扰相对大于第二绕线部232，然而因为第一绕线部231设置于变压器22的绕线基座223的最内层且靠近磁芯组224，因此变压器22便可通过磁芯组224的轴心2241来屏蔽第一绕线部231上的电磁干扰，进而减少变压器22的内部元件受电磁干扰的影响。此外由于电磁干扰较小的第二绕线部232缠绕于第一绕线部231上而与多个次级绕线25～29邻近，因此可提升第一初级绕线23与多个次级绕线25～29间的电磁耦合率。

再者，由于第二初级绕线24的第三绕线部241的端部241a连接于变压器22的接脚P2而与电源转换电路2的电源输入端VIN电连接，进而接收电源输入端VIN所传送的电源信号，而第四绕线部242相较于第三绕线部241则较为靠近开关元件21的第一电流传导端212，故第三绕线部241的电磁干扰小于第四绕线部242，又因第三绕线部241设置于第二屏蔽元件222上而与次级绕线25～29相邻设，而第四绕线部242则缠绕于第三绕线部241而远离多个次级绕线25～29，因此可提升第二初级绕线24与次级绕线25～29间的电磁耦合率。

另外，变压器22的第一屏蔽元件221及第二屏蔽元件222同样可具有减少变压器22受电磁干扰影响的功效，因第一屏蔽元件221及第二屏蔽元件222分别设置于第一初级绕线23及第二初级绕线24与多个次级绕线25～29之间，因此第一初级绕线23及第二初级绕线24上的电磁干扰便传导至第一屏蔽元件221及第二屏蔽元件222上，又因第一屏蔽元件221及第二屏蔽元件222连接至接地端G1，因此可将电磁干扰由接地端G1导出，如此一来，便可阻隔第一初级绕线23及第二初级绕线24将本身的电磁干扰传递至多个次级绕线25～29，使得第一初级绕线23、第二初级绕线24与多个次级绕线25～29间的电磁耦合率增加，进而提升变压器22的转换效率。

请再参阅图2，在一些实施例中，电源转换电路2还具有一跳线路径J1，其一端与第一屏蔽元件221、第二屏蔽元件222连接，另一端则经由电阻R1与开关元件21电连接，该跳线路径J1用以使第一屏蔽元件221、第二屏蔽元件222、开关元件21以及第一初级绕线23及第二初级绕线24之间形成一个路径最短的回路，使第一初级绕线23及第二初级绕线24所产生的电磁干扰还可于该回路中重复地传导，如此一来该电磁干扰便无法往电源转换电路2的其它路径发散，可提升变压器22的转换效率。

综上所述，本发明的用以减少电磁干扰影响的变压器及其适用的电源转换电路通过将具有最大电磁干扰的第一初级绕线的第一绕线部邻设于磁芯组、电磁干扰较小的第一初级绕线的第二绕线部与第二初级绕线的第三绕线部分别设置于第一初级绕线的第二绕线部及第二初级绕线的第四绕线部，而与多个次级绕线相邻近，以及通过设置于第一初级绕线、多个次级绕线之间的第一屏蔽元件与设置于第二初级绕线与多个次级绕线之间的第二屏蔽元件，故可减少变压器受电磁干扰的影响，而提升变压器的第一初级绕线、第二初级绕线与次级绕线间的电磁耦合率，使得变压器可减少漏电感而提高转换效率。是以本发明的用以减少电磁干扰影响的变压器及其适用的电源转换电路极具产业的价值，而依法提出申请。

本发明得由本领域普通技术人员可做出各种修改，然而皆不脱离如所附权利要求书所欲保护的范围。

Claims (10)

1.一种变压器，至少包含：

一绕线基座；

一磁芯组，部分穿设该绕线基座；

一第一初级绕线，缠绕于该绕线基座上，且由一第一绕线部及一第二绕线部所构成，其中该第一绕线部的电磁干扰大于该第二绕线部；

一次级绕线，缠绕于该第一初级绕线上；以及

一第一屏蔽元件，设置于该第一初级绕线及该次级绕线之间，用以阻隔该第一初级绕线的电磁干扰传导至该次级绕线；

其中，该第一初级绕线的该第一绕线部与该磁芯组相邻设，以通过该磁芯组来屏蔽该第一绕线部的电磁干扰，该第二绕线部缠绕于该第一绕线部上而与该次级绕线相邻近，以增加该第一初级绕线及该次级绕线的电磁耦合率。

2.如权利要求1所述的变压器，其中该变压器还具有一第二初级绕线，缠绕于该次级绕在线，且该第二初级绕线由一第三绕线部及一第四绕线部所构成，而该第一初级绕线、该第二初级绕线以及该次级绕线采用三明治绕法，使该次级绕线缠绕于该第一初级绕线及该第二初级绕线之间。

3.如权利要求2所述的变压器，其中该变压器还具有一第二屏蔽元件，设置于该第二初级绕线及该次级绕线间，用以阻隔该第二初级绕线的电磁干扰传导至该次级绕线，而该第一屏蔽元件及该第二屏蔽元件分别为一金属薄片所构成。

4.如权利要求3所述的变压器，其中该第三绕线部的电磁干扰小于该第四绕线部，且该第三绕线部缠绕于该第二屏蔽元件上而与该次级绕线相邻近，该第四绕线部缠绕于该第三绕线部上，增加该第二初级绕线及该次级绕线间的电磁耦合率。

5.如权利要求4所述的变压器，其中该第一初级绕线与该第一屏蔽元件间、该次级绕线与该第一屏蔽元件间，该次级绕线与该第二屏蔽元件间以及该第二初级绕线与该二屏蔽元件间分别设置一绝缘物质以彼此隔离，而该绝缘物质为一绝缘胶带。

6.一种电源转换电路，至少包含：

一开关元件；

一电源输入端，用以接收一电源信号；以及

一变压器，与该电源输入端及该开关元件电连接，用以接收并转换该电源信号，该变压器至少包含：

一绕线基座；

一磁芯组，部分穿设该绕线基座；

一第一初级绕线，缠绕于该绕线基座上，且具有一第一绕线部及一第二绕线部，其中该第一绕线部与该开关元件电连接，该第一绕线部的电磁干扰大于该第二绕线部；

一次级绕线，缠绕于该第一初级绕线上；以及

一第一屏蔽元件，设置于该第一初级绕线及该次级绕线之间，用以阻隔该第一初级绕线的电磁干扰传导至于该次级绕线；

其中，该第一初级绕线的该第一绕线部与该磁芯组相邻设，以通过该磁芯组来屏蔽该第一绕线部的电磁干扰，该第二绕线部缠绕于该第一绕线部上而与该次级绕线相邻，以增加该第一初级绕线及该次级绕线的电磁耦合率。

7.如权利要求6所述的电源转换电路，其中该变压器结构还具有一第二初级绕线，缠绕于该次级绕线上，且该第二初级绕线由一第三绕线部及一第四绕线部所构成，其中该第三绕线部与该电源输入端电连接，该第四绕线部与该第一初级绕线电连接，且该第三绕线部的电磁干扰小于该第四绕线部，而该开关元件为一N沟道金属氧化物半导体场效晶体管。

8.如权利要求7所述的电源转换电路，其中该变压器还具有一第二屏蔽元件，设置于该第二初级绕线及该次级绕线间，用以阻隔该第二初级绕线的电磁干扰传导至该次级绕线。

9.如权利要求8所述的电源转换电路，其中该第二初级绕线的该第三绕线部缠绕于该第二屏蔽元件上而与该次级绕线相邻近，该第四绕线部缠绕于该第三绕线部上，以增加该第二初级绕线及该次级绕线间的电磁耦合率。

10.如权利要求8所述的电源转换电路，其中该电源转换电路还具有一跳线路径，该跳线路径与该第一屏蔽元件、该第二屏蔽元件以及该开关元件电连接，用以使该第一初级绕线、该第二初级绕线、该第一屏蔽元件、该第二屏蔽元件以及该开关元件间形成路径最小的一回路，以使该第一初级绕线及该第二初级绕线的电磁干扰于该回路中传导，以减少该电磁干扰的发散。

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