CN102231318A - 一种三明治绕法变压器中降低共模干扰的方法及变压器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的三明治绕法变压器中降低共模干扰的方法及变压器,在次级绕组与其相邻绕组之间分别设置一个屏蔽绕组,这样可以降低初级绕组和次级绕组之间的寄生电容,并且为共模电流提供了新的通路,使共模电流导入GND,因此可以降低共模电流引起的共模干扰。
Description
技术领域
本发明涉及三明治绕法变压器技术领域,特别涉及一种三明治绕法变压器中降低共模干扰的方法及变压器。
背景技术
首先介绍三明治绕法:当变压器包括初级绕组和次级绕组时,将初级绕组分为两半,一半绕在最外边,一半绕在最里边,中间绕制次级绕组;当变压器包括初级绕组、次级绕组和辅助绕组时,同理将初级绕组分为两半,一半绕在最外边,一半绕在最里边,中间绕制次级绕组和辅助绕组。
参见图1,该图为现有技术中三明治绕法变压器的原理图。该变压器包括两组输入绕组(第一组初级绕组A1和第二组初级绕组A2)、一个次级绕组C、一个辅助绕组B和一个高磁通密度的磁芯。A2的两个终端为1和2,A1的两个终端为2和3,B的两个终端为4和5,C的两个终端为8和10。
参见图2,该图为图1对应的横截面图。
在开关电源中,为了使初级绕组和次级绕组充分耦合,提高开关电源的转换效率,开关电源中的变压器常采用三明治绕法。但是,三明治绕法会引起变压器初级绕组和次级绕组之间的寄生电容增加(理论上是顺绕方法的两倍),寄生电容将引起开关电源的共模干扰上升。
参见图3,该图为现有技术中原边控制的开关电源变换器的原理图。
所述变换器1包括:整流桥106、输入滤波电容107、功率开关101、控制芯片104、变压器103、整流二极管102、输出电容108和Y电容Cy。
输入的交流电AC经过整流桥106整流后,再经过输入滤波电容107滤波后提供给变压器103。其中,所述变压器103具有储存和传输能量的功能,其包括初级绕组A、次级绕组C、与初级绕组A耦合的辅助绕组B;所述辅助绕组B用于为控制芯片104提供能量,控制芯片104用于控制功率开关101的开通和关断。次级绕组C输出的电源经过整流二极管102的整流和输出电容108的滤波,最后输出稳定的电压Vout和电流。
Y电容Cy连接于初级绕组A和次级绕组C之间,为共模电流提供了低阻抗的通路,从而降低共模干扰。但是,Cy仅可以减少部分的共模干扰,不能有效抑制共模干扰。
下面介绍现有技术中三明治绕法变压器的寄生电容。参见图4,该图为现有技术中三绕组变压器中寄生电容的示意图。
图4所示的变压器包括两组初级绕组(第一组初级绕组A1和第二组初级绕组A2)、一个次级绕组C、一个辅助绕组B和一个高磁通密度的磁芯X。
功率开关在开关过程中,由于电压的瞬时变化,将在变压器回路中产生高频的共模电流,共模电流在变压器绕组之间的寄生电容中流动。
寄生电容包括:第二组初级绕组A2与磁芯X之间的寄生电容C1,第二组初级绕组A2层间的寄生电容C2,第二组初级绕组A2与次级绕组C之间的寄生电容C3,次级绕组C与辅助绕组B之间的寄生电容C4,辅助绕组B与第一组初级绕组A1之间的寄生电容C5,第一组初级绕组A1层间电容C6以及第一组初级绕组A1到磁芯X之间的寄生电容C7。
其中,以上各图中采用黑点标识各绕组的同名端。
综上所述,目前的三明治绕法变压器还没有有效的措施可以大幅降低共模干扰。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种三明治绕法变压器中降低共模干扰的方法及变压器,能够有效降低共模干扰。
本发明提供一种三明治绕法变压器中降低共模干扰的方法,其中变压器包括初级绕组、次级绕组和辅助绕组,所述初级绕组包括第一组初级绕组和第二组初级绕组,所述第一组初级绕组、第二组初级绕组、次级绕组和辅助绕组采用三明治绕法,
设置两组屏蔽绕组,所述屏蔽绕组设置在次级绕组与其相邻绕组之间。
优选地,所述次级绕组两侧的屏蔽绕组分别为第一屏蔽绕组和第二屏蔽绕组,所述变压器的绕法具体为,
从磁芯的底层向外层依次绕制有:所述第一组初级绕组、所述辅助绕组、所述第一屏蔽绕组、所述次级绕组、所述第二屏蔽绕组和所述第二组初级绕组。
优选地,所述第一组初级绕组由单股漆包线分两层绕制;所述第二组初级绕组由单股漆包线分一层绕制。
优选地,所述辅助绕组由单股漆包线分一层绕制。
优选地,所述输出绕组由三层绝缘线分一层绕制。
优选地,所述第一屏蔽绕组和第二屏蔽绕组均由单股漆包线分一层绕制。
优选地,所述第一屏蔽绕组的匝数和第二屏蔽绕组的匝数均为第一组初级绕组或第二组初级绕组的单层匝数的1-2倍。
本发明提供一种三明治绕法的变压器,变压器包括初级绕组、次级绕组和辅助绕组,所述初级绕组包括第一组初级绕组和第二组初级绕组,所述第一组初级绕组、第二组初级绕组、次级绕组和辅助绕组采用三明治绕法,其特征在于,还包括:
两组屏蔽绕组,所述两组屏蔽绕组分别设置在次级绕组与其相邻绕组之间。
优选地,所述两组屏蔽绕组分别为第一屏蔽绕组和第二屏蔽绕组,所述变压器的结构具体为,
从磁芯的底层向外层依次绕制有:所述第一组初级绕组、所述辅助绕组、所述第一屏蔽绕组、所述次级绕组、所述第二屏蔽绕组和所述第二组初级绕组。
优选地,所述第一组初级绕组由单股漆包线分两层绕制;所述第二组初级绕组由单股漆包线分一层绕制。
优选地,所述辅助绕组由单股漆包线分一层绕制。
优选地,所述输出绕组由三层绝缘线分一层绕制。
优选地,所述第一屏蔽绕组和第二屏蔽绕组均由单股漆包线分一层绕制。
优选地,所述第一屏蔽绕组的匝数和第二屏蔽绕组的匝数均为第一组初级绕组或第二组初级绕组的单层匝数的1-2倍。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
本发明提供的三明治绕法变压器中降低共模干扰的方法及变压器,在次级绕组与其相邻绕组之间分别设置一个屏蔽绕组,这样可以降低初级绕组和次级绕组之间的寄生电容,并且为共模电流提供了新的通路,使共模电流导入GND,因此可以降低共模电流引起的共模干扰。
附图说明
图1是现有技术中三明治绕法变压器的原理图;
图2是为图1对应的横截面图;
图3是现有技术中原边控制的开关电源变换器的原理图;
图4是现有技术中三绕组变压器中寄生电容的示意图;
图5是本发明开关电源中共模电流的传输路径示意图;
图6是本发明提供的三明治绕法变压器的原理示意图;
图7是图6对应的变压器的横截面示意图;
图8是本发明提供的带有屏蔽绕组的三明治绕法变压器的等效电路图;
图9是现有技术中没有屏蔽绕组的三明治绕法变压器的等效电路图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解和实施本发明的技术方案,下面介绍开关电源中共模电流的传输路径。
参见图5,该图为开关电源中共模电流的传输路径示意图。
对于该开关电源变换器,其EMI的传导干扰,采用线性阻抗稳定网络(LISN:Line Impedance Stabilization Network)301进行传导测试。受试设备(EUT:Equipment Under Test)产生的干扰源通过LISN内部的高通滤波器和50Ω的电阻,将干扰电流转换成相应的电压值,由接收机进行分析。传导干扰中的共模干扰一般是由于开关过程中电压的瞬态变化产生的,电压的瞬态变化会通过寄生电容在两根输入电源线上同方向流动,并分别与大地构成电流回路,即同时作为共模电流的源线和回线。
共模干扰源有功率开关101和整流二极管102,功率开关101产生的共模电流通过变压器103的初级绕组与次级绕组间的寄生电容和次级输出线对大地之间的电容,与LISN301构成回路;整流二极管102产生的共模电流通过次级绕组对初级绕组的寄生电容和次级输出线对大地的电容与LISN301构成回路。两路信号在LISN301上之和即为接收机所接收的信号,当两路信号之和越小,变换器对电网的干扰越小,EMI效果越好。
由于绕组之间存在的寄生电容为共模电流提供了通路,因此,共模电流通过寄生电容形成的回路,在LISN上形成共模干扰。因此,为了降低共模电流产生的共模干扰,本发明在变压器上添加了屏蔽绕组,以屏蔽共模干扰。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
参见图6,该图为本发明提供的三明治绕法变压器的原理示意图。
本发明提供的三明治绕法变压器中降低共模干扰的方法,其中变压器包括初级绕组、次级绕组C和辅助绕组B,所述初级绕组包括第一组初级绕组A1和第二组初级绕组A2,所述第一组初级绕组A1、第二组初级绕组A2、次级绕组C和辅助绕组B采用三明治绕法。
本发明在所述次级绕组C与其相邻的绕组之间各设置一组屏蔽绕组,例如,两组屏蔽绕组分别为第一屏蔽绕组D1和第二屏蔽绕组D2。优选地,在所述辅助绕组B和次级绕组C之间设置第一屏蔽绕组D1;在所述次级绕组C和第二组初级绕组A2之间设置第二屏蔽绕组D2。
三明治绕法的变压器增加了初级绕组和次级绕组的耦合面积,使得初级绕组和次级绕组有两个相邻的绕组,初级绕组和次级绕组的匝比很高,因此次级绕组的dV/dt可以引起初级绕组的同名端的电压摆动比较大,由此产生共模噪声,而本发明在三明治绕法的变压器的次级绕组的两侧各加入一个屏蔽绕组,并且屏蔽绕组接于初级绕组的GND,使产生共模噪声的共模电流直接导入初级绕组的GND,以降低共模噪声。
参见图7,该图为图6对应的变压器的横截面示意图。
结合图7说明本发明提供的三明治绕法的具体实现方式,如图7所示,所述变压器的绕法具体为,
从所述磁芯X的底层向外层依次绕制有:所述第一组初级绕组A1、所述辅助绕组B、所述第一屏蔽绕组D1、所述次级绕组C、所述第二屏蔽绕组D2和所述第二组初级绕组A2。
图7中黑点表示同名端。其中,3,4,8是同名端,当3端相对于1端电压为正时,4端相对于5端的电压,8端相对于10端的电压也为正。
所述第一组初级绕组A1的两个终端为2和3;所述辅助绕组B的两个终端为4和5;所述第一屏蔽绕组D1的一端为5;所述第二屏蔽绕组D2的一端为5;所述次级绕组的两个终端为8和10;所述第二初级绕组的两个终端为1和2。
所述第一组初级绕组A1由单股漆包线分两层绕制;所述第二组初级绕组A2由单股漆包线分一层绕制。
所述辅助绕组B由单股漆包线分一层绕制。
所述输出绕组C由三层绝缘线分一层绕制。
所述第一屏蔽绕组D1和第二屏蔽绕组D2均由单股漆包线分一层绕制。可以有效减小初级绕组和次级绕组次之间的寄生电容。
所述第一屏蔽绕组D1的匝数和第二屏蔽绕组D2的匝数均为第一组初级绕组A1或第二组初级绕组A2的单层匝数的1-2倍。
从图7中可以看出,该三明治变压器的绕法中初级绕组一分为二,分为第一组初级绕组A1和第二组初级绕组A2,这两组初级绕组绕制在最外边。次级绕组C和辅助绕组B绕制在第一组初级绕组A1和第二组初级绕组A2之间。
优选地,本实施例中的变压器中的各个绕组的每一层可以根据需要选择合适的线径,以使每一层绕组均铺满骨架。
下面结合附图说明本发明带来的有益效果。
参见图8,该图为本发明提供的带有屏蔽绕组的三明治绕法变压器的等效电路图。
屏蔽绕组可以是绕组屏蔽,也可以是铜皮屏蔽。
初级绕组A的两个终端分别是1和3,次级绕组C的两个终端分别是8和10。
屏蔽绕组的一端连接初级绕组A的终端3,使得屏蔽绕组的一端与初级绕组的终端3的电势相同,从而使初级绕组A和次级绕组C之间的感应电荷发生变化,改变了初级绕组A和初级绕组C之间的寄生电容的分布。
从图8中可以看出,初级绕组A对次级绕组C的寄生电容为Cps,次级绕组C对初级绕组A的寄生电容为Csp。
参见图9,该图为现有技术中没有屏蔽绕组的三明治绕法变压器的等效电路图。
图9为没有屏蔽绕组的变压器的等效模型。
初级绕组A的两个终端分别为1和3,次级绕组C的两个终端分别为8和10。
初级绕组A和次级绕组C之间由于存在着电势差,因此会在两个绕组之间产生感应电荷,因此,在初级绕组A和次级绕组C之间存在着寄生电容Cps.Cps与初级绕组和次级绕组之间的电势差、初级绕组与次级绕组之间的距离、及初级绕组和次级绕组间的面积有关。
从图9中可以看出,没有设置屏蔽绕组的变压器没有使初级绕组和次级绕组之间的感应电荷发生变化,也没有为共模电流提供新的通路。
基于上述三明治绕法变压器中降低共模干扰的方法,本发明还提供了一种三明治绕法的变压器,下面结合具体实施例来详细说明其组成部分。
本发明实施例提供的三明治绕法的变压器,包括初级绕组、次级绕组和辅助绕组,所述初级绕组包括第一组初级绕组和第二组初级绕组,所述第一组初级绕组、第二组初级绕组、次级绕组和辅助绕组采用三明治绕法,还包括:
两组屏蔽绕组,所述两组屏蔽绕组分别设置在次级绕组与其相邻的绕组之间。
具体地:两组屏蔽绕组分别为第一屏蔽绕组和第二屏蔽绕组,所述辅助绕组和输出绕组之间设置的第一屏蔽绕组;所述输出绕组和第二组初级绕组之间设置的第二屏蔽绕组。
因为三明治绕法变压器的共模干扰主要来源于初级绕组和次级绕组之间产生的寄生电容。因此,本申请在次级绕组的两侧各设置一个屏蔽绕组,这样可以降低寄生电容,并且为共模电流提供的新的通路,因此可以有效降低共模干扰。
本实施例提供的所述变压器的结构优选的具体为,从所述磁芯的底层向外层依次绕制有:所述第一组初级绕组、所述辅助绕组、所述第一屏蔽绕组、所述次级绕组、所述第二屏蔽绕组和所述第二组初级绕组。
所述第一组初级绕组由单股漆包线分两层绕制;所述第二组初级绕组由单股漆包线分一层绕制。
所述辅助绕组由单股漆包线分一层绕制。
所述输出绕组由三层绝缘线分一层绕制。
所述第一屏蔽绕组和第二屏蔽绕组均由单股漆包线分一层绕制。
所述第一屏蔽绕组的匝数和第二屏蔽绕组的匝数均为第一组初级绕组或第二组初级绕组的单层匝数的1-2倍。
优选地,本实施例中的变压器中的各个绕组的每一层可以根据需要选择合适的线径,以使每一层绕组均铺满骨架。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围情况下,都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰,或修改为等同变化的等效实施例。因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰,均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (14)
1.一种三明治绕法变压器中降低共模干扰的方法,其中变压器包括初级绕组、次级绕组和辅助绕组,所述初级绕组包括第一组初级绕组和第二组初级绕组,所述第一组初级绕组、第二组初级绕组、次级绕组和辅助绕组采用三明治绕法,其特征在于,
设置两组屏蔽绕组,所述屏蔽绕组设置在次级绕组与其相邻绕组之间。
2.根据权利要求1所述的三明治绕法变压器中降低共模干扰的方法,其特征在于,所述次级绕组两侧的屏蔽绕组分别为第一屏蔽绕组和第二屏蔽绕组,所述变压器的绕法具体为,
从磁芯的底层向外层依次绕制有:所述第一组初级绕组、所述辅助绕组、所述第一屏蔽绕组、所述次级绕组、所述第二屏蔽绕组和所述第二组初级绕组。
3.根据权利要求2所述的三明治绕法变压器中降低共模干扰的方法,其特征在于,所述第一组初级绕组由单股漆包线分两层绕制;所述第二组初级绕组由单股漆包线分一层绕制。
4.根据权利要求2所述的三明治绕法变压器中降低共模干扰的方法,其特征在于,所述辅助绕组由单股漆包线分一层绕制。
5.根据权利要求2所述的三明治绕法变压器中降低共模干扰的方法,其特征在于,所述输出绕组由三层绝缘线分一层绕制。
6.根据权利要求2所述的三明治绕法变压器中降低共模干扰的方法,其特征在于,所述第一屏蔽绕组和第二屏蔽绕组均由单股漆包线分一层绕制。
7.根据权利要求2所述的三明治绕法变压器中降低共模干扰的方法,其特征在于,所述第一屏蔽绕组的匝数和第二屏蔽绕组的匝数均为第一组初级绕组或第二组初级绕组的单层匝数的1-2倍。
8.一种三明治绕法的变压器,其特征在于,变压器包括初级绕组、次级绕组和辅助绕组,所述初级绕组包括第一组初级绕组和第二组初级绕组,所述第一组初级绕组、第二组初级绕组、次级绕组和辅助绕组采用三明治绕法,其特征在于,还包括:
两组屏蔽绕组,所述两组屏蔽绕组分别设置在次级绕组与其相邻绕组之间。
9.根据权利要求8所述的三明治绕法变压器,其特征在于,所述两组屏蔽绕组分别为第一屏蔽绕组和第二屏蔽绕组,所述变压器的结构具体为,
从磁芯的底层向外层依次绕制有:所述第一组初级绕组、所述辅助绕组、所述第一屏蔽绕组、所述次级绕组、所述第二屏蔽绕组和所述第二组初级绕组。
10.根据权利要求9所述的三明治绕法变压器,其特征在于,所述第一组初级绕组由单股漆包线分两层绕制;所述第二组初级绕组由单股漆包线分一层绕制。
11.根据权利要求9所述的三明治绕法变压器,其特征在于,所述辅助绕组由单股漆包线分一层绕制。
12.根据权利要求9所述的三明治绕法变压器,其特征在于,所述输出绕组由三层绝缘线分一层绕制。
13.根据权利要求9所述的三明治绕法变压器,其特征在于,所述第一屏蔽绕组和第二屏蔽绕组均由单股漆包线分一层绕制。
14.根据权利要求9所述的三明治绕法变压器,其特征在于,所述第一屏蔽绕组的匝数和第二屏蔽绕组的匝数均为第一组初级绕组或第二组初级绕组的单层匝数的1-2倍。
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