CN103065773B - 低噪声的开关电源变压器及低噪声开关电源 - Google Patents

低噪声的开关电源变压器及低噪声开关电源 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低噪声的开关电源变压器，所述变压器的初级绕组和次级绕组分别是由匝数相等的一对线圈构成的对称绕组，每对线圈同名端绕向相反。还公开一种低噪声开关电源，包括该公开的变压器。本发明提供的变压器的初级绕组和次级绕组产生的高频交流电压分布所产生的电场互相抵消，不会通过初次级之间的电容耦合至次级线圈，从而抑制了共模干扰。

Description

低噪声的开关电源变压器及低噪声开关电源
技术领域
本发明涉及开关电源技术领域，特别涉及一种低噪声的开关电源变压器及低噪声开关电源。
背景技术
开关电源的效率高，体积小，大功率低噪声的开关电源在半导体制造产业线上广泛使用，但和线性电源相比，开关电源的电磁干扰比较严重，是使用中一个突出问题，开关电源的电磁干扰既可以对供电线路造成污染，也会对负载或其它电气设备形成干扰，因此，电磁兼容设计是开关电源的设计中的重要部分。在微电子工艺设备中，既有大功率的机电部件，又有灵敏度极高的传感装置和精密的控制装置，为了防止部件与装置之间通过电源产生干扰，开关电源的电磁兼容设计尤为重要。
在开关电源中，开关管、整流管在高频通断时产生较大幅度的脉冲，频带较宽而且谐波丰富，是很强的干扰源。通常采用图1的滤波电路抑制这些干扰。其中电容C1、C2(称为X电容)主要抑制差模干扰，电容C3、C4(称为Y电容)和共模滤波器L主要抑制共模干扰。
在开关电源中，输入输出之间由变压器进行隔离。变压器初级线圈加有高频交流电压，将电功率通过磁路传输到变压器次级一边；而同时，变压器初级一边的高频交流电压通过初级与次级之间的分布电容C耦合至次级，形成共模干扰。在图1的结构中，通过将开关电源的输入负极接地来吸收这个共模干扰，即使地线未接或未可靠连接，共模干扰将通过Y电容C3、C4耦合至零线和火线，同样可以被吸收。
这种方案存在两个问题：
1.如果未可靠接地，由于Y电容的存在，开关电源的负输出端连同整个外壳将对地具有供电电压一半的电压，容易导致人员触电，产生漏电威胁精密器件的安全，并且对传感器检测到的信号产生工频干扰。
2.输出必须有一端接地，不能用于要求电源不共地的设计中。
通过减小变压器分布电容C的影响，有望将高频共模干扰降低到一定程度，从而达到去掉或减小Y电容，并且输出端不必接地的效果，解决以上两个问题。而如果仅仅是通过将初级绕组与次级绕组远离的方式来减小耦合电容C，那么变压器的漏感将会增大，影响其转换效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种有效的降低共模干扰的一种低噪声的开关电源变压器及低噪声开关电源。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种低噪声的开关电源变压器，所述变压器的初级绕组和次级绕组分别是由一对线圈构成的对称绕组，每对线圈的匝数相等，同名端绕向相反。
本发明还提供一种低噪声开关电源，包括所述变压器。
进一步地，所述低噪声开关电源的一种结构还包括半桥驱动管Q1、Q2，二极管D1、D2、电容C；
所述初级绕组的A端连接所述半桥驱动管Q1和Q2之间，a端与b端连接后再通过电容C接地；所述初级绕组的B端悬空，b端与a端连接；所述次级绕组的一端相连，另一端是两个异名端，其中，一异名端与所述二极管D1连接，另一异名端与所述二极管D2连接。
进一步地，所述低噪声开关电源的另一种结构还包括推挽驱动管Q1、Q2，二极管D1、D2；所述初级绕组的A端连接推挽驱动管Q2，B端连接推挽驱动管Q1，a端和b端连接后与直流供电电源VCC连接；
所述次级绕组的一端相连，另一端是两个异名端，其中，一异名端与所述二极管D1连接，另一异名端与所述二极管D2连接。
本发明提供的变压器的初级绕组和次级绕组产生的高频交流电压分布所产生的电场互相抵消，从而抑制了共模干扰。
附图说明
图1为现有开关电源中抑制干扰的滤波电路的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的线圈在E型磁芯骨架上绕制的示意图；
图3为本发明实施例提供的线圈在磁环上绕制的示意图；
图4为本发明实施例提供的半桥开关电源的示意图；
图5为本发明实施例提供的推挽式开关电源的示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供一种变压器的制备方法，其包括由两根等长的导线同时开始在磁芯上绕制，同名端绕向相反，最后同时绕制结束，从而形成对称的绕组。对称的绕组包括初级绕组和次级绕组。初级绕组和次级绕组分别是由匝数相等的一对线圈构成的对称绕组，每对线圈同名端绕向相反。设绕制的第一匝编号为1，第N匝编号为N，则对称绕组中，相同编号的线圈始终是靠近的。每绕1匝，对称绕组产生两个交叉点。参见图2、3，本发明实施例提供的变压器，其绕组Aa和Bb均组成一对对称绕组，其匝数相等，结构对称，绕向相反。该变压器结构和绕法的原理是：如果在对称绕组的一个上加高频交流电压(例如Aa)，该绕组的各处将会产生一个高频交流电压的分布；而同时会在对称绕组的另一个(例如Bb)上各处产生与其大小相等，极性相反的高频交流电压分布。两个线圈产生的高频交流电压分布所产生的电场互相抵消，不会通过初次级之间的电容耦合至次级线圈，从而抑制了共模干扰。下面结合图4、5所示的具体实施例对本发明提出的变压器应用在开关电源进行具体说明。
实施例1
参见图4，半桥开关电源包括变压器、半桥驱动管Q1、Q2，二极管D1、D2及电容C。初级绕组和次级绕组各具有两个对称的绕组，同名端方向相反。初级绕组的A端连接半桥驱动管Q1和Q2之间，a端与b端连接后再通过电容C接地；初级绕组的B端悬空，b端与a端连接；次级绕组的一端相连，另一端是两个异名端，其中，一异名端与二极管D1连接，另一异名端与二极管D2连接。二极管D1和D2用于进行全波整流。此时初级绕组的a端和b端通过电容C交流接地，对大地无高频共模电压；A端至a端的高频共模电压分布被B端至b端的感应电压分布所抵消，Aa与Bb这对线圈构成的整体不会产生对外的高频辐射电场，因此不会通过分布电容耦合至次级绕组。
实施例2
参见图5，推挽式开关电源包括变压器、推挽驱动管Q1、Q2，二极管D1、D2。初级绕组和次级绕组各具有两个对称的绕组，同名端方向相反。推挽驱动管Q1和Q2轮流导通。初级绕组的A端连接推挽驱动管Q2，B端连接推挽驱动管Q1，a端和b端连接后与直流供电电源VCC连接。次级绕组的一端相连，另一端是两个异名端，其中，一异名端与所述二极管D1连接，另一异名端与所述二极管D2连接。二极管D1和D2用于进行全波整流。此时初级绕组的a端和b端连接VCC，对大地无高频共模电压；A端至a端、B端至b端中任何位置产生的高频共模电压分布均会在其对称线圈的同一位置产生大小相等，极性相反的分布，不会产生对外的高频辐射电场，因此不会通过分布电容耦合至次级绕组。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种低噪声的开关电源变压器，其特征在于：
所述变压器的初级绕组和次级绕组分别是由匝数相等的一对线圈构成的对称绕组，每对线圈同名端绕向相反。
2.一种低噪声开关电源，其特征在于：
所述低噪声开关电源包括权利要求1所述的变压器。
3.根据权利要求2所述的开关电源，其特征在于，还包括：
第一半桥驱动管(Q1)、第二半桥驱动管(Q2)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)和电容(C)；
所述初级绕组的A端连接所述第一半桥驱动管(Q1)和所述第二半桥驱动管(Q2)之间，a端与b端连接后再通过所述电容(C)接地；所述初级绕组的B端悬空，b端与a端连接；所述次级绕组的一端相连，另一端是两个异名端，其中，一异名端与所述第一二极管(D1)连接，另一异名端与所述第二二极管(D2)连接。
4.根据权利要求2所述的开关电源，其特征在于，还包括：
第一推挽驱动管(Q1)，第二推挽驱动管(Q2)，第一二极管(D1)，第二二极管(D2)；
所述初级绕组的A端连接所述第二推挽驱动管(Q2)，B端连接所述第一推挽驱动管(Q1)，a端和b端连接后与直流供电电源(VCC)连接；
所述次级绕组的一端相连，另一端是两个异名端，其中，一异名端与所述第一二极管(D1)连接，另一异名端与所述第二二极管(D2)连接。
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