CN103310956B - 一种可抑制共模电流的变压器及其功率变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种可抑制共模电流的变压器及其功率变换器，该变压器包括一次侧绕组；二次侧绕组；磁芯以及屏蔽绕线层，其上设置有第一屏蔽绕组和第二屏蔽绕组，第一屏蔽绕组的电压跳变方向与第二屏蔽绕组的电压跳变方向始终相反，该屏蔽绕线层耦接至一静地端，该静地端耦接至一次侧绕组或二次侧绕组。采用本发明，将屏蔽绕线层上的第一屏蔽绕组的电压跳变方向设置为与该第二屏蔽绕组的电压跳变方向始终相反，因而第一屏蔽绕组和第二屏蔽绕组各自的电压跳变所产生的电场对变压器其它绕组的影响可相互抵消，因而可抑制变压器一次侧绕组和二次侧绕组之间的共模电流。相比于现有技术，本发明的屏蔽绕线层还可实现自动化生产，降低生产成本，提高生产效率。

Description

一种可抑制共模电流的变压器及其功率变换器
技术领域
本发明涉及一种功率变换器，尤其涉及该功率变换器中的可抑制共模电流的变压器结构。
背景技术
在现有技术中，包括变压器的功率变换器通常都会产生共模噪音。如我们所熟知的，变压器包括一次侧绕组、磁芯和二次侧绕组，一般来说，在一次侧绕组与二次侧绕组之间、一次侧绕组和磁芯之间以及二次侧绕组和磁芯之间均存在寄生电容，当功率变换器在运行过程中，功率器件以较高频率反复地开通与关断时，会在变压器的一次侧绕组和/或二次侧绕组上产生电压跳变，该电压跳变通过上述寄生电容产生位移电流，该位移电流流入大地时，即形成功率变换器中的共模噪音。
当变压器中的绕组发生电压跳变时，一次侧绕组和/或二次侧绕组的绕组端子按照电压跳变情形，可分别称为“静地端”和“跳变端”，则相应地包括原边静地端、原边跳变端和/或副边静地端、副边跳变端。其中静地端是指对地电压不跳变或跳变频率远小于开关频率的端子，跳变端是指对地电压的跳变频率接近或大于开关频率的端子。
为了抑制带有变压器的功率变换器中形成的共模噪音，传统的解决方法是在于，采用一铜箔层来屏蔽变压器的一次侧绕组和二次侧绕组之间的共模电流。不妨假设一次侧绕组的匝数大于二次侧绕组的匝数，当发生电压跳变时，则一次侧绕组的电压跳变幅度大于二次侧的电压跳变幅度，此时一次侧绕组的电压跳变所造成的共模噪音占主导地位。通过在一次侧绕组和二次侧绕组之间绕制一铜箔屏蔽层，并将该铜箔屏蔽层电连接至一次侧绕组静地端，即原边静地端，因而，该铜箔屏蔽层上并没有电压跳变，从而一次侧绕组电压跳变产生的电场被该屏蔽层所屏蔽，进而减小了共模电流。然而，采用铜箔屏蔽层只能减小一次侧的电压跳变所产生的共模电流或者二次侧的电压跳变所产生的共模电流，并未从根本上抑制或平衡变压器的一次侧到二次侧的共模电流以及二次侧到一次侧的共模电流。此外，采用铜箔进行屏蔽的方法很难实现自动化加工，屏蔽层的制作和绕制均需人工完成，生产成本高，效率较低。
有鉴于此，如何设计一种可抑制共模电流的变压器，消除上述采用铜箔进行屏蔽的缺陷之一，在进一步减小共模噪音的同时，实现自动化生产并且降低生产成本，是业内相关技术人员亟待解决的一项课题。
发明内容
针对现有技术中的带有变压器的功率变换器在抑制共模电流时所存在的上述缺陷，本发明提供了一种可抑制共模电流的变压器以及包含该变压器的功率变换器。
依据本发明的一个方面，提供了一种可抑制共模电流的变压器，包括：
一一次侧绕组；
一二次侧绕组；
一磁芯；以及
一屏蔽绕线层，所述屏蔽绕线层上设置有一第一屏蔽绕组和一第二屏蔽绕组，所述第一屏蔽绕组的电压跳变方向与所述第二屏蔽绕组的电压跳变方向始终相反，
其中，所述屏蔽绕线层耦接至一静地端，并且所述静地端耦接至所述一次侧绕组或所述二次侧绕组。
所述屏蔽绕线层的每一层上包括所述第一屏蔽绕组和所述第二屏蔽绕组。
所述一次侧绕组包括一原边第一端子和一原边第二端子，所述原边第一端子为所述静地端，所述第一屏蔽绕组包括一第一跳变端和一第一静地端，所述第二屏蔽绕组包括一第二跳变端和一第二静地端，所述第一静地端与所述第二静地端耦接至所述原边第一端子。
所述二次侧绕组包括一副边第一端子和一副边第二端子，所述副边第一端子为所述静地端，所述第一屏蔽绕组包括一第一跳变端和一第一静地端，所述第二屏蔽绕组包括一第二跳变端和一第二静地端，所述第一静地端与所述第二静地端耦接至所述副边第一端子。
所述一次侧绕组包括一原边第一端子和一原边第二端子，所述原边第一端子为一原边跳变端，所述原边第一端子与所述静地端相耦接，所述第一屏蔽绕组包括一第一跳变端和一第一静地端，所述第二屏蔽绕组包括一第二跳变端和一第二静地端，所述第一静地端与所述第二静地端耦接至所述静地端。
所述二次侧绕组包括一副边第一端子和一副边第二端子，所述副边第一端子为一副边跳变端，所述副边第一端子与所述静地端相耦接，所述第一屏蔽绕组包括一第一跳变端和一第一静地端，所述第二屏蔽绕组包括一第二跳变端和一第二静地端，所述第一静地端与所述第二静地端耦接至所述静地端。
所述屏蔽绕线层经由一电阻、一电容、一电感或它们的组合连接至所述静地端。
在一实施例中，所述第一屏蔽绕组的匝数大于或小于所述第二屏蔽绕组的匝数。在另一实施例中，所述第一屏蔽绕组的匝数等于所述第二屏蔽绕组的匝数。
第一屏蔽绕组和第二屏蔽绕组设置为交叉绕制方式或顺序绕制方式。
所述屏蔽绕线层的所述第一屏蔽绕组与所述第二屏蔽绕组中的至少一个为所述一次侧绕组的辅助绕组。
所述屏蔽绕线层的所述第一屏蔽绕组与第二屏蔽绕组中的至少一个为所述二次侧绕组的辅助绕组。
所述屏蔽绕线层的所述第一屏蔽绕组或第二屏蔽绕组为所述一次侧绕组的一部分
所述屏蔽绕线层的所述第一屏蔽绕组或第二屏蔽绕组为所述二次侧绕组的一部分。
依据本发明的另一个方面，提供了一种功率变换器，所述功率变换器包括如上述本发明的一个方面所述的变压器。
在一实施例中，所述功率变换器为一正激变换器(forwardconverter)或一反激变换器(flybackconverter)。
在一实施例中，所述功率变换器为一半桥式变换器或一全桥式变换器。
采用本发明的可抑制共模电流的变压器，在同一屏蔽绕线层上设置一第一屏蔽绕组和一第二屏蔽绕组，并且将该第一屏蔽绕组的电压跳变方向设置为与该第二屏蔽绕组的电压跳变方向始终相反，因而第一屏蔽绕组和第二屏蔽绕组各自的电压跳变所产生的电场对变压器其他绕组的影响可相互抵消，因而可抑制变压器一次侧绕组和二次侧绕组之间的共模电流。此外，第一屏蔽绕组的匝数和第二屏蔽绕组的匝数可以自由调节，进而能够达到进一步减小共模电流的目的。相比于现有技术中的铜箔屏蔽方式，本发明的屏蔽绕线层可实现自动化生产，在降低生产成本的同时还可提高生产效率。
附图说明
读者在参照附图阅读了本发明的具体实施方式以后，将会更清楚地了解本发明的各个方面。其中，
图1示出包含一变压器的功率变换器在变压器的一次侧绕组和二次侧绕组之间形成共模电流的电路结构示意图；
图2示出图1中的功率变换器的一实施例的电路结构示意图；
图3示出本发明的可抑制共模电流的变压器的一实施例的结构示意图；
图4A示出图3中的变压器的屏蔽绕线层上的第一屏蔽绕组和第二屏蔽绕组匝数相同且采用交叉方式绕制的结构示意图；
图4B示出图3中的变压器的屏蔽绕线层上的第一屏蔽绕组和第二屏蔽绕组匝数相同且采用顺序方式绕制的结构示意图；
图4C示出图3中的变压器的屏蔽绕线层上的第一屏蔽绕组匝数小于第二屏蔽绕组匝数且采用交叉方式绕制的结构示意图；
图4D示出图3中的变压器的屏蔽绕线层上的第一屏蔽绕组匝数大于第二屏蔽绕组匝数且采用交叉方式绕制的结构示意图；
图5示出本发明的可抑制共模电流的变压器的另一实施例的结构示意图；
图6示出图5中的变压器的屏蔽绕线层采用交叉方式绕制的结构示意图；
图7示出本发明的可抑制共模电流的变压器的又一实施例的结构示意图；
图8示出图7中的变压器的屏蔽绕线层采用交叉方式绕制的结构示意图；以及
图9示出本发明的可抑制共模电流的变压器的再一实施例的电路结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请所揭示的技术内容更加详尽与完备，可参照附图以及本发明的下述各种具体实施例，附图中相同的标记代表相同或相似的组件。然而，本领域的普通技术人员应当理解，下文中所提供的实施例并非用来限制本发明所涵盖的范围。此外，附图仅仅用于示意性地加以说明，并未依照其原尺寸进行绘制。
于本发明的实施方式中，涉及“耦接(coupledwith)”之描述，其既可包括一组件透过其他组件而间接连接至另一组件，亦可包括一组件无须透过其他组件而直接连接至另一组件。
下面参照附图，对本发明各个方面的具体实施方式作进一步的详细描述。
图1示出包含一变压器的功率变换器在变压器的一次侧绕组和二次侧绕组之间形成共模电流的电路结构示意图。参照图1，该功率变换器包括一变压器105、一次侧电路103、二次侧电路104、滤波模块102和线路阻抗稳定网络(LISN，LineImpedanceStabilizingNetwork)101。其中，一次侧电路103与变压器105的一次侧绕组连接，二次侧电路104与变压器105的二次侧绕组连接，LISN101经由滤波模块102耦接至一次侧电路103。在该功率变换器拓扑结构中，LISN作为电磁兼容测试时的重要辅助设备，用来在EMI测试时为被测设备(EUT，EquipmentUnderTest)产生的噪音提供稳定的负载阻抗，并且还用来隔离该拓扑结构中来自其它电子元器件的噪音。
针对图1中的变压器105，不妨将一次侧到二次侧的等效寄生电容表示为106，二次侧到一次侧的等效寄生电容表示为107，一次侧到变压器磁芯110的等效寄生电容表示为108，以及二次侧到变压器磁芯110的等效寄生电容表示为109。由于一次侧电路103中的功率器件S1以较高频率执行开关动作，变压器105的一次侧绕组和二次侧绕组各自的跳变端会发生电压跳变情形，假设，变压器一次侧绕组存在跳变端P和静地端113，二次侧绕组存在跳变端S和静地端112。如前所述，跳变端是指对地电压的跳变频率接近或大于功率器件开关频率的端子。
当功率器件S1断开时，假设变压器的一次侧跳变电压VP产生瞬时正跳变以对寄生电容106进行充电，从而在一次侧和二次侧之间形成了顺时针方向的共模电流。与此同时，于本实施例中，二次侧跳变端S和一次侧跳变端P互为同名端，所以二次侧跳变电压VS也产生瞬时正跳变以对寄生电容107也进行充电，从而在二次侧和一次侧之间形成了逆时针方向的共模电流。若VP远高于VS，即一次侧跳变电压大于二次侧跳变电压，则顺时针方向的共模电流将远远大于逆时针方向的共模电流，LISN101将会测量到正的共模电流icm，表明一次侧的共模噪音源占主导地位。类似地，若VS远高于VP，即二次侧跳变电压大于一次侧跳变电压，则逆时针方向的共模电流将远远大于顺时针方向的共模电流，LISN101将会测量到负的共模电流icm，表明二次侧的共模噪音源占主导地位。
当功率器件S1开通时，假设变压器的一次侧跳变电压VP产生瞬时负跳变以使得寄生电容106进行放电，从而在二次侧和一次侧之间形成了逆时针方向的共模电流。与此同时，于本实施例中，和一次侧跳变端P互为同名端的二次侧跳变端S处的二次侧跳变电压VS产生瞬时负跳变以使得寄生电容107进行放电，从而在一次侧和二次侧之间形成了顺时针方向的共模电流。若VP远高于VS，即一次侧跳变电压大于二次侧跳变电压，则逆时针方向的共模电流将远远大于顺时针方向的共模电流，LISN101将会测量到负的共模电流icm，表明一次侧的共模噪音源占主导地位。类似地，若VS远高于VP，即二次侧跳变电压大于一次侧跳变电压，则顺时针方向的共模电流将远远大于逆时针方向的共模电流，LISN101将会测量到正的共模电流icm，表明二次侧的共模噪音源占主导地位。
在现有技术中，为了抑制变压器的一次侧与二次侧之间的共模噪音，将一铜箔屏蔽层设置于变压器的一次侧与二次侧之间，以屏蔽一次侧与二次侧之间的共模电流。具体来说，当铜箔屏蔽层连接至一次侧的静地端时，从一次侧到二次侧的等效寄生电容106将减小，进而一次侧的噪音源导致的共模噪音将显著地减小，则LISN所测得的共模电流主要来自二次侧跳变端的电压跳变。然而，采用铜箔屏蔽层，无论是一次侧的共模噪音占主导还是二次侧的共模噪音占主导，该铜箔屏蔽层只能减小一次侧的电压跳变所产生的共模电流或者二次侧的电压跳变所产生的共模电流，并未从根本上抑制或平衡变压器的一次侧到二次侧的共模电流以及二次侧到一次侧的共模电流。此外，采用铜箔进行屏蔽的方法很难实现自动化加工，屏蔽层的制作和绕制均需人工完成，生产成本高，效率较低。
图2示出图1中的功率变换器的一实施例的电路结构示意图。参照图2，该电路为一反激变换器拓扑，一次侧电路103包括整流模块、母线电容C3以及串联连接于一次侧绕组103的功率器件S1。变压器包括一次侧绕组和二次侧绕组，该一次侧绕组具有一原边第一端子311和一原边第二端子313，该原边第一端子311为原边跳变端，该原边第二端子313为静地端。然而，在其他的一些实施例中，还可将母线电容C3的一端315设置为静地端，并且将原边第二端子313耦接至该端315。类似地，该二次侧绕组具有一副边第一端子312和一副边第二端子314，该副边第一端子312为副边跳变端。其中，原边跳变端311与副边跳变端312互为同名端。
类似于图1，图2的变压器在一次侧与二次侧之间包含从一次侧到二次侧的等效寄生电容306、从二次侧到一次侧的等效寄生电容307、从一次侧到变压器磁芯305的等效寄生电容C1以及从二次侧到变压器磁芯305的等效寄生电容C2。当功率器件S1断开时，一次侧跳变电压VP(即点311的跳变电压)产生瞬时正跳变，从而经由寄生电容306形成顺时针方向的共模电流，以及因为二次侧绕组的跳变端和一次侧绕组的跳变端为同名端，所以二次侧绕组的跳变电压VS(即点312的跳变电压)产生瞬时正跳变，从而经由寄生电容307形成逆时针方向的共模电流。
与现有技术不同的是，为了抑制变压器的一次侧与二次侧之间的共模电流，本发明的功率变换器在变压器部分采用一屏蔽绕线层结构，该屏蔽绕线层上设置有两个屏蔽绕组，并且一屏蔽绕组的电压跳变方向始终与另一屏蔽绕组的电压跳变方向相反，以便实现整个功率变换器电路中的共模噪音达到平衡。
本领域的技术人员应当理解，虽然图2以反激变换器(flybackconverter)作为功率变换器的示意性实施例，描述了共模电流和共模噪音的成因，但本发明的功率变换器并不只局限于此。例如，在其他的具体实施例中，该功率变换器还可以是一正激变换器(forwardconverter)、一半桥式变换器或一全桥式变换器。应当理解，正激变换器以及半桥式变换器用于消除共模噪音的原理与上述反激变换器相同或相似，为描述简便起见，此处不再赘述。对于全桥式变换器藉由该屏蔽绕线层结构来实现电路中共模噪音达到平衡的相关技术细节，将在后文中加以详细描述。
在一具体实施例中，该功率变换器的一次侧绕组包括一原边第一端子和一原边第二端子，该原边第二端子为一静地端(也可称为原边静地端，如图2中的端子313)。该屏蔽绕线层的一屏蔽绕组包括一第一跳变端和一第一静地端，该屏蔽绕线层的另一屏蔽绕组包括一第二跳变端和一第二静地端，并且该第一静地端与该第二静地端耦接至原边第二端子。此外，二次侧绕组包括一副边第一端子和一副边第二端子。在一些实施例中，该副边第一端子为副边跳变端，该副边第二端子为副边静地端。在另一些实施例中，该副边第一端子和该副边第二端子均为副边跳变端。
在一具体实施例中，该功率变换器的二次侧绕组包括一副边第一端子和一副边第二端子，该副边第一端子为静地端(也可称为副边静地端)。该屏蔽绕线层的一屏蔽绕组包括一第一跳变端和一第一静地端，该屏蔽绕线层的另一屏蔽绕组包括一第二跳变端和一第二静地端，并且该第一静地端与该第二静地端耦接至副边第一端子。此外，一次侧绕组包括一原边第一端子和一原边第二端子。在一些实施例中，该原边第一端子为原边跳变端，该原边第二端子为原边静地端。在另一些实施例中，该原边第一端子和该原边第二端子均为原边跳变端。
在一具体实施例中，该功率变换器的一次侧绕组包括一原边第一端子和一原边第二端子，该原边第一端子为原边跳变端，该原边第一端子耦接至一静地端(如图2中的静地端315)。例如，该一次侧绕组的原边第一端子通过诸如以开关频率开通或关断的开关管或二极管连接至该静地端。该屏蔽绕线层的一屏蔽绕组包括一第一跳变端和一第一静地端，该屏蔽绕线层的另一屏蔽绕组包括一第二跳变端和一第二静地端，并且该第一静地端与该第二静地端耦接至该静地端。此外，二次侧绕组包括一副边第一端子和一副边第二端子。在一些实施例中，该副边第一端子为副边跳变端，该副边第二端子为副边静地端。在另一些实施例中，该副边第一端子和该副边第二端子均为副边跳变端。
在一具体实施例中，该功率变换器的二次侧绕组包括一副边第一端子和一副边第二端子，该副边第一端子为副边跳变端，该副边第一端子与一静地端相耦接。例如，该二次侧绕组的副边第一端子通过诸如以开关频率开通或关断的开关管或二极管连接至该静地端。该屏蔽绕线层的一屏蔽绕组包括一第一跳变端和一第一静地端，该屏蔽绕线层的另一屏蔽绕组包括一第二跳变端和一第二静地端，并且该第一静地端与该第二静地端耦接至该静地端。此外，一次侧绕组包括一原边第一端子和一原边第二端子。在一些实施例中，该原边第一端子为原边跳变端，该原边第二端子为原边静地端。在另一些实施例中，该原边第一端子和该原边第二端子均为原边跳变端。
为了详细说明本发明中基于屏蔽绕线层来平衡共模噪音的实现原理，图3示出本发明的可抑制共模电流的变压器的一实施例的结构示意图。参照图3，一次侧绕组31包括一原边第一端子D(或称为原边跳变端D)和一原边第二端子(或称为原边静地端E)，二次侧绕组32包括一副边第一端子M(或称为副边跳变端M)和一副边第二端子N(或称为副边静地端N)，原边跳变端D与副边跳变端M互为同名端。
需要特别指出的是，屏蔽绕线层包括一第一屏蔽绕组33和一第二屏蔽绕组34。第一屏蔽绕组33包括跳变端A和静地端G，第二屏蔽绕组34包括跳变端B和静地端G’。从图3可知，一次侧绕组31的原边跳变端D发生正跳变(如箭头所示)时，第一屏蔽绕组33的跳变端A的电压跳变方向与原边跳变端D的电压跳变方向相同，第二屏蔽绕组34的跳变端B的电压跳变方向与原边跳变端D的电压跳变方向相反。也就是说，屏蔽绕线层上的两个屏蔽绕组33和34由于电压跳变始终相反，则功率器件S1执行开关动作时，总有一个屏蔽绕组的电压跳变方向跟一次侧绕组31的电压跳变方向相同，并且另一屏蔽绕组的电压跳变方向跟一次侧绕组31的电压跳变方向相反。
本领域的技术人员应当理解，当一次侧的共模噪音占主导地位时，可将图3中的屏蔽绕组33和34各自的静地端G和G’均耦接至一次侧绕组31的原边静地端E。当二次侧的共模噪音占主导地位时，只需将图3中的屏蔽绕组33和34各自的静地端G和G’均耦接至二次侧绕组32的副边静地端N。
在一具体实施例中，若一次侧绕组31具有N1匝线圈，二次侧绕组32具有N2匝线圈，当N1＞N2时，屏蔽绕线层的屏蔽绕组33和34的静地端耦接至原边静地端E，其中N1和N2均为自然数。
图4A示出图3中的变压器的屏蔽绕线层上的第一屏蔽绕组和第二屏蔽绕组匝数相同且采用交叉方式绕制的结构示意图。图4B示出了图3中的变压器的屏蔽绕线层上的第一屏蔽绕组和第二屏蔽绕组匝数相同且采用顺序方式绕制的结构示意图。
请参照图4A，当功率变换器中的功率器件执行开关动作时，变压器的一次侧绕组31所产生的电压跳变对二次侧绕组32的共模电流于界面1处被屏蔽绕线层上的两个屏蔽绕组33和34所屏蔽，且由于该屏蔽绕组33和34各自的跳变端A和B的电压跳变方向始终相反，当屏蔽绕组33和屏蔽绕组34的匝数相等时，界面2处并不会产生额外的从屏蔽绕组33和34到二次侧绕组32的共模电流，因此，一次侧绕组31与二次侧绕组32之间的共模电流被屏蔽绕线层所屏蔽。
在图4A中，屏蔽绕组33和屏蔽绕组34采用交叉方式进行绕制，即，屏蔽绕组33以黑色圆圈表示，屏蔽绕组34以白色圆圈表示，在屏蔽绕线层上黑色圆圈与白色圆圈交替出现。
请参考图4B，类似于图4A，一次侧绕组31与二次侧绕组32之间设置有屏蔽绕线层，该屏蔽绕线层具有屏蔽绕组33和屏蔽绕组34，并且屏蔽绕组33的电压跳变方向始终与屏蔽绕组34的电压跳变方向相反。然而，图4B中的屏蔽绕组33与屏蔽绕组34采用顺序方式进行绕制。例如，屏蔽绕组33以黑色圆圈表示，屏蔽绕组34以白色圆圈表示，黑色圆圈和白色圆圈顺序出现，以表示在屏蔽绕线层上先绕制屏蔽绕组33然后再绕制屏蔽绕组34。
图4C示出图3中的变压器的屏蔽绕线层上的第一屏蔽绕组匝数小于第二屏蔽绕组匝数且采用交叉方式绕制的结构示意图；以及图4D示出图3中的变压器的屏蔽绕线层上的第一屏蔽绕组匝数大于第二屏蔽绕组匝数且采用交叉方式绕制的结构示意图。
请参照图4C，若第一屏蔽绕组33的跳变端A的电压跳变方向和一次侧绕组31的跳变端D的电压跳变方向相同，第二屏蔽绕组34的跳变端B的电压跳变方向和一次侧绕组31的跳变端D的电压跳变方向相反，屏蔽绕组33和34各自的静地端G和G’直接或者通过较低阻抗(如电阻、电容、电感或其组合)电连接至一次侧绕组31的静地端。此时，从一次侧绕组31到二次侧绕组32的共模电流将会被屏蔽绕线层所屏蔽，但是，从一次侧绕组31经由变压器磁芯35流入二次侧绕组32的分布电流，以及从二次侧绕组32到一次侧屏蔽绕组33和34的分布电流仍然存在，并不一定能够保证整个变压器的一次侧与二次侧之间总的共模电流为0。若第一屏蔽绕组33与第二屏蔽绕组34的匝数相等时，从一次侧绕组31经由变压器磁芯35流入二次侧绕组32的分布电流仍然占主导时，可以设置第二屏蔽绕线层上的屏蔽绕组34的匝数大于第一屏蔽绕组33的匝数，以加强在界面2上从二次侧绕组32到一次侧屏蔽绕组33和34的共模电流，进一步抵消从一次侧绕组31经由变压器磁芯35进入二次侧绕组32的共模噪音，从而使一次侧和二次侧之间的共模电流更接近于平衡，即，顺时针方向的共模电流与逆时针方向的共模电流大体上相等。
类似地，请参照图4D，若第一屏蔽绕组33与第二屏蔽绕组34的匝数相等时，从二次侧绕组32到一次侧屏蔽绕组33和34的共模噪音仍然占主导地位，则本发明的屏蔽绕线层可设置第一屏蔽绕组33的匝数大于第二屏蔽绕组34的匝数，以减小在界面2上从二次侧绕组32到一次侧屏蔽绕组33和34的共模噪音，从而使一次侧和二次侧之间的共模电流更接近于平衡。由此可知，在本发明的可抑制共模电流的变压器中，屏蔽绕线层上的第一屏蔽绕组33和第二屏蔽绕组34各自的匝数可自由调节，相对于现有技术的铜箔屏蔽方式可进一步减小一次侧与二次侧间的共模噪音。
在其它实施例中，若一次侧绕组31的匝线圈数N1小于二次侧绕组32的匝线圈数N2，则屏蔽绕线层的屏蔽绕组33和34的静地端直接或者通过较低阻抗(如电阻、电容、电感或其组合)耦接至副边静地端N，其中N1和N2均为自然数。若一次侧绕组31的匝线圈数N1等于二次侧绕组32的匝线圈数N2，则屏蔽绕线层的屏蔽绕组33和34的静地端直接或者通过较低阻抗(如电阻、电容、电感或其组合)耦接至原边静地端E或副边静地端N，其中N1和N2均为自然数。
图5示出本发明的可抑制共模电流的变压器的另一实施例的结构示意图，以及图6示出图5中的变压器的屏蔽绕线层采用交叉方式绕制的结构示意图。
请参照图5，一次侧绕组包括一主绕组51和一辅助绕组53，该主绕组51包括一原边第一端子D(即原边跳变端D)和一原边第二端子E(即原边静地端E)，该辅助绕组53包括一跳变端F和一静地端K。二次侧绕组52包括一副边第一端子M(即副边跳变端M)和一副边第二端子N(即副边静地端N)，该副边跳变端M与主绕组51的原边跳变端D以及辅助绕组53的跳变端F互为同名端。
需要特别指出的是，屏蔽绕线层包括屏蔽绕组54，该屏蔽绕组54包括跳变端X和静地端K’，与此同时，一次侧的辅助绕组53也设置于该屏蔽绕线层作为另一屏蔽绕组，并且屏蔽绕组54的电压跳变方向与辅助绕组53的电压跳变方向始终相反。亦即，本具体实施例中的屏蔽绕线层仅需额外增加屏蔽绕组54，而将一次侧的辅助绕组53作为该屏蔽绕线层上的另一屏蔽绕组，从而构成电压跳变方向始终相反的屏蔽绕组层，以使变压器的一次侧与二次侧之间的共模电流接近于平衡。在图5中，一次侧到二次侧的共模噪音占主导地位，因而将屏蔽绕线层上的屏蔽绕组54和辅助绕组53各自的静地端K’和K耦接至一次侧的主绕组51的原边静地端E。与其他实施例中，二次侧到一次侧的共模噪音占主导，且二次侧绕组包括一主绕组和一辅助绕组，此时，变压器的屏蔽绕线层可采用二次侧的辅助绕组作为一屏蔽绕组。
从图5可知，一次侧的主绕组51的原边跳变端D发生正跳变(如箭头所示)时，辅助绕组53的跳变端F的电压跳变方向与跳变端D的电压跳变方向相同，屏蔽绕组54的跳变端X的电压跳变方向与原边跳变端D的电压跳变方向相反。也就是说，屏蔽绕线层上的两个屏蔽绕组53和54由于电压跳变方向始终相反，则功率器件S1执行开关动作时，总会有一个屏蔽绕组的电压跳变方向跟一次侧的主绕组的电压跳变方向相同，并且另一个屏蔽绕组的电压跳变方向跟一次侧的主绕组的电压跳变方向相反。
在一具体实施例中，该屏蔽绕线层的两个静地端K和K’可直接连接一次侧主绕组的原边静地端E或二次侧的副边静地端N；或者该屏蔽绕线层经由一电阻、一电容、一电感或它们的组合连接至原边静地端E或副边静地端N。
在一具体实施例中，屏蔽绕组54的匝数大于或小于辅助绕组53的匝数。例如，当屏蔽绕组54的匝数大于辅助绕组53的匝数时，可进一步抵消从一次侧到二次侧的共模噪音，从而使一次侧和二次侧之间的共模电流更接近于平衡，即，顺时针方向的共模电流与逆时针方向的共模电流大体上相等。又如，当屏蔽绕组54的匝数小于辅助绕组53的匝数时，可进一步抵消从二次侧到一次侧的共模噪音，从而使一次侧和二次侧之间的共模电流更接近于平衡。在另一具体实施例中，屏蔽绕组54的匝数等于辅助绕组53的匝数。
在另一具体实施例中，当一次侧绕组包括两个或两个以上的辅助绕组，并且从一次侧到二次侧的共模噪音占主导地位时，还可将该一次侧绕组中的两个辅助绕组分别用作为该屏蔽绕线层的第一屏蔽绕组和第二屏蔽绕组，藉由该第一屏蔽绕组的电压跳变方向与该第二屏蔽绕组的电压跳变方向始终相反从而使一次侧和二次侧之间的共模电流更接近于平衡。
在另一具体实施例中，当二次侧绕组包括两个或两个以上的辅助绕组，并且从二次侧到一次侧的共模噪音占主导地位时，还可将该二次侧绕组中的两个辅助绕组分别用作为该屏蔽绕线层的第一屏蔽绕组和第二屏蔽绕组，藉由该第一屏蔽绕组的电压跳变方向与该第二屏蔽绕组的电压跳变方向始终相反从而使二次侧和一次侧之间的共模电流更接近于平衡。
类似于图4A和图4B，本具体实施方式中的屏蔽绕线层的屏蔽绕组54和辅助绕组53以交叉方式绕制(如图6所示)或者以顺序方式绕制。
图7示出本发明的可抑制共模电流的变压器的又一实施例的结构示意图，以及图8示出图7中的变压器的屏蔽绕线层采用交叉方式绕制的结构示意图。
请参照图7，一次侧绕组61包括中心抽头C，绕组部分63和绕组部分64，其中，绕组部分63具有跳变端D，绕组部分64具有跳变端C和静地端E。二次侧绕组62具有副边跳变端M和副边静地端N，其中，副边跳变端M与绕组部分63的跳变端D及绕组部分64的跳变端C互为同名端。
需要特别指出的是，屏蔽绕线层包括屏蔽绕组65，该屏蔽绕组65包括跳变端X和静地端E’，与此同时，将一次侧绕组61的绕组部分64作为另一屏蔽绕组设置于该屏蔽绕线层上，并且绕组部分64的跳变端C的电压跳变方向与屏蔽绕组65的跳变端X的电压跳变方向始终相反。亦即，本具体实施例中的屏蔽绕线层仅需额外增加屏蔽绕组65，而将一次侧绕组的部分绕组(即绕组部分64)作为该屏蔽绕线层上的另一屏蔽绕组，从而构成电压跳变方向始终相反的屏蔽绕组层，以使变压器的一次侧与二次侧之间的共模电流接近于平衡。在图7中，一次侧到二次侧的共模噪音占主导地位，因而将屏蔽绕线层上的屏蔽绕组65的静地端E’与一次侧绕组的绕组部分64的静地端E连接。
从图7可知，一次侧绕组61的绕组部分63的跳变端D发生正跳变(如箭头所示)时，绕组部分64的跳变端C的电压跳变方向与跳变端D的电压跳变方向相同，屏蔽绕组65的跳变端X的电压跳变方向与跳变端D的电压跳变方向相反。也就是说，屏蔽绕线层上的两个屏蔽绕组64和65由于电压跳变方向始终相反，则功率器件S1执行开关动作时，总会有一个屏蔽绕组的电压跳变方向跟一次侧绕组的绕组部分63的电压跳变方向相同，并且另一个屏蔽绕组的电压跳变方向跟一次侧绕组的绕组部分63的电压跳变方向相反。
在图7中，一次侧绕组61的绕组部分64与额外增加的屏蔽绕组65一起共同构成屏蔽绕线层上的屏蔽结构，因而，当功率变换器中的功率器件执行开关动作时，在一次侧绕组61的绕组部分63的瞬时电压跳变对二次侧绕组62的分布电流被该屏蔽绕线层所屏蔽，则从一次侧到二次侧的共模电流减小，进而改善了整个功率变换器尤其是变压器部分的共模噪音。
本领域的技术人员应当理解，当一次侧绕组61的电压跳变幅度大于二次侧绕组62的电压跳变幅度时，一次侧的共模噪音占主导，因而可将一次侧绕组61的部分绕组(即绕组部分64)作为该屏蔽绕线层上的第二屏蔽绕组，与额外增加的屏蔽绕组65一起构成双屏蔽绕组结构，并将该屏蔽绕线层耦接至一次侧的静地端。此外，当一次侧绕组的电压跳变幅度小于二次侧绕组的电压跳变幅度时，可将二次侧绕组的部分绕组作为屏蔽绕线层上的第二屏蔽绕组，与额外增加的屏蔽绕组一起共同构成屏蔽绕线层上的屏蔽结构，并将该屏蔽绕线层耦接至二次侧的静地端。
在一具体实施例中，为了更好地平衡变压器的一次侧与二次侧之间的共模噪音，可将额外增加的屏蔽绕组65的匝数设置为大于或小于一次侧绕组61的绕组部分64的匝数。在另一具体实施例中，也可将额外增加的屏蔽绕组65的匝数设置为等于该一次侧绕组61的绕组部分64的匝数。例如，可通过改变一次侧绕组61的中间抽头位置来调节绕组部分64的匝数。
类似于图4A和图4B，本具体实施方式中的屏蔽绕线层的屏蔽绕组64和辅助绕组65以交叉方式绕制(如图8所示)或者以顺序方式绕制。
图9示出本发明的可抑制共模电流的变压器的再一实施例的电路结构示意图。参照图9，该电路为一全桥电路拓扑，401为LISN，402为电磁干扰滤波器，403为二极管整流桥，408为变压器一次侧绕组，490和410为变压器二次侧绕组，411和412为一次侧绕组的两个端子(也可称为原边第一端子和原边第二端子)且分别耦接至第一桥臂的中点和第二桥臂的中点，413、414、415和416分别为变压器二次侧绕组的四个端子。417和418为耦接于二极管整流桥403的母线电容的正母线端子和负母线端子，均为耦接至变压器一次侧绕组408的静地端。419为变压器的屏蔽绕组层。
需要指出的是，由于变压器一次侧绕组的两个端子411和412分别连接到两个桥臂的中点(即每一桥臂的上桥臂与下桥臂之间的节点)，则端子411和412均为电压跳变端。在一具体实施例中，为了屏蔽变压器一次侧的共模噪音，可将变压器的屏蔽绕组层419的静地端耦接至与一次侧绕组耦接的静地端417或418。在另一具体实施例中，变压器二次侧绕组的各个端子耦接至整流电路，为屏蔽变压器二次侧的共模噪音，也可将变压器的屏蔽绕组层419的静地端连接至与二次侧绕组耦接的整流电路的静地端。
采用本发明的可抑制共模电流的变压器，在屏蔽绕线层上设置一第一屏蔽绕组和一第二屏蔽绕组，并且将该第一屏蔽绕组的电压跳变方向设置为与该第二屏蔽绕组的电压跳变方向始终相反，因而第一屏蔽绕组和第二屏蔽绕组各自的电压跳变所产生的电场对变压器其他绕组的影响可相互抵消，因而可抑制变压器一次侧绕组和二次侧绕组之间的共模电流。此外，第一屏蔽绕组的匝数和第二屏蔽绕组的匝数可以自由调节，进而能够达到进一步减小共模电流的目的。相比于现有技术中的铜箔屏蔽方式，本发明的屏蔽绕线层可实现自动化生产，在降低生产成本的同时还可提高生产效率。
上文中，参照附图描述了本发明的具体实施方式。但是，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明的具体实施方式作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本发明权利要求书所限定的范围内。

Claims (17)

1.一种可抑制共模电流的变压器，其特征在于，所述变压器包括：
一一次侧绕组，耦接至所述变压器的一次侧；
一二次侧绕组，耦接至所述变压器的二次侧；
一磁芯；以及
一屏蔽绕线层，所述屏蔽绕线层包括一第一屏蔽绕组和一第二屏蔽绕组，其中所述第一屏蔽绕组和第二屏蔽绕组皆耦接至所述一次侧或皆耦接至所述二次侧，所述屏蔽绕线层设置于所述一次侧绕组和所述二次侧绕组之间，所述第一屏蔽绕组包括一第一跳变端和一第一静地端，所述第二屏蔽绕组包括一第二跳变端和一第二静地端，所述第一屏蔽绕组的第一跳变端的电压跳变方向与所述第二屏蔽绕组的第二跳变端的电压跳变方向始终相反，
其中，所述第一静地端和第二静地端耦接至一静地端，并且所述静地端耦接至所述一次侧绕组或所述二次侧绕组，所述第一跳变端和第二跳变端未互相连接。
2.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述屏蔽绕线层的每一层上包括所述第一屏蔽绕组和所述第二屏蔽绕组。
3.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述一次侧绕组包括一原边第一端子和一原边第二端子，所述原边第一端子为所述静地端，所述第一屏蔽绕组包括一第一跳变端和一第一静地端，所述第二屏蔽绕组包括一第二跳变端和一第二静地端，所述第一静地端与所述第二静地端耦接至所述原边第一端子。
4.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述二次侧绕组包括一副边第一端子和一副边第二端子，所述副边第一端子为所述静地端，所述第一屏蔽绕组包括一第一跳变端和一第一静地端，所述第二屏蔽绕组包括一第二跳变端和一第二静地端，所述第一静地端与所述第二静地端耦接至所述副边第一端子。
5.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述一次侧绕组包括一原边第一端子和一原边第二端子，所述原边第一端子为一原边跳变端，所述原边第一端子与所述静地端相耦接，所述第一屏蔽绕组包括一第一跳变端和一第一静地端，所述第二屏蔽绕组包括一第二跳变端和一第二静地端，所述第一静地端与所述第二静地端耦接至所述静地端。
6.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述二次侧绕组包括一副边第一端子和一副边第二端子，所述副边第一端子为一副边跳变端，所述副边第一端子与所述静地端相耦接，所述第一屏蔽绕组包括一第一跳变端和一第一静地端，所述第二屏蔽绕组包括一第二跳变端和一第二静地端，所述第一静地端与所述第二静地端耦接至所述静地端。
7.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述屏蔽绕线层经由一电阻、一电容、一电感或它们的组合连接至所述静地端。
8.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述第一屏蔽绕组的匝数大于或小于所述第二屏蔽绕组的匝数。
9.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述第一屏蔽绕组的匝数等于所述第二屏蔽绕组的匝数。
10.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述第一屏蔽绕组和所述第二屏蔽绕组设置为交叉绕制方式或顺序绕制方式。
11.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述屏蔽绕线层的所述第一屏蔽绕组与第二屏蔽绕组中的至少一个为所述一次侧绕组的辅助绕组。
12.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述屏蔽绕线层的所述第一屏蔽绕组与第二屏蔽绕组中的至少一个为所述二次侧绕组的辅助绕组。
13.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述屏蔽绕线层的所述第一屏蔽绕组或第二屏蔽绕组为所述一次侧绕组的一部分。
14.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述屏蔽绕线层的所述第一屏蔽绕组或第二屏蔽绕组为所述二次侧绕组的一部分。
15.一种功率变换器，所述功率变换器包括如权利要求1至14中任意一项所述的变压器。
16.根据权利要求15所述的功率变换器，其特征在于，所述功率变换器为一正激变换器(forwardconverter)或一反激变换器(flybackconverter)。
17.根据权利要求15所述的功率变换器，其特征在于，所述功率变换器为一半桥式变换器或一全桥式变换器。
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