CN105405602A - 降低共模干扰的Type-C便携式充电器及其变压器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种可自动化生产的降低共模干扰的Type-C便携式充电器、变压器及其绕制方法，充电器包括变压器及其绕线结构，变压器为磁芯有效截面积大于或等于40平方毫米、体积小且成本低的EE型结构；变压器绕线结构包括主绕组、辅助绕组、屏蔽绕组和次级绕组，所述主绕组分为若干个并联的、通过降低主绕组起尾线之间的压差来降低共模干扰的分绕组，各个分绕组为分别单独绕制且密绕一层的结构；次级绕组的绕线采用两根截面积之和等于所需单根粗线截面积、可自动绕线机绕制的细线，次级绕组出线挂于变压器骨架PIN脚后分别分布于变压器骨架的顶部与底部来满足安全规定距离。减少工序和人员参与、节约时间，减小绕线包，提高自动化程度。

Description

降低共模干扰的Type-C便携式充电器及其变压器
技术领域
本发明涉及一种可降低共模干扰的Type-C变压器及其绕线结构的绕制方法，以及包含该变压器的可自动化生产的便携式充电器。
背景技术
随着科技的不断发展，USBType-C接口的充电器必将在短时间内普及，广泛应用在手机、平板等移动设备上，TYPEC结构的便携式充电器也应运而生，要求其具有充电快速，体积小巧，高效节能环保的特点。例如USB3.1支持USB-PD(PowerDelivery)电源供应标准，最大供电功率可到100瓦，可为移动设备更快充电，使充电速度得到实质性的提升，现有技术中此类充电器通常采用功率大、体积大的RM8，PQ20型变压器，充电器体积较大，不方便携带；再则因其输出电流大，次级绕组使用粗线径绕线且采取飞线的方式，粗线径的绕线硬度大、可绕性差，导致几乎所有此类变压器的次级绕组均需要人工绕制，严重限制了Type-C变压器的自动化生产和体积小型化的进程。另外，现有技术通过在每个绕组后增加绝缘层克服制程不良的问题，这样的结构要求自动化设备需相应的增加包绝缘胶带的结构和增加机械运行步骤，增加了对设备的要求，也增加了变压器绕组的绕制时间、加大线包的体积。
电磁干扰(EMI)是导致电气、电子设备在某种电磁环境中不能可靠工作的主要原因，会对电子设备会造成极大的危害，按其模式主要可分为共模干扰和差模干扰，在实际应用中，大多数产品电磁兼容性不合格均是由于不能很好抑制共模干扰造成的。层间电容是变压器的分布电容中对电路影响最重要的因素，层间电容会与漏感在金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)开通与关闭的时候产生振荡，从而加大MOSFET与次级晶体二极管(Diode)的电压应力，产生共模干扰。图5为现有技术中主绕组电路原理图，相应的，主绕组10通常采用图3所示的绕法，即U形绕法，绕制2层或2层以上，同一个垂直位置的第1匝和最后一匝之间的压差较大；以幅宽6.2mm的绕线骨架为例，若采用直径0.21mm的线绕制56TS需要排列2层，若采用0.11mm的线绕制56TS则只需排列1层，但因Type-C变压器需要通过的电流较大，为满足电性要求，通常采用0.11mm的线两根并线绕制才可承受所经过电流，将两根0.11mm的线上下并线共同绕制56TS，在同一竖直位置上主绕组的绕线仍是2层，同一个垂直位置上紧邻绕线骨架90的第1匝与第2匝之间的压差非常大，即之间的干扰电压斜率非常大，层间电容大，即形成的干扰就越大，偶合到次级后造成的共模干扰较大，如图7中曲线A所示，噪声电平高，干扰大，通常需要增加滤波器、电感器等元件来抑制共模干扰，制造成本高昂。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种体积小巧便携、在不增加电器件的基础上实现降低共模干扰的、且能自动化生产的Type-C变压器及其绕线的绕制方法，以及含有此变压器的便携式充电器，。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种可自动化生产的降低共模干扰的Type-C便携式充电器，包括变压器及其绕线结构，其中，变压器为磁芯有效截面积大于或等于40平方毫米的EE型结构。
变压器绕线结构包括主绕组、辅助绕组、屏蔽绕组和次级绕组，所述主绕组分为若干个并联的、通过降低主绕组起尾线之间的压差来降低共模干扰的分绕组，各个分绕组为分别单独绕制且密绕一层的结构。
所述次级绕组的绕线采用两根截面积之和等于所需单根粗线截面积、可使用自动绕线机绕制的细线，次级绕组为其出线挂于变压器骨架PIN脚后，分别分布于变压器骨架的顶部与底部来满足安全规定距离的结构。
进一步地，所述主绕组分为2个并联的、通过降低主绕组起尾线之间的压差来降低共模干扰的第一分绕组和第二分绕组，第一分绕组和第二分绕组为分别单独绕制且密绕一层的结构。
更进一步地，可变压器骨架同侧的顶部和底部对应设有第一挂线凸点和第二挂线凸点，所述主绕组、辅助绕组、屏蔽绕组均为回线依次经过所述第一挂线凸点和第二挂线凸点拉成直线后再缠绕PIN脚的结构，主绕组、辅助绕组、屏蔽绕组的回线在绕线骨架幅宽范围内均为直线，主绕组、辅助绕组、屏蔽绕组平整，三者之间取消绝缘层。
优选地，所述第二挂线凸点为长方体或近长方体形状，设置在变压器骨架的底部，顶端设有防止绕在其上的绕组回线脱落的向下的凸起，第一挂线凸点与所述第一挂线凸点互为镜像的对应设置在变压器骨架的顶部。
优选地，所述主绕组、辅助绕组、屏蔽绕组为相同线径绕线绕制的绕组。
进一步优选地，所述第一分绕组为密绕在绕线骨架上绕满一层的结构，第二分绕组为密绕在第一分绕组外绕满一层的结构，辅助绕组与屏蔽绕组为并线共绕在第二分绕组外密绕满一层的结构或者辅助绕组、屏蔽绕组为依序自内而外地密绕套设在第二分绕组外的结构。
一种可降低共模干扰的Type-C充电器的变压器，变压器的绕线结构包括主绕组、辅助绕组、屏蔽绕组和次级绕组，所述主绕组分为若干个并联的、通过降低主绕组起尾线之间的压差来降低共模干扰的分绕组，各个分绕组为分别单独绕制且密绕一层的结构。
所述次级绕组的绕线采用两根截面积之和等于所需单根粗线截面积、可使用自动绕线机绕制的细线，次级绕组为其出线挂于变压器骨架PIN脚后，分别分布于变压器骨架的顶部与底部来满足安全规定距离的结构。
进一步地，可降低共模干扰的Type-C充电器的变压器，所述主绕组分为2个并联的、通过降低主绕组起尾线之间的压差来降低共模干扰的第一分绕组和第二分绕组，第一分绕组和第二分绕组为分别单独绕制且密绕一层的结构。
更进一步地，可降低共模干扰的Type-C充电器的变压器，所述主绕组、辅助绕组、屏蔽绕组为相同线径绕线绕制的绕组；
所述第一分绕组为密绕在绕线骨架上绕满一层的结构，第二分绕组为密绕在第一分绕组外绕满一层的结构，辅助绕组与屏蔽绕组为并线共绕在第二分绕组外密绕满一层的结构；或者辅助绕组、屏蔽绕组为依序自内而外地密绕套设在第二分绕组外的结构。
一种可降低共模干扰的Type-C充电器的变压器的绕线结构的绕制方法，所述第一分绕组密绕在绕线骨架上绕满一层，第一分绕组的回线依次经过第一挂线凸点和第二挂线凸点拉成直线后再缠绕PIN脚，第二分绕组直接密绕在第一分绕组外绕满一层，第二分绕组的回线依次经过第一挂线凸点和第二挂线凸点拉成直线后再缠绕PIN脚；
辅助绕组与屏蔽绕组并线共绕在第一分绕组外绕满一层，辅助绕组与屏蔽绕组的回线分别依次经过第一挂线凸点和第二挂线凸点拉成直线后再缠绕PIN脚；在辅助绕组与屏蔽绕组外包覆绝缘层；
或者辅助绕组直接密绕在第二分绕组外绕满一层，辅助绕组的回线依次经过第一挂线凸点和第二挂线凸点拉成直线后再缠绕PIN脚，屏蔽绕组直接密绕在辅助绕组外绕满一层，屏蔽绕组的回线依次经过第一挂线凸点和第二挂线凸点拉成直线后再缠绕PIN脚，然后在屏蔽绕组外包覆绝缘层；
所述次级绕组采用自动绕线机绕制在所述绝缘层外，其出线挂于变压器骨架PIN脚之后，分别固定于变压器骨架的顶部与底部。
本发明Type-C充电器采用磁芯有效截面积(AE值)大于或等于40平方毫米且成本较低的EE型结构的骨架代替现有技术常用的RM，PQ型，实现变压器小型化、高效化；在变压器骨架同侧的顶部和底部上配合的设置第一挂线凸点和第二挂线凸点，每个绕组的回线经过所述第一挂线凸点和第二挂线凸点后再缠PIN脚，使得每一个绕组的回线在变压器骨架幅宽范围内为直线，保证后续各个绕组的绕线平整；取消了初级绕组之间的绝缘层，减小线包尺寸且易于采用自动化绕制绕组；次级绕组采用两根细线代替单根粗线，次级绕组的出线挂于骨架的PIN脚后，分别分布于变压器骨架的顶部与底部，代替现有技术次级绕组飞线的方式，解决了次级绕线线径大、可绕性差及采用飞线方式无法自动化绕制的问题；主绕组分为若干个分绕组，各个分绕组分别单层绕制、且各分绕组并联，在满足主绕组的功能的同时，实现主绕组与磁芯间的屏蔽及降低主绕组起尾线之间的压差，解决主绕组U形绕法引起的共模干扰，在主绕组绕制时即去除会造成共模干扰的因素。
相比现有技术，本发明减少制造工序和人员参与，节约时间、减小变压器绕线包的整体体积，提高自动化程度，整体提升插件效率50％以上，制程不良率减少30％以上，有效保证了变压器品质的一致性和稳定性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地解释。
图1为实施例的主绕组绕线挂线示意图
图2为实施例的次级绕组绕线挂线示意图
图3为现有技术Type-C变压器主绕组绕制示意图
图4为实施例Type-C变压器主绕组绕制示意图
图5为现有技术Type-C变压器的主绕组电路原理图
图6为实施例的Type-C变压器的主绕组电路原理图
图7为现有技术与本实施例噪声电平对比曲线
具体实施方式
为描述方便，以图1为参考，将变压器骨架的PIN脚94朝下放置，设有PIN脚94的一端为变压器骨架的底部，与之相对的另一端为变压器骨架的顶部。
一种可自动化生产、抗共模干扰的Type-C充电器，包括变压器及其变压器的绕线结构，其中绕线结构包括主绕组、屏蔽绕组、辅助绕组、次级绕组20和屏蔽层。如图1所示，采用EE型结构的变压器代替现有技术Type-C充电器通常使用的RM8，PQ20型结构，变压器骨架体积仅为RM8、PQ20型变压器70％，效率高、体积小、成本低；由于Type-C充电器的额定功率大，所以要求该EE型磁芯有效截面积(AE值)不小于40平方毫米，在变压器骨架同侧的顶部和底部分别额外设置第一挂线凸点91和第二挂线凸点92，第一挂线凸点91和第二挂线凸点92与骨架本体其他部件之间留有足够的空间位置，确保安全规定距离，防止短路。在实施例中，所述第二挂线凸点92设置在变压器骨架底部与初级挂线柱93相背的一端，优选为顶端带有凸起的长方体形状，所述凸起向下防止挂在其上的绕组回线脱落，第一挂线凸点91与第二挂线凸点92互为镜像的设置在变压器骨架的顶部。主绕组、屏蔽绕组、辅助绕组的回线经过所述第一挂线凸点91和第二挂线凸点92以后再缠PIN脚94，使得各绕组的回线在骨架幅宽范围内为直线，保证自动绕线时各绕组平整，不会缠线交叉或堆积，同时使得主绕组、屏蔽绕组、辅助绕组之间可以不设置绝缘层，在保证变压器性能不受影响的情况下，减少工序、节约时间，减小变压器绕线包的整体体积，提高自动化程度，绝缘层的取消有益于采用自动化技术绕制绕组。
本实施例中，主绕组、辅助绕组、屏蔽绕组优选地使用可在同一台自动化绕线设备上绕线的、线径相同的小线径绕线，节约绕制时间。
在变压器主绕组10(Np)的绕制过程中，根据实际需求，将主绕组10分为若干个分绕组(可以为2个、3个或多个)，各个分绕组单独密绕一层且分绕组之间并联，通过降低主绕组10起尾线之间的压差来降低共模干扰。本实施例仅以幅宽6.2mm的绕线骨架为例进一步说明，图6为本实施例中主绕组电路原理图，主绕组10采用图4所示的绕法，在变压器主绕组10的绕制过程中，将主绕组10分为第一分绕组11(Np1)和第二分绕组12(Np2)，Np1和Np2分两次单独绕制、且将两个绕组并联，所述第一分绕组11密绕在绕线骨架90上绕满一层，然后第二分绕组12密绕在第一分绕组11外绕满一层，在满足主绕组10功能的同时，实现主绕组10与磁芯间的屏蔽及降低主绕组10起尾线之间的压差，消除主绕组采用U形绕法引起共模干扰的因素，所述第一分绕组11用0.11mm的线密绕在绕线骨架90上56TS，然后同样用0.11mm的线在第一分绕组11外密绕56TS绕满一层，使得第一分绕组11和第二分绕组12并联，如图1所示，第一分绕组11、第二分绕组12的回线依次经过所述第一挂线凸点91和第二挂线凸点92拉紧以后再缠在PIN脚上，第一分绕组11和第二分绕组12外均不包覆绝缘层。如图7所示，曲线B为本实施例中检测到的噪音电平，相比现有技术的曲线A，噪声电平的均值下降了约20bB，下降约30％，相当于共模干扰下降了约30％，效果非常显著，不需要额外增加抵抗共模干扰的电子器件。
本实施例中，将辅助绕组与屏蔽绕组并线共绕在第二分绕组12外密绕绕满一层，辅助绕组与屏蔽绕组的回线分别依次经过第一挂线凸点91和第二挂线凸点92拉成直线后再缠绕PIN脚，在辅助绕组与屏蔽绕组外包覆绝缘层。也可以将辅助绕组直接密绕在第二分绕组12外绕满一层，辅助绕组的回线依次经过第一挂线凸点和第二挂线凸点拉成直线后再缠绕PIN脚，屏蔽绕组直接密绕在辅助绕组外绕满一层，屏蔽绕组的回线依次经过第一挂线凸点91和第二挂线凸点92拉成直线后再缠绕PIN脚，然后在屏蔽绕组外包覆绝缘层。
如图2所示，次级绕组20用两根细线代替现有技术惯用的单根粗线，采用自动绕线机绕制在所述绝缘层外，其出线挂于变压器骨架PIN脚94上后，再分别固定于变压器骨架的顶部与底部。根据电性的要求，两根细线的截面积S1、S2之和应该等于单根粗线截面积S，可知在绕线截面积相同的情况下，两根细线外径之和大于单根粗线外径约20％，现有Type-C充电器采用的RM8，PQ20绕线骨架幅宽小，高度低，由于结构所限，无法采用该方法。通常变压器的总高度为绕线幅宽加上磁芯的背厚的2倍，例如RM型磁芯的背厚通常是2.5mm，EE16型磁芯的通常小于2.0mm，在变压器高度相同的情况下，RM的绕线幅宽要小1mm左右，本发明在不增加成品高度的情况下，增加了绕线骨架幅宽，使得可以实现上述次级绕组的绕法。其伸出变压器骨架本体的部分仅占本体宽度的约1/4，相比现有技术中次线绕组的出线采取飞线设置且分布在变压器骨架同一面的方式，极好地利用了变压器空间，减小变压器体积且能满足安规距离；同时两根细线的硬度及可绕性在自动绕线设备的绕制范围内，可实现次级绕组的自动化机器绕制。生产中统计发现，次级采用此结构比采用飞线结构提升插件效率50％以上，减少人员参与，制程不良率减少30％以上，有效保证了产品品质的一致性和稳定性。

Claims (10)

1.一种可自动化生产的降低共模干扰的Type-C便携式充电器，包括变压器及其绕线结构，其特征在于：变压器为磁芯有效截面积大于或等于40平方毫米的EE型结构；
变压器绕线结构包括主绕组(10)、辅助绕组、屏蔽绕组和次级绕组(20)，所述主绕组(10)分为若干个并联的、通过降低主绕组(10)起尾线之间的压差来降低共模干扰的分绕组，各个分绕组为分别单独绕制且密绕一层的结构；
所述次级绕组(20)的绕线采用两根截面积之和等于所需单根粗线截面积、可使用自动绕线机绕制的细线，次级绕组(20)为其出线挂于变压器骨架PIN脚(94)后，分别分布于变压器骨架的顶部与底部来满足安全规定距离的结构。
2.如权利要求1所述的可自动化生产的降低共模干扰的Type-C便携式充电器，其特征在于：所述主绕组(10)分为2个并联的、通过降低主绕组(10)起尾线之间的压差来降低共模干扰的第一分绕组(11)和第二分绕组(12)，第一分绕组(11)和第二分绕组(12)为分别单独绕制且密绕一层的结构。
3.如权利要求2所述的可自动化生产的降低共模干扰的Type-C便携式充电器，其特征在于：变压器骨架同侧的顶部和底部对应设有第一挂线凸点和第二挂线凸点，所述主绕组(10)、辅助绕组、屏蔽绕组均为回线依次经过所述第一挂线凸点和第二挂线凸点拉成直线后再缠绕PIN脚的结构，主绕组(10)、辅助绕组、屏蔽绕组的回线在绕线骨架幅宽范围内均为直线，主绕组(10)、辅助绕组、屏蔽绕组平整，三者之间取消绝缘层。
4.如权利要求3所述的可自动化生产的降低共模干扰的Type-C便携式充电器，其特征在于：所述第二挂线凸点为长方体或近长方体形状，设置在变压器骨架的底部，顶端设有防止绕在其上的绕组回线脱落的向下的凸起，第一挂线凸点与所述第一挂线凸点互为镜像的对应设置在变压器骨架的顶部。
5.如权利要求1～4任一项所述的可自动化生产的降低共模干扰的Type-C便携式充电器，其特征在于：所述主绕组(10)、辅助绕组、屏蔽绕组为相同线径绕线绕制的绕组。
6.如权利要求1～4任一项所述的可自动化生产的降低共模干扰的Type-C便携式充电器，其特征在于：所述第一分绕组(11)为密绕在绕线骨架(90)上绕满一层的结构，第二分绕组(12)为密绕在第一分绕组(11)外绕满一层的结构，辅助绕组与屏蔽绕组为并线共绕在第二分绕组(12)外密绕满一层的结构或者辅助绕组、屏蔽绕组为依序自内而外地密绕套设在第二分绕组(12)外的结构。
7.一种可降低共模干扰的Type-C充电器的变压器，其特征在于：变压器的绕线结构包括主绕组(10)、辅助绕组、屏蔽绕组和次级绕组(20)，所述主绕组(10)分为若干个并联的、通过降低主绕组(10)起尾线之间的压差来降低共模干扰的分绕组，各个分绕组为分别单独绕制且密绕一层的结构；
所述次级绕组(20)的绕线采用两根截面积之和等于所需单根粗线截面积、可使用自动绕线机绕制的细线，次级绕组(20)为其出线挂于变压器骨架PIN脚(94)后，分别分布于变压器骨架的顶部与底部来满足安全规定距离的结构。
8.如权利要求7所述的可降低共模干扰的Type-C充电器的变压器，其特征在于：所述主绕组(10)分为2个并联的、通过降低主绕组(10)起尾线之间的压差来降低共模干扰的第一分绕组(11)和第二分绕组(12)，第一分绕组(11)和第二分绕组(12)为分别单独绕制且密绕一层的结构。
9.如权利要求7所述的可降低共模干扰的Type-C充电器的变压器，其特征在于：所述主绕组(10)、辅助绕组、屏蔽绕组为相同线径绕线绕制的绕组；
所述第一分绕组(11)为密绕在绕线骨架(90)上绕满一层的结构，第二分绕组(12)为密绕在第一分绕组(11)外绕满一层的结构，辅助绕组与屏蔽绕组为并线共绕在第二分绕组(12)外密绕满一层的结构；或者辅助绕组、屏蔽绕组为依序自内而外地密绕套设在第二分绕组(12)外的结构。
10.一种如权利要求7～9所述的可降低共模干扰的Type-C充电器的变压器的绕线结构的绕制方法，其特征在于：所述第一分绕组(11)密绕在绕线骨架(90)上绕满一层，第一分绕组(11)的回线依次经过第一挂线凸点和第二挂线凸点拉成直线后再缠绕PIN脚，第二分绕组(12)直接密绕在第一分绕组(11)外绕满一层，第二分绕组(12)的回线依次经过第一挂线凸点和第二挂线凸点拉成直线后再缠绕PIN脚。
辅助绕组与屏蔽绕组并线共绕在第一分绕组(11)外绕满一层，辅助绕组与屏蔽绕组的回线分别依次经过第一挂线凸点和第二挂线凸点拉成直线后再缠绕PIN脚；在辅助绕组与屏蔽绕组外包覆绝缘层。
或者辅助绕组直接密绕在第二分绕组(12)外绕满一层，辅助绕组的回线依次经过第一挂线凸点和第二挂线凸点拉成直线后再缠绕PIN脚，屏蔽绕组直接密绕在辅助绕组外绕满一层，屏蔽绕组的回线依次经过第一挂线凸点和第二挂线凸点拉成直线后再缠绕PIN脚，然后在屏蔽绕组外包覆绝缘层。
所述次级绕组(20)采用自动绕线机绕制在所述绝缘层外，其出线挂于变压器骨架PIN脚(94)之后，分别固定于变压器骨架的顶部与底部。
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