CN105720823A - 变压器 - Google Patents

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Abstract

一种变压器(900)，包括初级侧辅助绕组(976)和次级侧辅助绕组(982)，所述初级侧辅助绕组(976)在使用时被配置为在初级侧辅助绕组(976)中感应第一电势分布，所述次级侧辅助绕组(982)被配置为在次级侧辅助绕组(982)中感应第二电势分布。所述初级侧辅助绕组(976)在物理上位于(a)主绕组对以及(b)次级侧辅助绕组(982)之间。次级侧辅助绕组(982)的第一部分定位为与初级侧辅助绕组(976)相邻，使得第一电势分布和第二电势分布在(1)沿次级侧辅助绕组(982)的第一部分和初级侧辅助绕组的屏蔽部分(975)的相应长度上和(2)大于特定阈值频率的频率范围上相匹配。

Description

变压器
技术领域
本公开涉及用于降低/最小化从变压器的初级侧到变压器的次级侧的共模(common-mode)噪声的装置和方法。
背景技术
电变压器具有初级侧和次级侧，所述初级侧和次级侧被配置为将电能从初级侧传输到次级侧。通常，变压器将被配置为提供特定频率或频带上的电能。共模噪声(通常包括高频成分)也可能从初级侧传输到次级侧，由于共模噪声可能干扰由变压器供电的设备或者位于变压器附近的设备，所以不希望有共模噪声。因此，变压器可以有利地被配置为将初级侧和次级侧之间的共模噪声的传输降低或最小化。
发明内容
根据第一方面，提供一种具有初级侧和次级侧的变压器，包括：主绕组对，包括：位于初级侧的初级绕组；以及位于次级侧的次级绕组，被配置为在使用时与所述初级绕组感应耦合；次级电路，包括次级绕组、输出端子和次级侧参考端子，所述输出端子连接到所述次级绕组的第一端，所述次级侧参考端子连接到所述次级绕组的第二端；位于初级侧的初级侧辅助绕组，在第一端连接到初级侧参考端子，其中，在使用时，所述初级侧辅助绕组被配置为与初级绕组感应耦合，使得在所述初级侧辅助绕组上感应第一电势分布；以及位于次级侧的次级侧辅助绕组，所述次级侧辅助绕组具有参考端，其中所述参考端连接到次级电路中的参考端子；其中，在使用时，所述次级侧辅助绕组的第一部分被配置为与初级绕组感应耦合，使得在所述次级侧辅助绕组中感应第二电势分布；其中：所述初级侧辅助绕组在物理上位于(a)主绕组对和(b)次级侧辅助绕组之间；并且次级侧辅助绕组的第一部分被置为与初级侧辅助绕组的屏蔽部分相邻，使得第一电势分布和第二电势分布在以下情形中相匹配：(1)沿次级侧辅助绕组的第一部分和初级侧辅助绕组的屏蔽部分的相应长度；以及(2)大于特定阈值频率的频率范围内。
初级侧辅助绕组的位置可以将次级侧辅助绕组与初级绕组电屏蔽，从而降低因寄生电容而存在于初级侧和次级侧之间的共模噪声。
沿次级侧辅助绕组的第一部分和初级侧辅助绕组的屏蔽部分的长度并在一定频率阈值上的电势匹配可以降低因寄生电容而存在于初级侧和次级侧之间在一定频率以上的共模噪声。
因为初级侧辅助绕组可能是已包括在变压器设计中用以例如对初级侧的电组件供电的组件，所以初级侧辅助绕组可以为次级侧辅助绕组提供电屏蔽。因此，可以避免增加用来对次级侧辅助绕组进行屏蔽的附加组件以及相关联的成本和这些组件的复杂性。
次级电路中(与次级侧辅助绕组的参考端相连)的参考端子可以位于次级绕组的第一端和输出端子之间。
次级电路中(与次级侧辅助绕组的参考端相连)的参考端子可以是输出端子。
次级电路中(与次级侧辅助绕组的参考端相连)的参考端子可以是次级绕组的第一端。
次级电路中(与次级侧辅助绕组的参考端相连)的参考端子可以是次级绕组的第二端。
变压器还可以包括：开关，在次级电路中位于次级绕组的第一端和输出端子之间；以及开关控制器，被配置为在使用时从次级侧辅助绕组接收电能并控制所述开关以提供同步整流。
初级侧辅助绕组还可以包括:与附加电能端子相连的第二端和中点接头。中点接头可以连接到第一端和第二端子之间的初级侧辅助绕组。初级侧辅助绕组的一部分可以在中点接头和第二端之间延伸。
次级侧辅助绕组还可以包括与次级侧辅助绕组的第一部分串联的第二部分，所述第一部分在物理上位于所述第二部分和初级侧辅助绕组之间。
初级侧辅助绕组的屏蔽部分可以沿次级侧辅助绕组的第一部分和初级侧辅助绕组的屏蔽部分的相应长度，插入在次级侧辅助绕组的第一部分和主绕组之间。
初级侧辅助绕组的屏蔽部分的占用空间在相对于主绕组对的几何中心的径向方向上沿初级侧辅助绕组的屏蔽部分和次级侧辅助绕组的第一部分的相应长度完全包含次级侧辅助绕组的第一部分。
次级侧辅助绕组的第一部分可以在向着主绕组对的几何中心的径向方向上与初级侧辅助绕组的屏蔽部分一致(congruent)。次级侧辅助绕组的第一部分可以在面积上与屏蔽部分一致，使得初级侧辅助绕组可以在次级侧辅助绕组的全部长度上提供电屏蔽。该电屏蔽可以有利地降低以寄生电容方式在初级侧和次级侧之间的电流的流动。次级侧辅助绕组的第一部分可以在电势上与初级侧辅助绕组一致，使得次级侧辅助绕组的第一部分与初级侧辅助绕组的相邻部分具有实质相似或相同的电势。具有相同电势将降低以寄生电容方式在初级侧和次级侧辅助绕组之间流动的电流。
初级侧辅助绕组的屏蔽部分可以包括多芯电导体。
变压器还可以包括与初级绕组相连的屏蔽，所述屏蔽被配置为使得：次级绕组可以位于屏蔽和初级绕组之间，并且在使用时第一共模电流可以在屏蔽和次级绕组之间流动，第二共模噪声电流可以在初级绕组和次级绕组之间流动。可以在屏蔽电势下将屏蔽连接到初级侧的一部分，所述屏蔽电势被选择为使得第一共模噪声电流和第二共模噪声电流互补。
特定阈值频率是9kHz或150kHz。
可以提供包括变压器的电子设备，其中所述电子设备可以是公开模式电源和/或集成电路。
附图说明
将详细描述参考附图的公开示例，其中：
图1示出了具有示例性开关模式电源的示意电路图；
图2示出了图1的示意电路图的一部分的细节视图；
图3示出了包括同步整流控制器的反激转换器的次级侧的示意电路图；
图4示出了包括位于备选位置处的同步整流控制器的反激转换器的次级侧的示意电流图；
图5示出了变压器的截面图；
图6示出了表示图5的变压器不同绕组在变压器操作期间特定时间点上的电势的图；
图7示出了具有初级侧辅助绕组的变压器的截面图；
图8示出了表示图7的变压器的不同绕组的电势的图；
图9示出了具有位于备选位置处的次级侧辅助绕组的变压器的截面图；
图10示出了图9的变压器的第一实施例的示意电路图；
图11示出了图10的变压器的一部分的截面图；
图12示出了图9的变压器的第二实施例的示意电路图；
图13示出了图12的变压器的一部分的截面图；
图14示出了图9的变压器的第三实施例的示意电路图；
图15示出了图14的变压器的一部分的截面图；
图16示出了变压器的一部分的截面图，其中初级侧辅助绕组的匝位于次级侧辅助绕组的匝和初级绕组之间；
图17示出了变压器的一部分的截面图，其中次级侧辅助绕组的匝与初级侧辅助绕组的匝一致；
图18示出了变压器的一部分的截面图，其中次级侧辅助绕组的匝包含在初级侧辅助绕组的匝的占用空间内；
图19示出了定位在包括多芯导体的初级侧辅助绕组上方的次级侧辅助绕组的一部分；
图20示出了与图11所示的截面图相似的变压器的一部分的截面图；
图21示出了表示图20的变压器的不同绕组在变压器操作期间特定时间点上的电势的图；
图22示出了图20的变压器的示意电路图。
具体实施方式
电变压器可以具有彼此动电地(galvanically)隔离的初级侧和次级侧。变压器在初级侧被供电，然后对与次级侧相连的负载供电。已有很多不同几何形状的变压器，并且本公开可以涉及宽广范围的不同变压器，其中一些变压器可以对次级侧提供比初级侧上提供的电压更高、更低或者相同的电压的电能。一种示例类型的变压器在反激转换器中使用。反激转换器将用于示出本公开的实施例，但是可以理解，本公开还可以涉及其他变压器的使用。
图1示出了包括变压器的反激转换器的示意电路图100。电路100可以用虚线分为位于虚线102左侧的初级侧104和位于虚线102右侧的次级侧106。变压器的初级绕组110位于初级侧104，并且变压器的次级绕组120位于次级侧106。初级侧104包括电能开关112，在一些示例中，电能开关112可以是诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的晶体管。次级侧106包括与次级绕组120相连的二极管122。可以理解，二极管122可以连接到次级绕组120的任一端，例如，可以连接到(图1所示的)输出/正极电压端124或者可以连接到次级绕组的参考/接地端126。
图2示出了反激转换器的更详细的示意电路图200。与图1所示组件相似的组件赋予相似的附图标记，并且在此不再详细讨论。电路图200示出了第三绕组，即位于初级侧204的初级侧辅助绕组230。第三绕组230被配置为通过感应耦合从初级绕组210接收电能，并对可以是低电压电路的初级侧控制电路232供电。初级侧控制电路232连接到位于初级侧204的电能开关212，从而被配置为操作电能开关212。在电能开关212是晶体管的一些示例中，初级侧控制电路232可以被配置为对该晶体管的栅极端子提供电压，以操作电能开关212。
图3示出了反激转换器的次级侧的示意电路图300。在该示例中，在电路中使用SR开关322来替代位于图1的次级侧的二极管。SR开关322被控制为提供二极管的功能，并且可以称为同步整流器。因为比二极管具有更低的损耗，所以使用SR开关322可以提供更好的能效。在一些示例中，SR开关322可以是诸如MOSFET的晶体管。为操作SR开关322，电路300包括需要更多电能来操作的次级侧控制电路328。在该示例中，由于次级侧开关322连接在次级绕组320和参考端和反激转换器的参考端子340之间，可以通过到次级绕组320的输出端326(即反激转换器的输出电压)的连接来对次级侧控制电路328供电。将次级侧开关322放置在次级绕组320的参考端326和参考端子340之间，而不是次级绕组320和输出端324和输出端子342之间，其优点包括不需要更多的绕组来对控制电路328供电，但其缺点包括可能产生更大的噪声水平，从而可能需要使用更大的滤波器来管理共模噪声。
图4示出了另一个反激转换器的次级侧的示意电路图400，在该反激转换器中，SR开关422布置在次级绕组420的输出端424和反激转换器的输出端子442之间。次级侧控制电路428包括在其中，用以操作SR开关422。因此，当使用反激转换器时，需要对次级侧控制电路428供电。通过对变压器增加连接在次级绕组420的输出端424和次级侧控制电路428的源电压端子之间的附加绕组450，可以提供该供电。附加绕组450可以称为次级侧辅助绕组。次级侧控制电路428还具有连接到次级绕组420的输出侧424的参考端子，以完成通路。
在上述变压器和一般的变压器中，一个重要问题是从初级侧到次级侧的共模噪声传输。共模噪声是一种通常在高频产生的电磁干扰(EMI)噪声，并且可能对由变压器提供电能的任何设备造成问题。由于相邻绕组之前存在寄生电容，共模噪声可以能因初级侧绕组和次级侧绕组之间的耦合而存在。
图5示出了包括缠绕铁芯560的绕组的变压器500的截面图。将要理解的是，可以使用包括空气在内的很多其他芯材料，并且芯可以包括单环路芯材料(未示出)或者如图所示的双环路(也称为“壳式”芯)。在该示例中，初级绕组的第一部分570缠绕芯的中央部分(也可以称为中央段562)。为使本公开更为清楚，初级绕组的第一部分570的截面没有示出单独的匝，但是将要理解的是，在一些示例中，初级绕组的第一部分570可以包括多个匝或者一个匝。然后，次级绕组580缠绕初级绕组的第一部分570。然后在次级绕组580上包裹屏蔽。在一些示例中，屏蔽可以包括导电材料(例如紫铜或黄铜)的硬片(solidsheet)，因此屏蔽572在其范围内具有单一电势。然后，初级绕组的第二部分574缠绕屏蔽572。初级绕组的第二部分574可以与初级绕组的第一部分570串联，以增加初级绕组570、574和次级绕组580之间的匝数比。初级侧辅助绕组576缠绕初级绕组的第二部分574。在该示例中，初级侧辅助绕组576仅在中央段562的一部分上延伸。然而，将要理解的是，初级侧辅助绕组可以沿中央段的全部宽度延伸(未示出)。如果相邻绕组的相邻部分之间(例如初级绕组的第一部分570和次级绕组580的相邻部分之间)存在电势差，则电流可以借助寄生电容在相邻部分之间流动。
图6提供了图5所示的初级绕组的第一部分、次级绕组和屏蔽的电势的示意图600。因为图6用于示出芯上从相邻导体流入次级绕组的电流，所以图6中未示出初级绕组的第二部分和初级侧辅助绕组的电势。
电势在纵轴690上示出，并且在横轴692上示出跨在芯中央部分的宽度上的位置。(如图5所示，芯中央部分的宽度在垂直方向上延伸)。第一直线694示出了经过芯的截面的初级绕组的第一部分的电势。更为详细的示图将不示为直线，而是“阶梯”形的一组线，因为第一匝的截面上的电势是常量，从而下一匝的截面上的电势是更大的常量，这是因为在下一匝中感应耦合引入的电势更大。随着每一匝都逐渐具有更高的电势，“阶梯”将在中央部分的宽度上持续。然而，为使本公开更为清楚，示出一条线作为近似。类似地，次级绕组的截面的电势被示为第二直线696。这里，初级绕组具有比次级绕组更多的匝数，因此第二条线696的梯度要低于第一条线694的梯度。第三条线698示出了屏蔽的电势，由于屏蔽是一个导电材料层，所以该电势在芯的中央部分的全部宽度上是常量。为在屏蔽上提供特定电势，屏蔽在特定点处连接到初级侧。通过对连接点进行选择，可以选择具有用于降低或避免共模噪声的值的恒定屏蔽电势。
由于初级绕组的第一部分位置与次级绕组相邻，绕组各相连部分的之间的电势差将因各部分相对彼此的寄生电容而引起在各部分之间流动的电流。从而电流可以沿绕组的相应长度在相邻绕组之间流动，其中相应长度指的是作为缠绕芯的绕组的相邻部分。
经由寄生电容从初级绕组的第一部分到次级绕组的电流将由在初级绕组和次级绕组的各相邻部分之间流动的所有电流的总和组成。因此，该电流将与初级绕组和次级绕组之间的电势差沿次级绕组的长度的积分成正比。该积分将与图6的第一直线684和第二直线696之间的面积成正比。
类似地，由于屏蔽与次级绕组相邻，所以当各相邻部分之间存在电势差时，电流将在屏蔽和次级绕组的各相邻部分之间流动。从图6可以看出，第三直线698和第二直线696在屏蔽的电势与次级绕组的电势相同的某个点697处相交。因此，在屏蔽和次级绕组之间流动的电流将在该点任一侧以不同方向流动。基于上文讨论的有关第一直线694和第二直线696的相同理由，因电容引起的从屏蔽流到次级绕组的总电流将与第二直线696和第三直线698之间的面积(正和负两者)成正比。
由于初级绕组的电势大于次级绕组的电势，在除电势相同的绕组起点外的所有点处，电流将从初级绕组流向次级绕组，从而从变压器的初级侧流向变压器的次级侧。然而，由于次级绕组沿其大部分长度处于比屏蔽更高的电势，所以次级绕组和屏蔽之间的大部分电流从次级绕组流向屏蔽。当然，在屏蔽具有更高电势处，一些电流将从屏蔽流向次级绕组。如果合适选择屏蔽电势，则可以将在初级绕组和次级绕组之间流动的电流与在次级绕组和屏蔽之间流动的电流相匹配。这时，在初级绕组和次级绕组之间流动的总电流将和在次级绕组和屏蔽之间流动的总电流具有相等的幅值，但是具有相反的符号。因此，有利地，在变压器的初级侧和次级侧之间流动的总电流可以相匹配，从而抵消。当然，当在变压器的不同部分之间流动的电流之间的较小不匹配将导致初级侧和次级侧之间的少量共模噪声时，通过使用抵消技术将共模噪声降低为少量，这仍然具有优势。
图7示出了变压器700的截面图，其与图5的变压器相似，但是还包括物理上位于次级绕组782和屏蔽772之间的次级侧辅助绕组782。次级侧辅助绕组782延伸经过变压器700的中央段762的全部宽度。在该变压器700中，由于(i)初级绕组770和第一部分和次级绕组780之间以及(ii)屏蔽772和次级侧辅助绕组782之间的寄生电容，在初级侧和次级侧之间将存在共模噪声。
图8以与图6中电势图相似的方式示出了图7的变压器的一些绕组的电势图800。初级绕组的第一部分的电势在绕组宽度上线性增加，如第一直线894所示。第二直线896示出了次级绕组在绕组宽度上的电势。基于上文有关图6讨论的相同理由，由寄生电容引起的在初级绕组870和次级绕组880之间流动的电流与第一直线894和第二直线896之间的面积成正比。第三直线899示出了次级侧辅助绕组在绕组宽度上的电势，而第四直线898示出了屏蔽的电势。通过将屏蔽连接到初级侧的合适部分，屏蔽在其截面的全部范围内具有恒定电势。在一些示例中，屏蔽可以连接到可以连接接地的初级侧参考端子。如上文所讨论，在屏蔽和相邻绕组(这里是次级侧辅助绕组)之间流动的电流将与第三直线600和第四直线698之间的面积成正比。当合适选择屏蔽的电势时，从初级绕组流向次级绕组的总电流将和从屏蔽流向次级侧辅助绕组的总电流具有相等的幅值，但具有相反的符号。因此，从变压器的初级侧流向变压器的次级侧的电流将有利地抵消。
将要理解的是，初级绕组和次级绕组以及一个或多个屏蔽的各种布置可以用于降低从变压器的初级侧到次级侧的共模噪声的传输。该降低一般可通过以下方式来实现：布置从初级侧组件向次级侧组件流动的第一共模噪声电流和从初级侧组件向次级侧组件流动的第二共模噪声电流，使得第一共模噪声电流和第二共模噪声电流互补并且它们相互抵消。
制造图7的变压器的问题在于难以将次级侧辅助绕组782缠绕在中央段762的全部宽度上。尤其是被配置为从次级侧辅助绕组782接收电能的次级电路需要由比次级绕组780匝数更少的匝数来提供电压的情形。如果次级侧辅助绕组782的匝数少于次级绕组780的匝数并且如果用于制造绕组的电线粗细相同，则次级侧辅助绕组782将覆盖比次级绕组780更小的中央段762的面积。如果缠绕次级侧辅助绕组782的其他绕组覆盖比次级侧辅助绕组782更大的中央段762的面积，这可能对这些其他绕组的造成问题，因为这些其他绕组延伸超出次级侧辅助绕组782所覆盖的区域的部分上得不到次级侧辅助绕组782的物理支持。如果因为具有不同匝数或者因为包括更细的电线，次级侧辅助绕组782和次级绕组780具有不同宽度，则可能难以成功抵消共模噪声电流。
图9示出了具有初级侧和次级侧、并且包括主绕组对的变压器900的截面图。主绕组对包括位于初级侧的初级绕组975和位于次级侧的次级绕组980。次级绕组980被配置为使用时与初级绕组975感应耦合。次级绕组980是次级电路的一部分，次级电路的实施例在图10、12和14示出并在下文中讨论。
变压器900还包括位于初级侧的初级侧辅助绕组976。使用时，初级侧辅助绕组976被配置为与初级绕组975感应耦合，由于初级绕组975上的电势，使得在初级侧辅助绕组976中感应第一电势分布。在初级侧辅助绕组976中感应的第一电势分布可用于对位于与变压器相关联的电路的初级侧的控制器供电。
变压器还包括位于次级侧的次级侧辅助绕组982。使用时，次级侧辅助绕组982被配置为与初级绕组975感应耦合，使得在次级侧辅助绕组982中感应第二电势分布。在次级侧辅助绕组982中感应的第二电势分布可用于对位于与变压器相关联的电路的次级侧的控制器供电。次级侧辅助绕组982的参考端可以在各不同点与次级电路相连，下文将结合图10、12和14进行讨论。
如图9所示，初级侧辅助绕组976物理位于(1)主绕组对以及(2)次级侧辅助绕组982之间。具体地，初级侧辅助绕组976物理位于次级侧辅助绕组982和初级绕组975之间。将要理解的是，初级绕组、次级绕组以及一个或多个屏蔽的其他布置也可以，并且可以提供主绕组对的各组件和任何该屏蔽之间的有效共模噪声消除。通过将初级侧辅助绕组976定位在次级侧辅助绕组982和主绕组对975、980之间，初级侧辅助绕组976可以用作静电屏蔽，其屏蔽次级侧辅助绕组982从主绕组对的任何部分或任何其他关联屏蔽接收共模噪声电流。
次级侧辅助绕组982被定位为与初级侧辅助绕组976相邻，使得次级侧辅助绕组982的第一部分与初级侧辅助绕组976的屏蔽部分重叠。通过这种方式，沿着初级侧辅助绕组976的屏蔽部分的长度的第一电势分布与沿着次级侧辅助绕组982的相邻第一部分的长度的第二电势分布相匹配。
在该示例中，次级侧辅助绕组982的第一部分是整个次级侧辅助绕组982，并且初级侧辅助绕组976的屏蔽部分是整个初级侧辅助绕组976。并且在该示例中，次级侧辅助绕组982和初级侧辅助绕组976延伸相同长度，但是在其他示例中，次级侧辅助绕组982可以短于初级侧辅助绕组976，其中初级侧辅助绕组976只有与次级侧辅助绕组982相邻的那部分才包括屏蔽部分。此外，初级侧辅助绕组976还可以包括附加部分或者在屏蔽部分的一端或两端延伸超出初级侧辅助绕组976的屏蔽部分的部分。
沿初级侧辅助绕组976的屏蔽部分的长度的第一电势分布与沿次级侧辅助绕组982的第一部分的长度的第二电势分布相匹配。也就是说，在沿次级侧辅助绕组的第一部分的长度的位置处的电势和在沿初级侧辅助绕组的屏蔽部分的长度的对应位置处的电势具有相同值。下文将详细描述，这种匹配可以包括确保两个绕组的电势在它们开始重叠的点处相匹配。这里，对应位置是指各绕组上彼此足够物理靠近以实现各绕组的电势分布之间的可接受匹配的位置。
沿初级侧辅助绕组976的屏蔽部分和次级侧辅助绕组982的第一部分的长度的电势分布匹配可以至少在大于特定阈值频率的频率范围上产生。如果差异小于匹配阈值，则可以认为电势分布相匹配。绕组的电势分布可以在小于特定阈值频率的频率上不匹配。将要理解的是，特定阈值频率值将由各绕组的几何形状及它们相对彼此的方向来确定。
共模噪声通常存在于一定阈值频率以上，因此用于降低或最小化共模噪声的技术只需要考虑在一定阈值频率以上的电势频率分量。为符合一定标准和规则，还可能需要降低共模噪声耦合。在一些示例中，这些标准和规则与150kHz以上频率的共模噪声相关。当然，可以使用更高或更低频率的其他阈值来提供共模噪声的有利降低。例如，与照明系统相关的设备中，9kHz阈值可能合适。当次级侧辅助绕组的第一部分和初级侧辅助绕组的屏蔽部分的相近部分具有相同电势时，在各部分之间可能存在零电势差。自零电势差的情况下，将不会有电流流经次级侧辅助绕组和初级侧辅助绕组之间的寄生电容。由此，变压器900的初级侧和次级侧之间的共模噪声可以有利地避免或降低。
当需要次级侧辅助绕组和初级侧辅助绕组的相邻部分的电势分布沿它们相应长度且在特定频率以上都相匹配时，电势不必在全部频率上匹配。事实上，在特定频率阈值以下的较低频率上，各绕组可以具有很不同电势。然而，如本领域技术人员所知，寄生电容往往可以忽略，这是因为在较低频率上对应的电流可以忽略不计。
图10示出了可使用图9的变压器的反激转换器100的示例性示意电路图。该电路图示出了与上文结合图4所示反激转换器讨论的组件相似的组件，但是在该示例中，次级侧辅助绕组1050连接到反激转换器1000的输出端子1042。如下文所详细讨论，通过这种方式来连接次级侧辅助绕组1050使沿次级侧辅助绕组1050的电势分布能够与沿初级侧辅助绕组1030的电势分布相匹配。
图10中，反激转换器1000具有位于反激转换器1000的初级侧的初级绕组1010和初级侧辅助绕组1030。初级侧辅助绕组1030具有连接到初级侧参考端子1036的第一端1034，在一些示例中，初级侧参考端子可以电接地。初级侧辅助绕组1030的第一端可以称为参考端子1034。
次级绕组1020位于反激转换器1000的次级侧。次级绕组1020形成次级电路的一部分，在次级电路中，端子1042经由SR开关1022连接到次级绕组1020的第一端子1024，同时次级绕组1020的第二端子1026连接到次级侧参考端子1040，所述次级侧参考端子1040在一些示例中可以是电接地。次级绕组1020的第二端1026可以称为参考端。
次级电路还包括位于次级绕组1020的输出端子1042和第一端1024之间的SR(同步整流)开关1022。与图4所示的开关相似，SR开关1022可以被配置为提供二极管的功能，从而在反激转换器1000的输出处提供同步整流。如上文结合图4所讨论，SR开关控制器1028向SR开关1022提供控制信号。位于反激转换器1000的次级侧的次级侧辅助绕组1050用于向SR开关控制器1028提供电源。
次级侧辅助绕组1050具有将被称为参考端1052的第一端。次级侧辅助绕组1050还具有与SR开关控制器1028的源电压端子相连的第二端1054。SR开关控制器1028的参考端子还连接到次级绕组1020的第一端1024处的次级电路。
在该示例中，次级侧辅助绕组1050的参考端1052连接到输出端子1042处的次级电路。因此，由次级侧辅助绕组1050提供给SR开关控制器1028的电势参考输出端子1042处的输出电压来提供。输出端子可被认为具有足够稳定的电压，使其成为用于次级侧辅助绕组1050的参考端子。通过这种方式来连接次级侧辅助绕组1050的参考端1052的优点是，相比于在参考端1052连接到次级侧参考端子1040(如图14所示)的情况中所需要的匝数，次级侧辅助绕组1050通常将只需要相对较少的匝数，以对SR开关控制器1028提供充足电能。
由于次级侧辅助绕组1050的参考端1052连接到输出端子1042，其电势可被认为基本恒定。此外，如上所述，初级侧辅助绕组1030的参考端1034连接到诸如接地的具有基本恒定参考电压的参考端子。因此，如上文参考图9所讨论，沿次级侧辅助绕组1050的电势分布可以与初级侧辅助绕组1030的电势分布相匹配以用于高频信号，否则这些高频信号将产生问题共模噪声。具体地，由于次级侧辅助绕组1050和初级侧辅助绕组1030的参考端1052、1034处于相同恒定电势，沿变压器中央段的次级侧辅助绕组1050的起点的位置可以与沿变压器中央段的初级侧辅助绕组1030的起点的位置相对应，如图9所示。
图11示出了可在图10的电路中使用的另一个变压器的绕组的截面1100。在该示例中，需要初级侧辅助绕组1176以提供比次级侧辅助绕组1182相对更大的输出电压，因此初级侧辅助绕组1176具有比次级侧辅助绕组1182更多的匝数，因而也更宽。图11中仅示出了变压器截面的一半，其对应于图9的左手侧且旋转90度。
如上文结合图10所述，由于初级侧辅助绕组1176的参考端1177连接到诸如接地的初级侧参考端子，其将具有恒定电势。类似地，因为连接到反激转换器的输出端子(Vout)，次级侧辅助绕组1182的参考端1183具有恒定电势。因此，通过将初级侧辅助绕组1176的第一端1177定位为与次级侧辅助绕组1182的第一端1183相邻，两个绕组的这两个相邻部分的高频电势彼此相匹配。
在图11的示例中，初级侧辅助绕组1176包括七匝，其中每匝包括一对导电线芯。次级侧辅助绕组1182包括五匝单芯导电线。因此，可以将次级侧辅助绕组1182缠绕初级侧辅助绕组1176上，使得因为两个绕组和初级绕组1175之间的感应耦合，两个绕组的电势以串联方式(intandem)增加。通过这种方式，次级侧辅助绕组1182的每个部分的电势和初级侧辅助绕组1176上的最靠近次级侧辅助绕组1182的每个部分的部分的电势相同。由于沿次级侧辅助绕组1182的整个长度相对于初级侧辅助绕组1176上的最靠近对应部分不存在电势差，所以可以降低或最小化在初级侧辅助绕组1176和次级侧辅助绕组1182之间流动的共模噪声电流。
图11中，初级侧辅助绕组1176的前五匝可被认为是屏蔽部分。整个次级侧辅助绕组1182可被认为是第一部分，所述第一部分被屏蔽部分覆盖，从而其不从变压器的初级侧接收显著的共模噪声信号。
图12示出了逆向变化器的示意电路图1200，所述反激转换器包括与图10的反激转换器的组件相似的很多组件。已参考前述附图进行描述的组件和特征在此将不必描述。
图12的电路图1200包括具有参考端1283和第二端1284的次级侧辅助绕组1282。在该示例中，SR开关控制器1228具有在次级绕组1220的第一端1224处与次级电路相连的参考端子。在图12的电路中，次级侧辅助绕组1282的参考端1283连接到次级绕组1220的第一端1224。
次级侧辅助绕组1282的参考端1283连接到次级绕组1220的第一端1224，第一端1224将没有基本恒定的电势。但是，如果初级侧辅助绕组1276的屏蔽部分1276a的起点处的电势可以具有相似的非恒定电势，次级侧辅助绕组1282仍然可以与初级侧辅助绕组1276相匹配。在该示例中，通过将次级侧辅助绕组1282的起点定位在与初级侧辅助绕组1276的起点相隔一定距离，次级侧辅助绕组1282的电势与初级侧辅助绕组1276的屏蔽部分1276a的电势相匹配。换句话说，初级侧辅助绕组1276可以提供为相互串联的至少两个子绕组。第一子绕组1276b的参考端子1277可以直接连接到初级侧参考端子1236。第一子绕组1276b的第二端1278可用于向初级侧控制器(未示出)提供电压源。第二子绕组1276a的第一端连接到第一子绕组1276b的第二端1278。第二子绕组1276a第二端1279可以置为未连接。第二子绕组1276b的全部或子集可用作屏蔽部分，将参考图13详细讨论。
第一子绕组1276b和第二子绕组1276a之间的连接1278可被认为到初级侧辅助绕组1276的合适部分的中央接头1278，用于以合适电压水平对初级侧的组件供电。
图13示出了图12的变压器的匝的部分的截面图1300。初级侧辅助绕组1376缠绕初级绕组1374的一部分。在该示例中，初级侧辅助绕组1376包括十四匝。次级绕组1380包括八匝(未示出)。由于次级侧辅助绕组1382的参考端1383连接到次级绕组1380的第一端，次级侧辅助绕组1382的参考端1383处的电势将与初级侧辅助绕组1376第八和第九匝之间节点处的电势相同。因此，次级侧辅助绕组1382的第一匝定位在初级侧辅助绕组1376的第九匝的上方(与其相邻)。即，初级侧辅助绕组1376的屏蔽部分在第九匝处开始。次级侧辅助绕组1382的后续匝定位在初级侧辅助绕组1376的对应匝的上方。通过这种方式来提供匹配电势，使得初级侧辅助绕组1376和次级侧辅助绕组1382之间的电势差、继而共模噪声电流得到降低或最小化。
从图13可以看出，次级侧辅助绕组1382的匝没有精确定位在初级侧辅助绕组1376的匝的上方。因此，这种布置可能使少量共模噪声从初级侧传输到次级侧，但是这些噪声的量可能小到足以忽略，因而图13的布置仍然可以提供有利性能。
图14示出了反激转换器的示意电路图1400，所述反激转换器包括与图12的反激转换器的组件相似的很多组件。已参考前述附图进行描述的组件和特征在此将不必描述。
图14中，次级侧辅助绕组1482的参考端1483在可以是接地的次级侧参考端子1440处连接到次级电路。并且，初级侧辅助绕组1476的参考端连接到也可以是接地的初级侧参考端子1436。因此，次级侧辅助绕组1482的参考端1483可以有利地定位在初级侧辅助绕组1476的参考端的上方(与其相邻)，从而它们的各自电势将匹配。因此，初级侧辅助绕组1476可以不需要附加的匝来提供与次级侧辅助绕组1482相匹配的起点，所述次级侧辅助绕组1482在沿初级侧辅助绕组1476的中间/中途位置(比如，图12和13中可以看到这种中间点)。
图14中的SR控制器1428具有与次级绕组1420的第一端1424相连的参考端子。因此，由于次级侧辅助绕组1482参考可以是接地的次级侧参考端子1440，次级侧辅助绕组1482应为SR控制器1428提供比次级绕组1420的第一端1424处的电压更大的电压，以便在SR控制器1428上存在电势差。如图14所示，这意味着次级侧辅助绕组1482应具有比次级绕组1420更多匝。
图15示出了图14的变压器的一部分绕组的截面图。如图15的示例，因为初级侧辅助绕组1576的参考端1577和次级侧辅助绕组1582的参考端1583都具有恒定电势，参考端1577定位为与参考端1583相邻。次级侧辅助绕组1582的后续绕组缠绕初级侧辅助绕组1576具有匹配电势的对应绕组。
在该示例中，次级侧辅助绕组1582具有比初级侧辅助绕组1576更多的绕组。具体地，初级侧辅助绕组1576包括七匝，而次级侧辅助绕组1582包括十一匝。次级侧辅助绕组1582可被认为具有通过上述方式与初级侧辅助绕组1576相匹配的第一部分1582a。
次级侧辅助绕组1582还具有与第一部分1582a串联的第二部分1582b。第一部分1582a和第二部分1582b共同提供SR控制器的所需电压。
次级侧辅助绕组1582的第一部分1582a物理位于第二部分1582b和初级侧辅助绕组1576之间。即，次级侧辅助绕组1582的第二部分1582b位于次级侧辅助绕组1582的第一部分1582a外部，并且不实质延伸超过第一部分1582a的端部。通过这种方式，第二部分1582b不与初级侧的绕组相邻，因此不易从变压器的初级侧接收共模噪声。换句话说，次级侧辅助绕组1582的第一部分1582a为次级侧辅助绕组1582的第二部分1582b提供对来自初级侧辅助绕组1576和初级绕组1575的电屏蔽。
将理解的是，次级侧辅助绕组可以包括多个部分，第一部分缠绕初级侧辅助绕组，并且每个后续部分缠绕次级侧辅助绕组的在先部分。
在该示例中，整个初级侧辅助绕组1576可被认为是屏蔽部分，并且次级侧辅助绕组1582的子集/子绕组可被认为是与该屏蔽部分相匹配的第一部分。
图16示出了穿过根据本公开的实施例的变压器一部分的截面部分的示意图1600。初级侧辅助绕组1670的单匝位于次级侧辅助绕组1680的单匝和初级绕组1675之间。未示出附加绕组的其他匝，以使本公开更为清楚，但是应理解可能存在多个匝。
针对要位于或插在次级侧辅助绕组的匝和初级绕组之间的初级侧辅助绕组的匝的一部分，从初级侧辅助绕组的匝的一部分内的点向初级绕组的最接近点所画的直线可能与初级侧辅助绕组的屏蔽部分的某部分相交。显然，图16所示的初级侧辅助绕组1670的匝满足这一条件。但是，同样可以清楚看出，诸如虚线1684所示的一些线将从次级侧辅助绕组1680内的点向初级绕组1675内的最接近点延伸，并且不与初级侧辅助绕组1670的任何部分相交。因此，经由这些直接路径(其中初级侧辅助绕组1670不提供有效电屏蔽)，在初级绕组1675和次级侧辅助绕组1680之间可能存在一些寄生电容耦合。然而，就次级侧辅助绕组的一部分而言，当初级侧辅助绕组1670的一部分插入在这部分和初级绕组1675之间时，仍然可以提供一些有效屏蔽。
图17示出了穿过根据本公开的实施例的变压器一部分的截面的示意图1700。初级侧辅助绕组1770的单匝位于次级侧辅助绕组1780的单匝和初级绕组1775之间。附加绕组的其他匝未示出以使本公开更为清楚。
当从次级侧辅助绕组1780的任一点到初级绕组1775的最接近点的最短路径与初级侧辅助绕组1770的一部分相交时，单就各绕组的面积而言，可以认为次级侧辅助绕组1780与初级侧辅助绕组1770一致(congruent)。当次级侧辅助绕组1780任一点的电势与初级侧辅助绕组1770最接近点的电势相等时，单就其电势而言，则可以认为次级侧辅助绕组1780和初级侧辅助绕组1770一致。当初级侧辅助绕组1770和次级侧辅助绕组1780在面积和和电势方面一致时，则可以概括地认为它们一致。
图18示出了穿过根据本公开的实施例的变压器一部分的截面的示意图。初级侧辅助绕组1870的单匝位于次级侧辅助绕组1880的单匝和初级绕组1875之间。附加绕组的其他匝未示出以使本公开更为清楚。
图18中，可以构建一对线1886，该一对线1886从初级绕组1875内开始并以径向方向向外延长并与初级侧辅助绕组1870的截面边缘相交。这些线可被认为限定初级侧辅助绕组1870的占用空间(footprint)，所述占用空间由这对线和初级侧辅助绕组的表面上最接近与这对线1886相交的次级侧辅助绕组1880的部分所包围的区域包围而成。有利地，次级侧辅助绕组1880的截面可以包含在初级侧辅助绕组1870的占用空间内。该布置可以通过初级侧辅助绕组1870为次级侧辅助绕组1880提供对初级绕组1875的有效电屏蔽。
图19示出了穿过根据本公开的实施例的变压器一部分的截面的示意图。初级侧辅助绕组1970的单匝位于次级侧辅助绕组1980的单匝和初级绕组1975之间。附加绕组的其他匝未示出以使本公开更为清楚。
初级侧辅助绕组1970可以包括多个导电芯或者多芯电导体。在该示例中，初级侧辅助绕组1970包括两个导电芯，第一芯1977和第二芯1978。第一芯1977和第二芯1978一起提供凹槽1972，在该凹槽中可以有利地缠绕次级侧辅助绕组1980。通过在该凹槽中缠绕次级侧辅助绕组1980，次级侧辅助绕组可以有利地与初级绕组1975电屏蔽。此外，通过使用这种多芯初级侧辅助绕组1970，次级侧辅助绕组1980可以容易地缠绕在凹槽1972中，这可能有利地促进次级侧辅助绕组1980的制造。
将要理解的是，广泛的各种电子设备可以包括根据本公开的实施例的变压器。在一些示例中，这些电子设备可以包括开关模式电源。在一些示例中，这些电子设备可以包括集成电路。在一些示例中，这些电子设备可以包括包含开关模式电源的集成电路。
将要理解的是，变压器绕组可以用各种方式来配置。变压器将具有可以包括磁质材料或空气的芯。芯可被认为沿长度延伸。就芯的长度而言，第一绕组可以缠绕芯的长度的第一部分。第二绕组可以缠绕第一绕组。第二绕组可以缠绕与第一绕组相邻的芯的第二部分。后续绕组可以缠绕其他绕组，或者可以缠绕与被缠绕其他绕组的芯的部分相邻的芯的其他部分。多个绕组缠绕芯的分离的各部分的示例可以是集成电路。集成电路或印刷电路板中的一些绕组示例可以包括缠绕芯的单匝。在这些示例中，多个绕组可以分隔，以缠绕芯的分离的各部分。由此，可以实现各相邻绕组之间的由它们的寄生电容引起的电流的流动。在这些情形中，可以有利地使用本公开的实施例来降低或消除共模噪声。
图20示出了变压器2000的一部分截面图，其与图11的截面图相似。相似的特征赋予相似的附图标记，并且不必再讨论。除了相似的特征，变压器还包括第二初级侧辅助绕组2090，所述第二初级侧辅助绕组2090位于变压器2000的初级侧并且缠绕与初级侧辅助绕组2076相分隔的主绕组对2075、2080。第二初级侧辅助绕组2090可以连接到屏蔽2072，为该屏蔽提供特定电势，该屏蔽可以有利地降低变压器2000的初级侧和次级侧之间的共模噪声。
图21示出了图20的变压器的一些绕组的电势图2100。该图与图6所示的图相似，并且相似的特征赋予相似的附图标记，在此不必再讨论。该图2100示出了根据屏蔽连接到第二初级侧辅助绕组的位置的、屏蔽的三个不同电势值2192a、2192b、2192c。可以连接到第二初级侧辅助绕组的特定匝的一部分。将要理解的是，可以通过形成第二初级侧辅助绕组的合适匝和屏蔽之间的连接来选择屏蔽电势，该屏蔽电势提供屏蔽和次级绕组之间的、对初级绕组和次级绕组之间的电流进行补偿或消除的电流的流动，以降低共模噪声。在该示例中，屏蔽电势相对初级绕组和次级绕组中产生的电势全都是负值。这就需要第二初级侧辅助绕组与初级绕组和次级绕组以相反感测进行缠绕。将要理解的是，如果第二初级侧辅助绕组和初级绕组进行相同感测的缠绕，则将产生正电势。因此，通过选择第二初级侧辅助绕组的绕组感测和选择用以连接屏蔽的第二初级侧辅助绕组的匝的合适部分，可以为屏蔽提供任何合适电势。
图22示出了与图20的变压器相似的变压器2200的示意电路图。由于该电路图在某些方面与图12的电路图相似，相似的附图标记用于指示相似的特征，在此不必再讨论。第二初级侧辅助绕组2290一端连接到初级侧参考端子2236。第二初级侧辅助绕组2290的另一端2292连接到屏蔽2294，以对屏蔽提供有利的电势，如上文结合图21所述。屏蔽2294可被认为包括单匝绕组。
将要理解的是，本文所述的任何组件的耦合或连接可以是直接或间接的耦合或连接。即，一个或多个组件可以位于所说的两个相耦合或连接的组件之间，同时能够实现要实现的功能。

Claims (15)

1.一种具有初级侧和次级侧的变压器，包括：
主绕组对，包括：
位于初级侧的初级绕组；以及
位于次级侧的次级绕组，被配置为在使用时与所述初级绕组感应耦合；
次级电路，包括所述次级绕组、输出端子和次级侧参考端子，所述输出端子连接到所述次级绕组的第一端，所述次级侧参考端子连接到所述次级绕组的第二端；
位于初级侧的初级侧辅助绕组，在第一端连接到初级侧参考端子，其中，在使用时，所述初级侧辅助绕组被配置为与所述初级绕组感应耦合，使得在所述初级侧辅助绕组中感应第一电势分布；以及
位于次级侧的次级侧辅助绕组，所述次级侧辅助绕组具有参考端，其中所述参考端连接到次级电路中的参考端子；
其中，在使用时，所述次级侧辅助绕组的第一部分被配置为与初级绕组感应耦合，使得在所述次级侧辅助绕组中感应第二电势分布；
其中：
所述初级侧辅助绕组在物理上位于(a)主绕组对和(b)次级侧辅助绕组之间；并且
所述次级侧辅助绕组的第一部分被置为与初级侧辅助绕组的屏蔽部分相邻，使得第一电势分布和第二电势分布在以下情形中相匹配：
(1)沿次级侧辅助绕组的第一部分和初级侧辅助绕组的屏蔽部分的相应长度；以及
(2)在大于特定阈值频率的频率范围内。
2.根据权利要求1所述的变压器，其中，次级电路中的参考端子位于次级绕组的第一端和输出端子之间。
3.根据权利要求1所述的变压器，其中，次级电路中的参考端子是输出端子。
4.根据权利要求1所述的变压器，其中，次级电路中与次级侧辅助绕组的参考端相连的参考端子是次级绕组的第一端。
5.根据权利要求1所述的变压器，其中，次级电路中与次级侧辅助绕组的参考端相连的参考端子是次级绕组的第二端。
6.根据前述任一项权利要求所述的变压器，还包括：
开关，在次级电路中位于次级绕组的第一端和输出端子之间；以及
开关控制器，被配置为在使用时从次级侧辅助绕组接收电能并控制所述开关提供同步整流。
7.根据前述任一项权利要求所述的变压器，所述初级侧辅助绕组还包括：与辅助电能端子相连的第二端和中点接头，其中所述中点接头连接到第一端和第二端之间的初级侧辅助绕组，使得初级侧辅助绕组的一部分在中点接头和第二端之间延伸。
8.根据前述任一项权利要求所述的变压器，其中，所述次级侧辅助绕组还包括：与次级侧辅助绕组的第一部分串联的第二部分，所述第一部分在物理上位于所述第二部分和初级侧辅助绕组之间。
9.根据前述任一项权利要求所述的变压器，其中，初级侧辅助绕组的屏蔽部分沿次级侧辅助绕组的第一部分和初级侧辅助绕组的屏蔽部分的相应长度，插入在次级侧辅助绕组的第一部分和主绕组之间。
10.根据前述任一项权利要求所述的变压器，其中，初级侧辅助绕组的屏蔽部分的占用空间在相对于主绕组对的几何中心的径向方向上沿初级侧辅助绕组的屏蔽部分和次级侧辅助绕组的第一部分的相应长度完全包含次级侧辅助绕组的第一部分。
11.根据前述任一项权利要求所述的变压器，其中，次级侧辅助绕组的第一部分在向着主绕组对的几何中心的径向方向上与初级侧辅助绕组的屏蔽部分一致。
12.根据前述任一项权利要求所述的变压器，其中，初级侧辅助绕组的屏蔽部分包括多芯电导体。
13.根据前述任一项权利要求所述的变压器，还包括：屏蔽，与初级绕组相连并被配置为使得：
次级绕组位于屏蔽和初级绕组之间；以及
在使用时，第一共模噪声电流将在屏蔽和次级绕组之间流动，第二共模噪声电流将在初级绕组和次级绕组之间流动；
其中，在屏蔽电势下将屏蔽连接到初级侧的一部分，所述屏蔽电势被选择为使得第一共模噪声电流和第二共模噪声电流互补。
14.根据前述任一项权利要求所述的变压器，其中，所述特定阈值频率是9kHz或150kHz。
15.一种电子设备，包括前述任一项权利要求所述的变压器，其中，所述电子设备是开关模式电源和/或集成电路。
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