CN108364768A - 平面变压器、电源转换电路以及适配器 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种平面变压器、电源转换电路以及适配器，能够提高噪声抑制的性能。该平面变压器包括：初级绕组，包括第一初级绕组层；次级绕组，包括第一次级绕组层，第一次级绕组层上设置有次级绕组的第Ns1匝至第Ns1+B1‑1匝线圈；电荷平衡绕组，包括第一电荷平衡绕组层，第一电荷平衡绕组层设置于第一初级绕组层和第一次级绕组层之间，且与第一初级绕组层、第一次级绕组层相邻，第一电荷平衡绕组层上设置有N1匝线圈，其中，N1大于或等于Nb1，在平面变压器工作时，Nb1匝线圈产生的第一感应电压的平均值与第一次级绕组层产生的第二感应电压的平均值相等，N1、Nb1为正数。

Description

平面变压器、电源转换电路以及适配器
技术领域
本申请涉及电路领域，并且更具体地，涉及一种平面变压器、电源转换电路以及适配器。
背景技术
开关电源以其效率高、体积小、输出稳定性好的优点而迅速发展起来。但是开关电源工作过程中的电磁干扰问题非常突出。开关电源的电磁干扰主要来自外界的干扰源、自身开关器件关断和导通、整流二极管方向恢复、电容/电感/导线产生的噪声，这些噪声信号会沿着电路网络传导和辐射到用电设备，导致电磁干扰。因而开关电源对噪声抑制的要求非常严格。
开关电源的噪声分为差模噪声和共模噪声，差模噪声主要包括由开关变换器的脉动电流引起的噪声。共模噪声主要包括由开关电源电路各参数间相互作用而产生的对参考地之间的噪声，如何降低甚至消除开关电源的噪声是业界非常关注的问题。
发明内容
本申请提供一种平面变压器、电源转换电路以及适配器，能够提高噪声抑制的性能。
第一方面，提供了一种平面变压器，包括：初级绕组，包括第一初级绕组层；次级绕组，包括第一次级绕组层，所述第一次级绕组层上设置有所述次级绕组的第Ns1匝至第Ns1+B1-1匝线圈，其中所述次级绕组的第1匝线圈用于连接电源转换电路的次级电路的电位静点，Ns1、B1为正数；电荷平衡绕组，包括第一电荷平衡绕组层，所述第一电荷平衡绕组层设置于所述第一初级绕组层和所述第一次级绕组层之间，且与所述第一初级绕组层、所述第一次级绕组层相邻，所述第一电荷平衡绕组层的第一端用于连接所述电源转换电路的初级电路的电位静点，所述第一电荷平衡绕组层上设置有N1匝线圈，其中，N1大于或等于Nb1，在所述平面变压器工作时，Nb1匝线圈产生的第一感应电压的平均值与所述第一次级绕组层产生的第二感应电压的平均值相等，N1、Nb1为正数。
在本申请实施例中，在平面变压器的初级绕组和次级绕组之间设置电荷平衡绕组，并且通过设计电荷平衡绕组包括的第一电荷平衡绕组层的线圈匝数，以使得在所述平面变压器工作时，所述第一电荷平衡绕组层中的至少部分线圈的感应电压能够用于平衡第一次级绕组层的感应电压，以抑制次级绕组产生的共模噪声，从而提高噪声抑制的性能。
在一种可能的实现方式中，提供了一种平面变压器，其特征在于，N1、Nb1满足如下条件：N1＝Nb1+C1，Nb1＝2*Ns1+B1-2，其中，C1为实数，C1匝线圈至少用于通过产生的感应电压耦合到所述次级绕组的噪声电流平衡所述初级绕组电位跳变通过所述电荷平衡绕组匝间间隙耦合到所述次级绕组的噪声电流。
在一种可能的实现方式中，C1的取值范围为[0,1.1*Nb1]。
在一种可能的实现方式中，所述初级绕组还包括第二初级绕组层；所述次级绕组还包括第二次级绕组层，所述第二次级绕组层上设置有所述次级绕组的第Ns2匝至第Ns2+B2-1匝线圈，其中，Ns2、B2为正数；所述电荷平衡绕组还包括第二电荷平衡绕组层，所述第二电荷平衡绕组层设置于所述第二初级绕组层和所述第二次级绕组层之间，且与所述第二初级绕组层、所述第二次级绕组层相邻，所述第二电荷平衡绕组层的第一端用于连接所述电源转换电路的初级电路的电位静点，所述第二电荷平衡绕组层上设置有N2匝线圈，其中N2大于或等于Nb2，在所述平面变压器工作时，Nb2匝线圈产生的第三感应电压的平均值与所述第二次级绕组层产生的第四感应电压的平均值相等，N2、Nb2为正数。
在本申请实施例中，在平面变压器的初级绕组和次级绕组之间设置电荷平衡绕组，电荷平衡绕组包括第一电荷平衡绕组层以及第二电荷平衡绕组层，且通过设计电荷平衡绕组的线圈匝数，以使得在所述平面变压器工作时，所述电荷平衡绕组中的至少部分线圈的感应电压能够用于平衡所述次级绕组的感应电压，以抑制次级绕组产生的共模噪声，从而提高噪声抑制的性能。
在一种可能的实现方式中，N2、Nb1、Nb2满足如下条件：N2＝Nb2+C2，Nb1＝2*Ns1+B1-2，Nb2＝2*Ns2+B2-2，Nb2≥Nb1，其中，C2为实数，C2匝线圈至少用于通过产生的感应电压耦合到所述次级绕组的噪声电流平衡所述初级绕组电位跳变通过所述电荷平衡绕组匝间间隙耦合到所述次级绕组的噪声电流。
在一种可能的实现方式中，C2的取值范围为[0,1.1*Nb2]。
在一种可能的实现方式中，所述初级绕组包括初级功率绕组，所述第一电荷平衡绕组层的所述第一端和所述初级功率绕组的第一端为同名端，其中，所述初级功率绕组的第一端用于连接所述初级电路的动点。
在本申请实施例中，通过设置第一电荷平衡绕组层的所述第一端和所述初级功率绕组的第一端为同名端，第一电荷平衡绕组层产生的感应电流方向与初级绕组产生的对地噪声电流的方向相反，进而能够抑制初级绕组产生的对地噪声电流，提高了电源转换电路的噪声抑制性能。
在一种可能的实现方式中，所述初级绕组包括辅助电源绕组，所述第一电荷平衡绕组层上设置的所述N1匝线圈为所述辅助电源绕组的第1匝至第N1匝线圈，其中所述辅助电源绕组的第1匝线圈用于连接所述初级电路的工作地。
在本申请实施例中，在平面变压器中设置电荷平衡绕组，可以利用辅助电源绕组作为电荷平衡绕组，以实现对电源转换电路中的噪声的抑制，并且减少了平面变压器的体积，节约了制造成本。
在一种可能的实现方式中，所述初级绕组设置于所述次级绕组的两侧，或，所述次级绕组设置于所述初级绕组的两侧。
在一种可能的实现方式中，在所述平面变压器工作时，在所述第一电荷平衡绕组层上设置的所述N1匝线圈的第二端与任何导体之间不存在电性连接，且与任何元件之间也不存在电性连接。
在一种可能的实现方式中，B1＝1。
在一种可能的实现方式中，所述第一电荷平衡绕组层中的N1匝线圈形成环形绕组，且所述环形绕组中的第i匝线圈的匝宽大于第i+1匝线圈的匝宽，其中，所述第i匝线圈的平均半径小于所述第i+1匝线圈的平均半径，N1-1≥i≥1。
在本申请实施例中，电荷平衡绕组层的线圈沿内外径各匝宽度逐次变小，以使得电荷平衡绕组层与相邻的次级绕组层之间的电容均匀分布，从而能够提高噪声抑制的性能。
在一种可能的实现方式中，所述第i匝线圈的匝宽满足如下条件：Ri＝Ri+1*ai+1/ai，
其中，Ri为所述第i匝线圈的平均半径，Ri+1为所述第i+1匝线圈的平均半径，ai为所述第i匝线圈的匝宽，ai+1为所述第i+1匝线圈的匝宽。
在本申请实施例中，针对环形绕组，通过设置电荷平衡绕组层的线圈沿内外径各匝的匝宽，以使得各匝线圈的面积相等，从而使得电荷平衡绕组层与相邻的次级绕组层之间的电容均匀分布，能够提高噪声抑制的性能。
第二方面，提供了一种电源转换电路，包括：如第一方面或第一方面中的任一种可能的实现方式中所述的平面变压器、初级电路以及次级电路，所述平面变压器设置在所述初级电路和所述次级电路之间。
第三方面，提供了一种适配器，包括如第二方面所述的电源转换电路。
附图说明
图1是本申请实施例的一种可能的应用场景的示意图。
图2是本申请实施例的电源转换电路的示意图。
图3是本申请又一实施例的电源转换电路的示意图。
图4是本申请实施例的噪声抑制的方法示意图。
图5是本申请又一实施例的电源转换电路的示意图。
图6是本申请实施例的平面变压器的结构示意图。
图7是本申请又一实施例的平面变压器的截面示意图。
图8是本申请实施例的电源转换电路与平面变压器的连接关系示意图。
图9是本申请实施例的电源转换电路抑制共模噪声的原理示意图。
图10是本申请实施例的电源转换电路对地噪声电流的噪声路径示意图。
图11是本申请另一实施例的平面变压器的截面示意图。
图12是本申请实施例的次级绕组层的线圈沿圆周展开的电位分布示意图。
图13是本申请又一实施例的次级绕组层的线圈沿圆周展开的电位分布示意图。
图14是本申请另一实施例的平面变压器的截面示意图。
图15是本申请另一实施例的平面变压器的截面示意图。
图16是本申请另一实施例的平面变压器的截面示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。
为了便于了解本申请实施例，下面首先介绍本申请实施例涉及的一些术语。
平面变压器(planar transformer)：区别于传统的变压器结构，平面变压器的磁芯、绕组是平面结构。磁芯一般采用小尺寸的E型、RM型磁芯结构，绕组一般采用多层印刷电路板(printed circuit board，PCB)迭绕而成，这种设计有较低的直流电阻、较小的漏感和分布电容，高度很小，可以有较高的工作频率。
反激变换器(flyback converter)：广泛应用于交流直流(AC/DC)和直流直流(DC/DC)转换，是较为常见的小功率开关电源变换器，具有结构简单，成本低廉的优点。其核心部件包括功率开关管，变压器、二极管和电容。功率开关管由脉冲宽度调制控制，通过闭合与导通在变压器初级线圈中产生高频方波信号，再感应耦合到变压器的次级线圈，实现能量的传递。通过次级电路的二极管和电容的滤波整流作用，在输出端得到稳定的直流输出。
共模噪声：共模噪声又称为非对称噪声或线路对地的噪声，在使用交流电源的电气设备都存在这种噪声，共模噪声的电流在两个输电线上以相同的方向流动且对地的相位保持相同，并通过地线返回。共模噪声可以通过在共模电感或者在两个输电线和地之间使用Y电容进行抑制。
差模噪声：差模噪声又称为正常型、对称噪声或线路间噪声，它存在于交流线路和中性导线中，二者相位差为180°。差模噪声的电流沿着一条交流线流出，并沿着另一条交流线返回，在地线中不存在差模噪声电流。
电位静点：在电路网络中，该网络节点上的电压电位幅值在电路工作过程中保持相对恒定，没有高频的跳跃或者震荡。比如：反激变换器初级侧电路整流后的滤波电容和次级侧电路整流后的滤波电容，这些电容的正极或者负极及直接与其相连接的网络节点即为电位静点。
初级电路的动点：可以指在电路拓扑的初级侧随着初级开关管的开通与关断有着电压跳变的电路节点或者网络，如初级功率绕组与开关管连接的节点。
绕组层：在平面变压器中，绕组层指在绕组中位于同一平面的多匝线圈。该平面与绕组所围绕的磁芯中轴线垂直，多匝线圈可以由内向外的在同一个平面上平行缠绕。在一个绕组中，可能存在多个绕组层，每个绕组层所在的平面相互平行，垂直于磁芯中轴线排布。相应的，两个相邻的绕组层即两个所在平面平行，且中间不存在另一绕组层的两个绕组层。
本申请提供了一种平面变压器、电源转换电路以及适配器。其中，上述平面变压器可以设置于电源转换电路中，上述电源转换电路可以设置于适配器中。
具体地，适配器可以应用于为设备充电或供电的场景。例如，图1示出了本申请实施例的一种可能的应用场景。如图1所示，该应用场景包括外部电源11、适配器12以及待充电设备13。例如，上述待充电设备13可以包括蜂窝电话、笔记本电脑、电池等，本申请实施例对此并不限定。通常情况下，适配器12可以与外部电源11连接，适配器12包括的电源转换电路用于将外部电源11提供的较高电压转换为符合待充电设备13充电或供电标准的较低电压，并为待充电设备13进行充电或供电。
本申请实施例的提供的平面变压器在能够降低工作时产生的噪声。上述噪声可以包括共模噪声。进一步地，上述噪声可以包括差模噪声。上述电源转换电路可以是开关电源变换器，例如，开关电源变换器可以包括上述反激变换器。在相关技术中，开关电源的噪声分为差模噪声和共模噪声，差模噪声主要由开关变换器的脉动电流引起，可以采用滤波器进行抑制。共模噪声主要由开关电源电路各参数间相互作用而产生的对参考地之间的噪声，下面结合图2和图3，介绍电源转换电路20中的共模噪声产生和传输的机理。
如图2所示，电源转换电路20通常包括初级电路21、次级电路22以及变压器23。如图3所示，初级电路通常包括初级开关管211、初级滤波电容212。进一步地，初级电路还包括整流电路。上述初级开关管211也可以称为功率开关管。次级电路22通常包括次级整流管221和次级滤波电容222。变压器23包括初级绕组231、磁芯以及次级绕组232。初级绕组231可以与初级开关管211以及初级滤波电容212相连，次级绕组232可以与次级整流管221以及次级滤波电容222相连。初级滤波电容212和次级滤波电容222通常采用电解电容。
通常情况下，与初级滤波电容212的两端中的任意一端相连的节点为初级电路的电位静点，或者，初级电路的地节点也可以为初级电路的电位静点。与次级滤波电容222的两端中的任意一端相连的节点为次级电路的电位静点。其中，在本申请实施例中，初级电路的电位静点也可以称为初级电位静点，次级电路的电位静点也可以称为次级电位静点。
在电源转换电路20工作时，外部电源11输入的交流电通过初级电路21的整流滤波之后，转变为稳定的高压直流电输入至变压器23的初级绕组231。与初级绕组231相连的初级开关管211通过高频导通与关断，将初级绕组231上的电压耦合到次级绕组232上。耦合到次级绕组232的电压通过次级电路22的整流滤波之后，向负载输出低压直流电，为负载充电或供电。其中，上述负载即上述待充电设备13。在上述电源转换电路20的工作过程中，初级开关管211和次级整流管221由于高频的导通与关断，分别产生跳变电压Vp和Vs。由于变压器的初级绕组231和次级绕组232之间存在寄生电容，跳变电压Vp和Vs通过上述寄生电容在电源转换电路中产生共模噪声。
具体地，参见图3所示，上述寄生电容包括初级绕组对次级绕组之间的分布电容Cps和次级绕组对初级绕组的分布电容Csp。初级电路中的跳变电压Vp通过Cps产生流向地的噪声电流Ips，次级电路中的跳变电压Vs通过Csp产生流向地的噪声电流Isp。上述噪声电流Ips和噪声电流Isp即为共模噪声。
如何抑制上述共模噪声，是当前业界设计具有较强竞争力的适配器的难点之一。
需要说明的是，图3中还示出了线路阻抗稳定网络(Line ImpedanceStabilization Network,LISN)电路，LISN电路是一种测试电路，用于检测电源转换电路工作时流入地的共模噪声电流，换句话说，可以认为流入LISN网络检测到的对地电流等效为电源转换电路产生的共模噪声。
图4是相关技术的抑制噪声的方法示意图。参见图4所示，在相关技术中，可以采用屏蔽体屏蔽的方法，上述屏蔽体31与初级电位静点连接，并包裹初级绕组231，以屏蔽掉初级的跳变电压Vp对次级绕组232的共模噪声同时，可以在电源转换电路20的初级电路和次级电路之间设置Y电容。Y电容的两端可以分别与初级电位静点以及次级电位静点相连。换句话说，上述连接方式等效于Y电容并联于LISN的两侧，让原本通过LISN的共模噪声通过Y电容支路分流，从而降低LISN检测出的噪声电流。
但是，上述屏蔽体31并不能从源头上消除噪声源Vp和Vs，增加的Y电容不仅会使得成本上升和体积增加，更会带来初级电路21和次级电路22之间的工频漏电流，带来漏电安全隐患。
针对上述问题，本申请实施例提出了一种平面变压器、电源转换电路以及适配器，能够为提高电源转换电路的噪声抑制性能提供一种解决方案。进一步地，由于能够充分地抑制共模噪声，本申请实施例中的电源转换电路可以取消跨接在初级电路和次级电路上的Y电容，从而能够提供无Y电容的安全性更高的电源转换电路。
下面将结合附图，详细介绍本申请实施例的电源转换电路50。上述电源转换电路50可以应用于适配器。上述电源转换电路50包括初级电路51、次级电路52和平面变压器53。
图5是本申请实施例的电源转换电路50的示意图。如图5所示，上述电源转换电路50包括初级电路51、次级电路52、平面变压器60。其中，初级电路51的结构与图2中的初级电路21相同或相似。次级电路52与图2中的次级电路22相同或相似，此处不再赘述。接下来介绍平面变压器60。
图6示出了本申请实施例的平面变压器60的结构示意图，如图6所示，上述平面变压器60包括初级绕组61、次级绕组62以及电荷平衡绕组63。平面变压器60还可以包括磁芯64。本申请实施例对磁芯64的材质不作限定。例如，上述磁芯64可以是EE型、EI型或者RM型。上述磁芯64的绕线柱上可以设置有多层电路板构成的所述初级绕组61、所述次级绕组62以及所述电荷平衡绕组63。
图7是本申请实施例的平面变压器60的截面示意图。如图7所示，上述初级绕组61可以包括至少一个初级绕组层。初级绕组61包括的各初级绕组层可以用P1、P2、…、Pn表示。其中，图7中使用P表示各初级绕组层。需要说明的是，由于平面变压器60的截面是对称的，图7展示的为平面变压器60的半截面示意图。类似地，下文中的图11、图14-图15展示了平面变压器的半截面图示意图。
初级绕组61可以包括初级功率绕组，进一步地，上述初级绕组61还可以包括辅助电源绕组。
其中，辅助电源绕组可以指在电源转换电路中为除主功率电路之外的其他电路提供小功率电源的绕组。上述除主功率电路之外的其他电路例如可以包括驱动、控制、检测等电路。
上述至少一个初级绕组层可以设置有初级功率绕组的线圈，或者，还可以设置辅助电源绕组的线圈。上述线圈可以采用导电层构成。上述初级功率绕组的线圈相互串联。上述初级绕组61可以包括第一初级绕组层。第一初级绕组层上可以设置初级功率绕组的至少部分线圈，或者，也可以设置辅助电源绕组的至少部分线圈。
上述次级绕组62可以包括至少一个次级绕组层。次级绕组62包括的各次级绕组层可以用S1、S2、…、Sn表示。与初级绕组61相似，上述至少一个次级绕组层上设置的线圈相互串联。上述次级绕组62可以包括第一次级绕组层。
上述电荷平衡绕组63可以包括至少一个电荷平衡绕组层。上述至少一个电荷平衡绕组层可以用B1、B2等表示。下面以至少一个电荷平衡绕组层包括第一电荷平衡绕组层为例，对电荷平衡绕组层进行描述。第一电荷平衡绕组层可以是上述至少一个电荷平衡绕组层中的任意一个电荷平衡绕组层。第一电荷平衡绕组层可以设置于第一初级绕组层和第一次级绕组层之间，且与第一初级绕组层以及第一次级绕组层相邻。所述第一次级绕组层上设置有所述次级绕组的第Ns1匝至第Ns1+B1-1匝线圈，其中所述次级绕组的第1匝线圈用于连接电源转换电路的次级电路的电位静点，Ns1、B1为正数。其中，N1大于或等于Nb1，在所述平面变压器工作时，Nb1匝线圈产生的第一感应电压的平均值与所述第一次级绕组层产生的第二感应电压的平均值相等，N1、Nb1为正数。
其中，上述第一电荷平衡绕组层与第一初级绕组层以及第一次级绕组层相邻，是指第一电荷平衡绕组层与第一初级绕组层之间不存在其他绕组层，以及第一电荷平衡绕组层与第一次级绕组层之间也不存在其他绕组层。
在本申请实施例中，在平面变压器的初级绕组和次级绕组之间设置电荷平衡绕组，并且通过设计电荷平衡绕组包括的第一电荷平衡绕组层的线圈匝数，以使得在所述平面变压器工作时，所述第一电荷平衡绕组层中的至少部分线圈的感应电压能够用于平衡第一次级绕组层的感应电压，以抑制次级绕组产生的共模噪声，从而提高噪声抑制的性能。
进一步地，由于能够充分地抑制共模噪声，本申请实施例中的电源转换电路可以取消跨接在初级电路和次级电路上的Y电容，从而能够提供无Y电容的安全性更高的电源转换电路。
进一步地，上述至少一个电荷平衡绕组还可以包括第二电荷平衡绕组层，第二电荷平衡绕组层与第一电荷平衡绕组层的设置相似。例如，上述所述初级绕组61还包括第二初级绕组层；所述次级绕组62还包括第二次级绕组层，所述第二次级绕组层上设置有所述次级绕组的第Ns2匝至第Ns2+B2-1匝线圈，其中，Ns2、B2为正数；所述电荷平衡绕组63还包括第二电荷平衡绕组层，所述第二电荷平衡绕组层设置于所述第二初级绕组层和所述第二次级绕组层之间，且与所述第二初级绕组层、所述第二次级绕组层相邻，所述第二电荷平衡绕组层的第一端用于连接所述电源转换电路的初级电路的电位静点，所述第二电荷平衡绕组层上设置有N2匝线圈，其中N2大于或等于Nb2，在所述平面变压器工作时，Nb2匝线圈产生的第三感应电压的平均值与所述第二次级绕组层产生的第四感应电压的平均值相等，N2、Nb2为正数。
其中，上述第二电荷平衡绕组层与第二初级绕组层以及第二次级绕组层相邻，是指第二电荷平衡绕组层与第二初级绕组层之间不存在其他绕组层，以及第二电荷平衡绕组层与第二次级绕组层之间也不存在其他绕组层。
在本申请实施例中，在平面变压器的初级绕组和次级绕组之间设置电荷平衡绕组，电荷平衡绕组包括第一电荷平衡绕组层以及第二电荷平衡绕组层，且通过设计电荷平衡绕组的线圈匝数，以使得在所述平面变压器工作时，所述电荷平衡绕组中的至少部分线圈的感应电压能够用于平衡所述次级绕组的感应电压，以抑制次级绕组产生的共模噪声，从而提高噪声抑制的性能。
进一步地，N1的配置还能够使得所述电荷平衡绕组产生的感应电流能够用于抵消所述初级绕组产生的对地噪声电流，从而进一步提高噪声抑制的性能。关于N1或N2的配置方式，后文中将结合图9和图10进行详细描述。
在一个示例中，所述初级绕组61包括初级功率绕组，所述第一电荷平衡绕组层的所述第一端和所述初级功率绕组的第一端为同名端，其中，所述初级功率绕组的第一端用于连接所述初级电路的动点。在这种情况下，第一电荷平衡绕组层产生的感应电流方向与初级绕组产生的对地噪声电流的方向相反，进而能够抑制初级绕组产生的对地噪声电流。
其中，上述初级电路的动点可以指在电路拓扑的初级侧随着初级开关管的开通与关断有着电压跳变的电路节点或者网络，如初级功率绕组与初级开关管连接的节点
在本申请实施例中，通过设置第一电荷平衡绕组层的所述第一端和所述初级功率绕组的第一端为同名端，第一电荷平衡绕组层产生的感应电流方向与初级绕组产生的对地噪声电流的方向相反，进而能够抑制初级绕组产生的对地噪声电流，提高了电源转换电路的噪声抑制性能。
图8是本申请实施例的电源转换电路50与平面变压器60的连接关系示意图。如图8所示，初级电路51包括初级开关管511、初级滤波电容512、整流电路。次级电路52包括次级整流管521和次级滤波电容522。初级滤波电容212和次级滤波电容222可以采用电解电容。通常情况下，与初级滤波电容212的两端中的任意一端相连的节点为初级电位静点，或者，初级电路的地节点也可以为初级电位静点。与次级滤波电容222的两端中的任意一端相连的节点为次级电位静点。
如图8所示，初级绕组61的一端用于与电源转换电路50的初级电位静点相连。上述次级绕组62的一端用于与电源转换电路的次级电位静点相连。例如，初级绕组61的两端可以分别与初级开关管511以及初级滤波电容512相连，次级绕组62的两端分别与次级整流管521以及次级滤波电容522相连。上述电荷平衡绕组63的一端用于与电源转换电路50的初级电位静点相连，上述电荷平衡绕组的另一端可以悬空。其中，上述悬空可以指电荷平衡绕组的另一端与任何导体之间不存在电性连接，且与任何元件之间不存在电性连接。例如，电荷平衡绕组63的一端可以与初级滤波电容512相连。以上述电荷平衡绕组63包括第一电荷平衡绕组层为例，则上述第一电荷平衡绕组层的N1匝线圈的第一端用于与所述初级电位静点相连，上述第一电荷平衡绕组的N1匝线圈的第二端可以悬空，即与任何导体或元件之间都不存在电性连接。
在一些示例中，在所述初级绕组还包括辅助电源绕组的情况下，可以利用辅助电源绕组替代第一电荷平衡绕组。具体地，辅助电源绕组的一端与初级电位静点相连，假设所述辅助电源绕组中的第1匝线圈与初级电位静点相连。其中，则所述第一电荷平衡绕组层上设置的所述N1匝线圈可以为所述辅助电源绕组的第1匝至第N1匝线圈。
在上述示例中，若所述辅助电源绕组包括P匝线圈，P大于N1，则辅助电源绕组中的第N1+1匝至第P匝线圈可以设置于初级绕组包括的至少一个初级绕组层中。
在本申请实施例中，在平面变压器中设置电荷平衡绕组，可以利用辅助电源绕组作为电荷平衡绕组，以实现对电源转换电路中的噪声的抑制，并且减少了平面变压器的体积，节约了制造成本。
需要说明的是，上述第一电荷平衡绕组层的一端需要连接初级电位静点，上述第一电荷平衡绕组层的另一端可以悬空，也可以连接其他电位节点。例如，当上述第一电荷平衡绕组层的线圈为辅助电源绕组中的至少部分线圈时，所述第一电荷平衡绕组层的一端与初级电位静点相连，所述第一电荷平衡绕组层的另一端可以不悬空，而是与辅助电源绕组中的第N1+1匝线圈相连。
可选地，上述初级绕组和次级绕组的相对位置可以至少包括以下三种形式。例如，在第一种形式中，参见图7所示，可以将初级绕组设置在次级绕组的两侧，即，将初级绕组中的一部分初级绕组层设置在次级绕组的一侧，将初级绕组的另一部分初级绕组层设置在次级绕组的另一侧，构成类似于“三明治”的夹层结构。采用上述“三明治”结构可以降低绕组的高频涡流损耗和漏感。或者，在第二种形式中，也可以将次级绕组设置在初级绕组的两侧。或者，在第三种形式中，初级绕组包括的全部初级绕组层可以位于次级绕组包括的全部次级绕组层的其中一侧。
在上述第一种形式或第二种形式中，初级绕组和次级绕组存在两处相邻的位置，因此，上述电荷平衡绕组可以包括两个电荷平衡绕组层，并分别设置于相邻的初级绕组层和次级绕组层之间。在上述第三种形式中，上述电荷平衡绕组可以包括一个电荷平衡绕组层。
具体地，针对消除共模噪声，一方面，由于上述电荷平衡绕组63的一端与初级电位静点相连，因此能够屏蔽初级绕组61的跳变电压Vp产生的共模噪声电流。另一方面，可以通过设置电荷平衡绕组63的线圈匝数，使得电荷平衡绕组63的电位产生的共模电流与次级绕组62的电位产生的噪声电荷相互抵消，或者说，使得电荷在电荷平衡绕组与次级绕组之间相互循环。从而尽可能的避免电荷流向地而产生共模噪声。
图9是本申请实施例的电源转换电路抑制共模噪声的原理示意图。如图9所示，从噪声路径电路图上看，电荷平衡绕组63的引入一方面可以屏蔽跳变电压Vp产生的共模噪声电流，一方面由于电荷平衡绕组63电位产生的共模电流与次级绕组62电位产生的电荷相互抵消(即在两者之间内部循环)，避免电荷流向大地，从而消除了共模噪声电流。
在本申请实施例中，通过在平面变压器60的初级功率绕组和次级绕组62之间设置电荷平衡绕组63，且通过设计电荷平衡绕组63的线圈匝数，以使得在所述平面变压器60工作时，所述电荷平衡绕组63的感应电压形成的平均电压用于平衡所述第一次级绕组层的感应电压形成的平均电压，由此可以实现电荷平衡绕组与相邻次级绕组之间的噪声电荷相互抵消，从而降低了电源转换电路中的噪声。
具体地，以第一电荷平衡绕组层为例，第一电荷平衡绕组层包括N1匝线圈。在所述平面变压器工作时，所述N1匝线圈中的Nb1匝线圈的感应电压用于平衡所述第一次级绕组层的感应电压。或者说，N1的配置使得N1匝线圈中的Nb1匝线圈的感应电压的平均值与所述第一次级绕组层的感应电压的平均值相等。其中N1、Nb1为正数。
需要说明的是，在实际应用中，由于绕组的特性和原理，本申请实施例涉及的线圈匝数可以不是整数匝，例如，可以是1.5匝、2.4匝。
N1与Nb1可以相等，也可以不相等。在N1与Nb不相等的情况下，N1可以大于Nb1。
当N1与Nb1不相等时，在所述平面变压器60工作时，N1的配置可以使所述电荷平衡绕组产生的感应电流可以用于抵消所述初级绕组61的第一端的电压跳变产生的对地噪声电流。上述对地噪声电流为共模噪声电流。
其中，上述初级绕组61的第一端可以是初级绕组61与初级开关管511相连的一端。例如，上述初级绕组61的第一端的电压跳变可以指跳变电压Vp产生的电压跳变。
需要说明的是，在理想情况下，N1的配置可以使所述电荷平衡绕组63产生的感应电流的方向与所述初级绕组61产生的对地噪声电流的方向相反，且所述感应电流的大小与所述对地噪声电流的大小相等。但是实际情况中，由于各种寄生参数较为复杂，所述N1的的配置使得所述感应电流的大小与所述对地噪声的大小的差值小于第一预设阈值，从而提高了电源转换电路的噪声抑制的性能。所述第一预设阈值的取值可以根据实际情况确定。
具体地，所述N1的设置使得第一电荷平衡绕组层与第一次级绕组层之间存在电势差，该电势差使得第一次级绕组层产生感应电流，通过设置N1可以使得第一电荷平衡绕组与第一次级绕组层之间产生的感应电流用于抵消所述初级绕组的第一端的电压跳变产生的对地噪声电流。或者还可以用于平衡所述初级绕组电位跳变通过所述电荷平衡绕组匝间间隙耦合到所述次级绕组的噪声电流。还需说明的是，当电荷平衡绕组包括多个电荷平衡绕组层时，可以设置多个电荷平衡绕组层中的每个电荷平衡绕组层的匝数，使得多个电荷平衡绕组层中产生的感应电荷总和能够抵消所述初级绕组的第一端的电压跳变产生的对地噪声电流。
例如，若电荷平衡绕组63包括第一电荷平衡绕组层，则N1、Nb1满足如下条件：
N1＝Nb1+C1，Nb1＝2*Ns1+B1-2，
其中，C1为实数，C1匝线圈至少用于通过产生的感应电压耦合到所述次级绕组的噪声电流平衡所述初级绕组电位跳变通过所述电荷平衡绕组匝间间隙耦合到所述次级绕组的噪声电流。C1的取值范围根据环境参数的不同而在一定范围内波动。例如，C1的取值范围可以为[0,1.1*Nb1]。在一些示例中，C1的取值可以为0、0.1Nb1、0.2Nb1、0.3Nb1、0.4Nb1、0.5Nb1、0.6Nb1、0.7Nb1、0.8Nb1、0.9Nb1、1.0Nb1、1.05Nb1、0.35Nb1等。
其中，上述C1匝线圈产生的感应电压耦合到所述次级绕组的噪声电流可以包括前文所述的第一电荷平衡绕组层与第一次级绕组层之间产生的感应电流。另外，上述C1匝线圈产生的感应电压耦合到所述次级绕组的噪声电流也可以用于平衡其他不理想效应产生的噪声电流。例如，还可以用于平衡前文所述的初级绕组的第一端的电压跳变产生的对地噪声电流。
例如，当电荷平衡绕组63包括第一电荷平衡绕组层和第二电荷平衡绕组层的情况下，可以对N1和N2进行设置，以使得两个电荷平衡绕组层中产生的感应电荷总和能够抵消所述初级绕组的第一端的电压跳变产生的对地噪声电流。
N2、Nb1、Nb2满足如下条件：
N2＝Nb2+C2，Nb1＝2*Ns1+B1-2，Nb2＝2*Ns2+B2-2，Nb2≥Nb1，
其中，C2为实数，C2匝线圈至少用于通过产生的感应电压耦合到所述次级绕组的噪声电流平衡所述初级绕组电位跳变通过所述电荷平衡绕组匝间间隙耦合到所述次级绕组的噪声电流。C2的取值范围根据环境参数的不同而在一定范围内波动。例如，C2的取值范围可以为[0,1.1*Nb2]。在一些示例中，C2的取值可以为0、0.1Nb2、0.2Nb2、0.3Nb2、0.4Nb2、0.5Nb2、0.6Nb2、0.7Nb2、0.8Nb2、0.9Nb2、1.0Nb2、1.05Nb2、0.35Nb2等。
其中，上述C2匝线圈产生的感应电压耦合到所述次级绕组的噪声电流可以包括第二电荷平衡绕组层与第二次级绕组层之间产生的感应电流。另外，上述C2匝线圈产生的感应电压耦合到所述次级绕组的噪声电流也可以用于平衡其他不理想效应产生的噪声电流。例如，还可以用于平衡前文所述的初级绕组的第一端的电压跳变产生的对地噪声电流。
在本申请实施例中，通过在平面变压器的初级功率绕组和次级绕组62之间设置电荷平衡绕组63，且通过设计电荷平衡绕组63的线圈匝数，以使得在所述平面变压器60工作时，所述电荷平衡绕组63中的至少部分线圈的感应电压能够用于平衡所述第一次级绕组层的感应电压，以抑制次级绕组产生的共模噪声，从而提高噪声抑制的性能。进一步地，N1的配置还能够使得所述电荷平衡绕组产生的感应电流能够用于抵消所述初级绕组产生的对地噪声电流，从而进一步提高噪声抑制的性能。
为了便于理解上述方案，图10是电源转换电路50中对地噪声电流的噪声路径示意图。如图10所示，所述初级绕组61的第一端可以与初级电路中的初级开关管511的第一端相连，所述初级绕组61的第一端的电压跳变可以指所述初级开关管511在高频导通或关断时产生的跳变电压Vp。初级开关管511与地之间存在对地电容Cpe。在平面变压器60工作的情况下，跳变电压Vp会通过上述对地电容Cpe产生对地噪声电流Id。
可选地，上述C1或C2的取值与初级绕组61的第一端的跳变电压产生的对地共模电流相关。假设电荷平衡绕组63包括X个电荷平衡绕组层，上述X个电荷平衡绕组层需要修正的线圈匝数分别为C1、C2、…、CX。假设C1+C2+…+CX＝C’，其中，X是不小于1的整数。在一些实施例中，初级电路中的初级开关管设置有散热器，在上述散热器与初级电位静点相连的情况下，初级开关管对散热器产生的噪声电流在散热器和开关管之间循环，而不会流向地。在这种情况下，初级绕组的第一端不存在对地噪声电流，因此可以设置C’＝0。在另一些实施例中，随着功率密度和高频化的发展，初级开关管通常采用表面贴装工艺，没有散热器或者散热器没有连接初级电位静点。因此初级开关管与次级绕组相连的第一端(即次级绕组的第一端)会产生对地噪声电流Id。在这种情况下，需要设置C’的取值，以使得电荷平衡绕组中的C’匝线圈的感应电流用于抵消由于所述初级绕组的第一端的电压跳变产生的对地噪声电流Id。例如，在图10的电路中，则需要在电荷平衡绕组中增加C’匝线圈，以抵消由于所述初级绕组的第一端的电压跳变产生的对地噪声电流。
在这种情况下，若电荷平衡绕组包括一个电荷平衡绕组层，可以将C’匝线圈增加到该电荷平衡绕组层中。若电荷平衡绕组层包括多个电荷平衡绕组层，可以将修正的C’匝线圈加到其中一个或多个电荷平衡绕组层中。例如，若电荷平衡绕组层包括第一电荷平衡绕组层和第二电荷平衡绕组层，可以将C’匝线圈加入全部加入至第二电荷平衡绕组层。或者也可以将C’匝线圈分成两部分，分别加入第一电荷平衡绕组层和第二电荷平衡绕组层中。例如，在电荷平衡绕组中增加的C’匝线圈使得电荷平衡绕组产生更多的感应电流，并且使这部分感应电流的大小与Id相同，方向与Id相反，即-Id。或者可以理解为，假设初级开关管的对地电容感应的电荷为Qk，C’的配置使得次级绕组产生的总电荷与Qk大小相等，而极性相反。从而能够用于抵消初级绕组的第一端对地产生的噪声电流，或者说，用于抵消初级开关管对地产生的噪声电流。
可选地，在一些示例中，对于平面变压器的磁芯没有连接初级电位静点的情况，假设磁芯对地电容感应的电荷为Qc，则可以对所述电荷平衡绕组的匝数进行设置，C’的配置使得次级绕组产生的总电荷与Qc大小相等，而极性相反。
可选地，在一些示例中，对于电源转换电路的初级开关管和磁芯都没有接初级电位静点的情况，假设初级开关管和磁芯的对地电容感应的电荷为Qd，则可以对所述电荷平衡绕组的匝数进行设置，C’的配置使得次级绕组产生的总电荷与Qd大小相等，而极性相反。
下文以第一电荷平衡绕组层为例，对N1的配置进行描述。
可选地，N1可以满足如下条件：
N1＝Nb1+C1； (1)
Nb1＝2*Ns1+B1-2。 (2)
其中，N、Nb为正数，C1为常数，C1的取值范围根据环境参数的不同而在一定范围内波动。例如，C1的取值范围可以为[0.2*Nb1,1.1*Nb1]。在一些示例中，C1的取值可以为0.3Nb1、0.4Nb1、0.5Nb1、0.6Nb1、0.7Nb1、0.8Nb1、0.9Nb1、1.0Nb1、1.05Nb1、0.35Nb1等。
下面介绍公式(2)的推导过程。假设次级绕组包括m匝线圈，m为正数。可以将连接次级电位静点的次级线圈定义为次级绕组的第一匝线圈，假设与所述第一电荷平衡绕组层相邻的所述第一次级绕组层设置有所述次级绕组的第Ns1至第Ns1+B1-1匝线圈，则根据电荷平衡的理论分析可知，符合以下公式时，第一电荷平衡绕组层与相邻的第一次级绕组层达到电荷平衡：
[Vta+Vta+B1]/2＝Nb1*Vpt/2； (3)
Vta＝(Ns1-1)*Vpt； (4)
Vta+B＝(Ns1+B1-1)*Vpt。 (5)
其中，Nb1表示第一电荷平衡绕组层的线圈匝数，Vta表示所述次级绕组的第Ns1-1匝线圈的感应电压；Vta+B1表示所述次级绕组的第Ns1+B1-1匝线圈的感应电压。Vpt表示一匝线圈的感应电压。
由公式(3)-(5)联立推导可得到公式(2)。
Nb1＝2*Ns1+B1-2 (2)
可选地，在一些实施例中，第一次级绕组层中设置的线圈匝数为1，即B1＝1，则上述公式(2)可以简化为如下公式:
Nb1＝2*Ns1-1 (6)
作为一个具体示例，下面继续介绍确定C1的过程。假设初级开关管511为场效应晶体管。可以测量初级开关管511的源(S)极对地寄生电容Cpe，初级开关管511漏(D)极的跳变电压Vp，次级电路电位静点对地寄生电容Cse，电荷平衡绕组上的最大跳变电压Vb；结合计算与测量可以获取平面变压器60的电荷平衡绕组63对次级绕组62之间的共模电容Csb和次级绕组62对电荷平衡绕组63之间的共模电容Cbs。
假设Qpe表示由Vp通过Cpe产生的噪声电荷，Qpe可以根据公式(7)获得。
Qpe＝Vp*Cpe (7)
假设Qb1表示由电荷平衡绕组修正匝数C1后产生的补偿噪声电荷，Qb1可以根据公式(8)获得：
当Qpe＝Qb1时，整个系统中噪声电荷达到平衡，因此综合公式(7)和(8)，得到公式(9)：
其中，Nb1表示第一电荷平衡绕组层的修正前的线圈匝数，Ns1表示与所述第一电荷平衡绕组层相邻的第一次级绕组层从所述次级绕组的第Ns1匝线圈起绕，Vpt表示一匝线圈的感应电压。
需要说明的是，由于在高频电磁干扰(electromagnetic interference,EMI)模型中，实际的工程应用中各种杂散寄生参数非常复杂，因为根据以上计算出的C1在实际应用可以允许一定范围内的上下波动。
图11是本申请另一实施例的平面变压器70的截面示意图。如图11所示，平面变压器70包括初级绕组、次级绕组和电荷平衡绕组，其中，初级绕组可以设置于次级绕组的两侧，电荷平衡绕组包括两个电荷平衡绕组层。初级绕组包括的各初级绕组层可以用P1、P2、…、Pn表示，次级绕组包括的各次级绕组层可以用S1、S2、…、Sn表示，上述两个电荷平衡绕组层可以分别用B1和B2表示。
平面变压器70中的初级绕组和次级绕组的匝数可以根据预设的匝比进行设置。例如，假设图11中的平面变压器70的初级绕组与次级绕组的匝比为16:2。因此，平面变压器70设置有4个初级绕组层(P1、P2、P3、P4)、两个次级绕组层(S1、S2)以及两个电荷平衡绕组层(B1、B2)。其中，每个初级绕组层设置4匝线圈，每个次级绕组层设置1匝线圈。电荷平衡绕组层B1设置于初级绕组层P2和次级绕组层S1之间，电荷平衡绕组层B2设置于初级绕组层P3和次级绕组层S2之间。因此，多层电路板沿堆叠方向来看，顺序依次为P1、P2、B1、S1、S2、B2、P3、P4。
继续参见图11，在不考虑电荷平衡绕组的线圈匝数修正的情况下，下面介绍确定电荷平衡绕组层的线圈匝数的方法。假设次级绕组层S1中设置有次级线圈Ws1，次级绕组层S2中设置有次级线圈Ws2。假设次级线圈Ws1的一端连接次级电位静点，次级线圈Ws1的另一端连接Ws2。针对电荷平衡绕组层B1，与之相邻的次级绕组层S1设置有次级绕组的第一匝线圈，因此Ns＝1，B＝1，假设c＝0，将上述赋值代入公式(1)和公式(2)，得到N＝Nb＝1。因此，电荷平衡绕组层B1中设置有1匝线圈Wb1。针对电荷平衡绕组层B2，与之相邻的次级绕组层S2设置有次级绕组的第2匝线圈，因此Ns＝2，B＝1，假设c＝0，将上述赋值代入公式(1)和公式(2)，得到N＝Nb＝3因此，电荷平衡绕组层B1中设置有三匝线圈Wb2。其中，线圈Wb1和线圈Wb2的一端分别连接初级电位静点，线圈Wb1和线圈Wb2的另一端悬空，即不作任何电连接。
在一些具体实施例中，为了满足使用安全性，电源转换电路的初级电路和次级电路之间需要满足绝缘性能。由于电荷平衡绕组层B1和B2连接初级电位静点，因此，电荷平衡绕组属于电源转换电路的初级电路。因此，电荷平衡绕组层B1和次级绕组层S1之间，以及电荷平衡绕组层B2和次级绕组层S2之间需要留有足够的距离，以满足绝缘要求。例如，在具体实现中，多层PCB板内层导体之间的介质厚度达到0.4毫米(mm)可以满足绝缘要求。或者，对于内层导电体之间的介质能够实现附加绝缘的情况，介质厚度做到0.4mm以下也可以满足绝缘要求。
下面根据图11的平面变压器70的具体示例，介绍平面变压器的抑制噪声的原理。由变压器的原理可知，变压器中每一匝线圈所感应的电压都相等。因此，下文中假设每一匝线圈的感应电压为1V。图12示出了将次级绕组层S1的线圈Ws1沿圆周展开的电位分布示意图。如图12所示，线圈Ws1沿周向角度的电位分布205为0-1V，平均电位206为(0V+1V)/2＝0.5V。为了保证次级绕组层S1中的线圈Ws1的感应电荷为零，与S1相对的电荷平衡绕组层B1的线圈Wb1的平均电位也需要为0.5V。电荷平衡绕组层B1的线圈Wb1为一匝。图12还示出了将电荷平衡绕组层B1的线圈Wb1沿圆周展开的电位分布示意图，如图12所示，线圈Wb1沿周向角度的电位分布207为0-1V，则电荷平衡绕组层B1的平均电位208为0.5V。可见，次级绕组层S1的线圈Ws1的平均电位与电荷平衡绕组层B1的平均电位相等。
同理，图13示出了将次级绕组层S2的线圈Ws2沿圆周展开的电位分布示意图。如图13所示，线圈Ws2沿周向角度的电位分布209为1-2V，平均电位210为(1V+2V)/2＝1.5V。为了保证次级绕组层S2中的线圈Ws2的感应电荷为零，与S2相对的电荷平衡绕组层B2的线圈Wb2的平均电位也需要为1.5V。电荷平衡绕组层B2的线圈Wb2为三匝。图13还示出了将电荷平衡绕组层B2的三匝线圈Wb2沿圆周展开的电位分布示意图，如图13所示，线圈Wb2的第一匝沿周向角度的电位分布215为0-1V，线圈Wb2的第二匝沿周向角度的电位分布216为1-2V，线圈Wb2的第三匝沿周向角度的电位分布213为2-3V，则电荷平衡绕组层B2的平均电位214为(0V+3V)/2＝1.5V。可见，次级绕组层S2的线圈Ws2的平均电位与电荷平衡绕组层B2的平均电位相等。
通过以上分析可以知，电荷平衡绕组层B1中的线圈Wb1与次级绕组层S1中的线圈Ws1的平均电位相同，则Ws1没有净感应电荷；同样，电荷平衡绕组层B2中的线圈Wb2与次级绕组层S2的线圈Ws2的平均电位相同，则Ws2没有净感应电荷。因此，使得整个次级绕组没有净感应电荷，从而消除了通过次级绕组产生的共模噪声。
图14和图15示出了本申请又一实施例的平面变压器80的截面示意图。其中，图14中的电荷平衡绕组层B1利用辅助电源绕组实现。图15中的电荷平衡绕组层B2利用辅助电源绕组实现。
参见图14，在图11的平面变压器70的基础上，平面变压器80中的初级绕组还包括辅助电源绕组，该辅助电源绕组包括辅助电源绕组层A1、A2，假设在A1和A2中共设置有6匝串联的线圈，假定辅助电源绕组的第一匝线圈与初级电位静点相连，辅助电源绕组包括的线圈依次为第1匝Na1、第2匝Na2…第6匝Na6。
如图14所示，可以采用辅助电源绕组的第1匝线圈Na1替代图11中的平面变压器70中的电荷平衡绕组层B1。平面平压器80中的平衡绕组层B2中的3匝电荷平衡绕组保持不变。平面变压器80中的辅助绕组的第2匝至第6匝线圈可以设置于初级绕组的初级绕组层A2中。
参见图15，在图11的平面变压器70的基础上，平面变压器90中的初级绕组还包括辅助电源绕组，该辅助电源绕组包括辅助电源绕组层A1、A2，假设在A1和A2中共设置有6匝串联的线圈，假定辅助电源绕组的第一匝线圈与初级电位静点相连，辅助电源绕组包括的线圈依次为第1匝Na1、第2匝Na2…第6匝Na6。
如图15所示，可以采用辅助电源绕组的第1匝至第3匝线圈Na1、Na2、Na3替代图11中的平面变压器70中的电荷平衡绕组层B2。平面平压器90中的平衡绕组层B1中的1匝线圈保持不变。平面变压器80中的辅助绕组的第4匝至第6匝线圈可以设置于初级绕组的初级绕组层A2中。
在本申请实施例中，可以使用辅助电源绕组构成电荷平衡绕组，能够提高电源转换电路的噪声抑制的性能，并且节约了平面变压器的成本，提高了平面变压器的空间利用率。
可选地，所述电荷平衡绕组可以设置为环形绕组，对于环形绕组，虽然电荷平衡绕组包括的电荷平衡绕组层的平均电位与相对的次级绕组层的平均电位相同，但电荷平衡绕组层的内外径分布的各匝线圈的长度不同。如果电荷平衡绕组层各匝线圈的匝宽是相同的，则各匝线圈的面积就不同，从而使得各匝线圈对次级绕组层的电容不同，而导致相邻的次级绕组层上的次级线圈的净感应电荷不能完全平衡为零。
可选地，针对上述问题，本申请实施例提出了将电荷平衡绕组层的线圈采用沿内外径各匝宽度逐次变小的方法，以使得电荷平衡绕组层与相邻的次级绕组层之间的电容均匀分布，以减少平面电压器工作时次级绕组层上的净感应电荷。
在一些实施例中，所述第一电荷平衡绕组层中的N匝线圈形成环形绕组，且所述环形绕组中由内至外的第i匝线圈的匝宽大于第i+1匝线圈的匝宽，其中N-1≥i≥1。
在本申请实施例中，电荷平衡绕组层的线圈沿内外径各匝宽度逐次变小，以使得电荷平衡绕组层与相邻的次级绕组层之间的电容均匀分布，从而能够提高噪声抑制的性能。
例如，图16示出了本申请又一实施例的平面变压器100的截面示意图。如图16所示，电荷平衡绕组层B2包括三匝线圈，三匝线圈的匝宽随着平均半径的增大而逐次变小。
在一些示例中，可以设置第一电荷平衡绕组层上的各匝线圈的匝宽，以使得各匝线圈的面积相等，从而使得各匝线圈对相邻的第一次级绕组层的分布电容相同。具体地，所述第一电荷平衡绕组层的第i匝线圈的匝宽可以满足如下条件：
Ri＝Ri+1*ai+1/ai， (10)
其中，Ri为所述第i匝线圈的平均半径，Ri+1为所述第i+1匝线圈的平均半径，ai为所述第i匝线圈的匝宽，ai+1为所述第i+1匝线圈的匝宽。
在本申请实施例中，针对环形绕组，通过设置电荷平衡绕组层的线圈沿内外径各匝的匝宽，以使得各匝线圈的面积相等，从而使得电荷平衡绕组层与相邻的次级绕组层之间的电容均匀分布，能够提高噪声抑制的性能。
可选地，在一些示例中，与第一电荷平衡绕组层相邻的第一次级绕组层设置的线圈为1匝，即B1＝1。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

Claims (15)

1.一种平面变压器，其特征在于，包括：
初级绕组，包括第一初级绕组层，所述绕组层指位于同一平面上的至少一匝线圈；
次级绕组，包括第一次级绕组层，其中所述次级绕组的第1匝线圈用于连接电源转换电路的次级电路的电位静点；
电荷平衡绕组，包括第一电荷平衡绕组层，所述第一电荷平衡绕组层设置于所述第一初级绕组层和所述第一次级绕组层之间，且与所述第一初级绕组层、所述第一次级绕组层相邻，所述第一电荷平衡绕组层的一端用于连接所述电源转换电路的初级电路的电位静点，所述第一电荷平衡绕组层包括位于同一平面的N1匝线圈，在所述平面变压器工作时，所述第一电荷平衡绕组层的Nb1匝线圈产生的第一感应电压的平均值与所述第一次级绕组层产生的第二感应电压的平均值相等，其中N1、Nb1为正整数，N1大于或等于Nb1。
2.如权利要求1所述的平面变压器，其特征在于，所述第一次级绕组层上设置有所述次级绕组的第Ns1匝至第Ns1+B1-1匝线圈，Ns1、B1为正数，N1、Nb1满足如下条件：
N1＝Nb1+C1，Nb1＝2*Ns1+B1-2，
其中，C1为实数，C1匝线圈至少用于通过产生的感应电压耦合到所述次级绕组的噪声电流平衡所述初级绕组电位跳变通过所述电荷平衡绕组匝间间隙耦合到所述次级绕组的噪声电流。
3.如权利要求2所述的平面变压器，其特征在于，C1的取值范围为[0,1.1*Nb1]。
4.如权利要求1至3中任一项所述的平面变压器，其特征在于，
所述初级绕组还包括第二初级绕组层；
所述次级绕组还包括第二次级绕组层，所述第二次级绕组层上设置有所述次级绕组的第Ns2匝至第Ns2+B2-1匝线圈，其中，Ns2、B2为正数；
所述电荷平衡绕组还包括第二电荷平衡绕组层，所述第二电荷平衡绕组层设置于所述第二初级绕组层和所述第二次级绕组层之间，且与所述第二初级绕组层、所述第二次级绕组层相邻，所述第二电荷平衡绕组层的第一端用于连接所述电源转换电路的初级电路的电位静点，所述第二电荷平衡绕组层上设置有N2匝线圈，其中N2大于或等于Nb2，在所述平面变压器工作时，Nb2匝线圈产生的第三感应电压的平均值与所述第二次级绕组层产生的第四感应电压的平均值相等，N2、Nb2为正数。
5.如权利要求4所述的平面变压器，其特征在于，N2、Nb1、Nb2满足如下条件：
N2＝Nb2+C2，Nb1＝2*Ns1+B1-2，Nb2＝2*Ns2+B2-2，Nb2≥Nb1，
其中，C2为实数，C2匝线圈至少用于通过产生的感应电压耦合到所述次级绕组的噪声电流平衡所述初级绕组电位跳变通过所述电荷平衡绕组匝间间隙耦合到所述次级绕组的噪声电流。
6.如权利要求5所述的平面变压器，其特征在于，C2的取值范围为[0,1.1*Nb2]。
7.如权利要求1至6中任一项所述的平面变压器，其特征在于，所述初级绕组包括初级功率绕组，所述第一电荷平衡绕组层的所述第一端和所述初级功率绕组的第一端为同名端，其中，所述初级功率绕组的第一端用于连接所述初级电路的动点。
8.如权利要求1至7中任一项所述的平面变压器，其特征在于，所述初级绕组包括辅助电源绕组，所述第一电荷平衡绕组层上设置的所述N1匝线圈为所述辅助电源绕组的第1匝至第N1匝线圈，其中所述辅助电源绕组的第1匝线圈用于连接所述初级电路的工作地。
9.如权利要求1至8中任一项所述的平面变压器，其特征在于，所述初级绕组设置于所述次级绕组的两侧，或，所述次级绕组设置于所述初级绕组的两侧。
10.如权利要求1至9中任一项所述的平面变压器，其特征在于，在所述平面变压器工作时，在所述第一电荷平衡绕组层上设置的所述N1匝线圈的第二端与任何导体之间不存在电性连接，且与任何元件之间也不存在电性连接。
11.如权利要求1至10中任一项所述的平面变压器，其特征在于，B1＝1。
12.如权利要求1至11中任一项所述的平面变压器，其特征在于，所述第一电荷平衡绕组层中的N1匝线圈形成环形绕组，且所述环形绕组中的第i匝线圈的匝宽大于第i+1匝线圈的匝宽，其中，所述第i匝线圈的平均半径小于所述第i+1匝线圈的平均半径，N1-1≥i≥1。
13.如权利要求12所述的平面变压器，其特征在于，所述第i匝线圈的匝宽满足如下条件：
Ri＝Ri+1*ai+1/ai，
其中，Ri为所述第i匝线圈的平均半径，Ri+1为所述第i+1匝线圈的平均半径，ai为所述第i匝线圈的匝宽，ai+1为所述第i+1匝线圈的匝宽。
14.一种电源转换电路，其特征在于，包括：如权利要求1至13中任一项所述的平面变压器、初级电路以及次级电路，所述平面变压器设置在所述初级电路和所述次级电路之间。
15.一种适配器，其特征在于，包括如权利要求14所述的电源转换电路。
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