CN109643956A - 谐振转换器中的共模（cm）电磁干扰（emi）降低 - Google Patents

谐振转换器中的共模（cm）电磁干扰（emi）降低 Download PDF

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Abstract

一种装置，包括：第一电感器，耦合到第一节点和第二节点；第二电感器，耦合到第三节点和第四节点；第三电感器，耦合到所述第四节点和第五节点，其中所述第一电感器、第二电感器和第三电感器形成变压器；以及补偿电容器，耦合到所述第一节点和所述第二节点中的一个以及所述第四节点并且包括补偿电容。一种制造谐振转换器的方法，所述方法包括：获得谐振转换器，其中所述谐振转换器包括变压器；确定所述变压器的寄生电容；根据所述寄生电容计算补偿电容；以及在所述变压器上添加补偿电容器，其中所述补偿电容器包括所述补偿电容。

Description

谐振转换器中的共模(CM)电磁干扰(EMI)降低
相关申请案交叉申请
本申请要求于2016年9月15日由Huan Zhang等人递交的发明名称为“谐振转换器中的共模(CM)电磁干扰(EMI)降低”的第62/395,231号美国临时申请案的在先申请优先权，其又要求于2017年8月22日由Huan Zhang等人递交的发明名称为“谐振转换器中的共模(CM)电磁干扰(EMI)降低”的第15/682,989号美国专利申请案的在先申请优先权，该专利申请案的内容以引入的方式并入本文。
关于由联邦政府赞助研究或开发的声明
不适用。
参考缩微胶片附录
不适用。
背景技术
电信在上个世纪呈现蓬勃发展趋势，特别是在过去二十年里，光通信和无线通信发展迅猛。光通信采用光纤机柜，无线通信采用基站。光纤机柜和基站以及其它此类网络组件均使用高压电源。高压电源可以在380伏或更高的电压下工作，因此可以利用DC-DC转换器实现升压和降压。LLC谐振转换器就是其中一种DC-DC转换器。
发明内容
需要精确地对LLC谐振转换器进行建模，以便考虑并降低LLC谐振转换器中的EMI，尤其是CM EMI。还需要精确地对全桥LLC谐振转换器进行建模。本发明实施例能够降低谐振转换器(包括全桥LLC谐振转换器)中的CM EMI。这些实施例用于测量转换器的寄生电容、转换器建模以及基于所述建模确定转换器的补偿电容器。在转换器的变压器上增加补偿电容器，可降低CM EMI。这些实施例适用于三绕组、双绕组和其它合适的转换器。这些实施例非常实用，因为增加补偿电容器既简单、成本又低。此外，通过降低CM EMI，与其它转换器相比，这些实施例提供的EMI滤波器体积更小、成本更低并且效率更高。
在一个实施例中，本发明包括一种装置，所述装置包括：第一电感器，耦合到第一节点和第二节点；第二电感器，耦合到第三节点和第四节点；第三电感器，耦合到第四节点和第五节点，其中所述第一电感器、第二电感器和第三电感器形成变压器；以及补偿电容器，耦合到所述第一节点和所述第二节点中的一个以及所述第四节点并且包括补偿电容。在一些实施例中，所述装置还包括：第一寄生电容器，位于所述第一节点和所述第四节点之间并且包括第一寄生电容；以及第二寄生电容器，位于所述第二节点和所述第四节点之间并且包括第二寄生电容；所述第一寄生电容器和所述第二寄生电容器不是物理电容器；所述补偿电容器耦合到所述第四节点和所述第一节点，其中所述补偿电容与所述第一寄生电容之和基本等于所述第二寄生电容；所述补偿电容器耦合到所述第四节点和所述第二节点，其中所述补偿电容和所述第二寄生电容之和基本等于所述第一寄生电容；所述装置是全桥LLC电路；所述补偿电容器是可调电容器。
在另一实施例中，本发明包括一种装置，所述装置包括：第一电感器，耦合到第一节点和第二节点；第二电感器，耦合到第三节点和第四节点，其中所述第一电感器和所述第二电感器形成变压器，所述变压器具有匝数比；以及补偿电容器，包括补偿电容，并且耦合到所述第一节点和所述第三节点、所述第一节点和所述第四节点、所述第二节点和所述第三节点以及所述第二节点和所述第四节点中的一个。在一些实施例中，所述装置还包括：第一寄生电容器，位于所述第一节点和所述第三节点之间并且包括第一寄生电容；第二寄生电容器，位于所述第一节点和所述第四节点之间并且包括第二寄生电容；第三寄生电容器，位于所述第二节点和所述第三节点之间并且包括第三寄生电容；以及第四寄生电容器，位于所述第二节点和所述第四节点之间并且包括第四寄生电容；所述补偿电容器耦合到所述第一节点和所述第三节点，并且其中所述补偿电容基本上满足基于所述第一寄生电容、所述补偿电容、所述匝数比和第三寄生电容的等式；所述等式为其中CBD是所述第一寄生电容和补偿电容之和，n是所述匝数比，CCD是所述第三寄生电容；所述补偿电容器耦合到所述第一节点和所述第四节点，并且其中所述补偿电容基本上满足基于所述第二寄生电容、补偿电容、匝数比和第四寄生电容的等式；所述等式为其中CBE是所述第二寄生电容和补偿电容之和，n是所述匝数比，CCE是所述第四寄生电容；所述补偿电容器耦合到所述第二节点和所述第三节点，并且其中所述补偿电容基本上满足基于所述第一寄生电容、匝数比、第三寄生电容和补偿电容的等式；所述等式为其中CBD是所述第一寄生电容，n是所述匝数比，CCD是所述第三寄生电容和所述补偿电容之和；所述补偿电容器耦合到所述第二节点和所述第四节点，并且其中所述补偿电容基本上满足基于所述第二寄生电容、匝数比、第四寄生电容和补偿电容的等式；所述等式为其中CBE是所述第二寄生电容，n是所述匝数比，CcE是所述第四寄生电容和所述补偿电容之和；所述补偿电容器是可调电容器。
在又一实施例中，本发明包括一种制造谐振转换器的方法，所述方法包括：获得谐振转换器，其中所述谐振转换器包括变压器；确定所述变压器的寄生电容；根据所述寄生电容计算补偿电容；以及在所述变压器上添加补偿电容器，其中所述补偿电容器包括所述补偿电容。在一些实施例中，计算所述补偿电容包括：确定所述谐振转换器的戴维南等效电压；以及计算所述补偿电容以基本上消除所述戴维南等效电压。
上述任何实施例均可与上述任何其它实施例结合以创建新的实施例。通过以下结合附图和权利要求的详细描述，可以更清楚地理解这些以及其它特征。
附图说明
为了更透彻地理解本发明，现参阅结合附图和具体实施方式而描述的以下简要说明，其中的相同参考标号表示相同部分。
图1是一种LLC谐振转换器的示意图；
图2是本发明一实施例提供的图1中的LLC谐振转换器模型的第一阶段的示意图；
图3是本发明一实施例提供的图1中的LLC谐振转换器模型的第二阶段的示意图；
图4是本发明一实施例提供的图1中的LLC谐振转换器模型的第三阶段的示意图；
图5是本发明一实施例提供的LLC谐振转换器的示意图；
图6是本发明一实施例提供的测得的CM EMI曲线和标准CM EMI曲线的曲线图；
图7是一种LLC谐振转换器的示意图；
图8是本发明一实施例提供的图7中的LLC谐振转换器第一模型的第一阶段的示意图；
图9是本发明一实施例提供的图7中的LLC谐振转换器第一模型的第二阶段的示意图；
图10是本发明一实施例提供的图7中的LLC谐振转换器第一模型的第三阶段的示意图；
图11是本发明一实施例提供的图7中的LLC谐振转换器第二模型的第一阶段的示意图；
图12是本发明一实施例提供的图7中的LLC谐振转换器第二模型的第二阶段的示意图；
图13是本发明一实施例提供的图7中的LLC谐振转换器第二模型的第三阶段的示意图；
图14是本发明一实施例提供的LLC谐振转换器的示意图；
图15是示出本发明一实施例提供的谐振转换器制造方法的流程图。
具体实施方式
首先应理解，尽管下文提供一项或多项实施例的说明性实现方式，但所公开的系统和/或方法可使用任何数量的技术来实施，无论该技术是当前已知还是现有的。本发明决不应限于下文所说明的说明性实现方式、附图和技术，包括本文所说明并描述的示例性设计和实现方式，而是可在所附权利要求书的范围以及其等效物的完整范围内修改。
首字母缩略词：
AC：交流
CM：共模
dB：分贝
DC：直流
EMI：电磁干扰
EN：欧洲标准
Hz：赫兹
LISN：线路阻抗稳定器网络
LLC：电感器-电感器-电容器
nF：毫微法拉
V：伏特
μV：微伏
％：百分比。
图1是LLC谐振转换器100的示意图。所述LLC谐振转换器100通常包括LISN 103、输入电容器电路110、开关桥117、LLC电路145、变压器155、整流器173和输出电容器电路185。所述LISN 103被建模为电阻器105、107。所述输入电容器电路110包括电容器113、115。所述开关桥117包括开关120、125、130、135；二极管123、127、133、137；以及电容器140、143。所述LLC电路145包括电容器147和电感器150、153。所述变压器155也包括电感器153，并且还包括绕组157、165、167和电容器163、170。所述整流器173包括二极管175、180和开关177、183。所述输出电容器电路185包括电容器187和电阻器190。
电容器115、140、143、160、163、170可以称为寄生电容器。所述电容器115、140、143、160、163、170不是物理电容器，而是由于所述LLC谐振转换器100的特性而对电容进行建模的虚拟电容器。例如，所述电容器115对耦合到所述电容器113并形成DC总线的正线和负线的寄生电容进行建模。所述开关120、125、130、135、177、183可以是晶体管。所述电感器153为变压器提供磁化电感。所述绕组157称为初级绕组，所述绕组165、167称为次级绕组。因此，所述开关120、125、130、135位于所述LLC谐振转换器100的原边。因为所述变压器155包括三个绕组157、165、167，所以所述LLC谐振转换器100称为三绕组谐振转换器。所述LLC谐振转换器100也称为全桥LLC谐振转换器，因为它的原边包括四个开关，具体为开关120、125、130、135。与之相比，半桥LLC谐振转换器包括两个这样的开关，例如开关120、130。所述电阻器190可以称为电阻器负载。
在操作中，所述开关桥117产生方波以激励所述LLC电路145。作为响应，所述LLC电路145输出谐振正弦电流或AC电流。所述变压器155缩放来自所述LLC电路145的AC电流。所述整流器173对AC电流进行整流，换而言之，将AC电流转换为DC电流。最后，所述输出电容器电路185对DC电流进行滤波并输出DC电压。
所述LLC谐振转换器100受到EMI。例如，当所述开关120闭合时，节点A处的电压从0V快速升高到Vin。电压相对于时间的快速升高可以通过电容器140产生大电流。该电流可能是EMI的来源，这降低了所述LLC谐振转换器100的性能。因此，需要精确地对所述LLC谐振转换器100进行建模，以便考虑并降低所述LLC谐振转换器100中的EMI，尤其是CM EMI。CM EMI是同时出现在两条信号线上并且方向和相位均相同的EMI。CM EMI必须接地。此外，针对EMI的LLC谐振转换器的先前建模集中于半桥LLC谐振转换器，而不是诸如所述LLC谐振转换器100之类的全桥LLC谐振转换器。因此，需要精确地对全桥LLC谐振转换器进行建模。
本文公开了用于降低谐振转换器(包括全桥LLC谐振转换器)中的CM EMI的实施例。这些实施例用于测量转换器的寄生电容、对转换器建模以及基于建模确定转换器的补偿电容器。在转换器的变压器上增加补偿电容器，可降低CM EMI。这些实施例适用于三绕组、双绕组和其它合适的转换器。这些实施例非常实用，因为增加补偿电容器既简单、成本又低。此外，通过降低CM EMI，与其它转换器相比，这些实施例提供的EMI滤波器体积更小、成本更低并且效率更高。
图2是本发明一实施例提供的图1中的LLC谐振转换器100模型的第一阶段200的示意图。该模型包括三个阶段，以便示出每个接连阶段的不断简化。第一阶段200包括LISN210；电压源V1N、V2N、Vp、Vss1、Vss2；电容器147、230、240；以及电感器150、153。所述LISN103中的所述电阻器105、107在所述LISN 210中表示为单个电阻器。电压源V1N、V2N、Vp、Vss1、Vss2表示所述LLC谐振转换器100中各节点处的对应电压。所述电容器230、240表示变压器155的寄生电容160。具体地，所述电容器230表示从节点B到节点E的所述变压器155上的电容，因此表示为CBE，所述电容器240表示从节点C到节点E的所述变压器155上的电容，因此表示为CCE。
第一阶段200移除了所述开关130、135并分别用电压源V1N和V2N予以替换。第一阶段200移除了所述开关120、125、177、183，因为它们分别与电压源V1N、V2N、Vss1、Vss2并联。第一阶段200移除了所述二极管123、133，因为它们与电压源V1N并联，还移除了所述二极管127、137，因为它们与电压源V2N并联。第一阶段200移除了所述电容器113、187，因为它们的阻抗在高频时很小。第一阶段200移除了所述电阻器190，因为所述电容器187使其短路。第一阶段200移除了所述电容器115，因为它与阻抗较小的LISN 210并联。第一阶段200移除了所述电容器140、143，因为它们一起不产生CM电流。最后，第一阶段200移除了所述电容器163、170，因为它们一起不产生CM电流。
图3是本发明一实施例提供的图1中的LLC谐振转换器100模型的第二阶段300的示意图。第二阶段300包括所述LISN 210；所述电压源V2N、Vp；以及所述电容器230、240。第二阶段300移除了所述电压源V1N、Vss1、Vss2；所述电容器147；以及所述电感器150、153。第二阶段300可以这样操作的原因是，这些组件不产生CM EMI。
例如，为了分析电压源V1N，第二阶段300使第一阶段200的其余电压源(即电压源V2N、Vp、Vss1、Vss2)短路。这样，来自电压源V1N的电流流过所述电容器147和所述电感器150，然后返回到所述电压源V1N。因此，没有电流从组件流到地产生CM EMI。因而第二阶段300不需要包括电压源V1N以便模拟CM EMI。出于类似的原因，第二阶段300可以移除所述电压源Vss1、Vss2；所述电容器147；以及所述电感器150、153。
作为对比，例如，为了分析电压源V2N，第二阶段300使第一阶段200的其余电压源(即电压源V1N、Vp、Vss1、Vss2)短路。这样，来自所述电压源V2N的电流流过所述电容器230、240，流过所述节点E，然后流到地。因此，有电流从组件流到地产生CM EMI。因而第二阶段300包括所述电压源V2N以便模拟CM EMI。出于类似的原因，第二阶段300可以保留所述电压源Vp。
图4是本发明一实施例提供的图1中的LLC谐振转换器100模型的第三阶段400的示意图。第三阶段400可以称为戴维南等效电路。第三阶段400包括所述电压源Vth，所述电容器Ctot410，以及所述LISN 210。所述电容器Ctot 410的电容计算方式如下：
Ctot＝CBE+CCE。 (1)
电压源Vth表示戴维南等效电压，其计算方式如下：
电压源Vth模拟第三阶段400中的CM EMI的主发生器，并因此模拟LLC谐振转换器100。因此需要降低或消除电压源Vth。
在正常操作中，所述LLC谐振转换器100的开关频率接近所述LLC转换器100的谐振频率。因此，与所述电压源Vp相比，所述电容器147上的压降和所述电感器150上的压降之和较小。此外，所述电压源V1N、V2N相位相反并且具有相同的幅度，因此所述电压源Vp大致与所述电压源V2N异相，但幅度大约是其两倍。因此，所述电压源V2N、Vp的关系如下：
符号≈表示近似相等或接近。将关系式(3)代入等式(2)，得到
可以看出，按如下等式将所述电容器CBE230设置为等于所述电容器CCE240消除了等式(4)中的Vth：
CBE＝CCE。 (5)
因此，消除Vth(CM EMI的主要发生器)降低了CM EMI。
图5是本发明一实施例提供的LLC谐振转换器500的示意图。LLC谐振转换器500类似于图1中的LLC谐振转换器100。然而，与所述LLC谐振转换器100不同，所述LLC谐振转换器500包括EMI滤波器迹线中断510；迹线520、530、560；以及补偿电容器540、550。尽管图中未示出，但所述LLC谐振转换器500还包括类似于所述LLC谐振转换器100中的电容器160的电容器。
所述EMI滤波器迹线中断510提供所述LLC谐振转换器500的迹线的中断，以便插入EMI滤波器。所述EMI滤波器在所述LLC谐振转换器中用于降低EMI。由于下面描述的原因，与诸如所述LLC谐振转换器100的其它LLC谐振转换器相比，所述LLC谐振转换器500可以实现更小、更低成本且更高效的EMI滤波器。
所述迹线520、560提供从节点B到节点E的物理连接。所述迹线520、560还为所述节点B和所述节点E之间的补偿电容器540提供物理连接。所述迹线520、560和所述补偿电容器540可以是所述节点B和所述节点E之间仅有的物理组件。所述迹线530、560提供从节点C到所述节点E的物理连接。所述迹线530、560还为所述节点C和所述节点E之间的补偿电容器550提供物理连接。所述迹线530、560和所述补偿电容器550可以是所述节点C和所述节点E之间仅有的物理组件。
所述补偿电容器540直接耦合到所述节点B，因此所述电感器耦合到所述节点B，以及所述节点E，因而所述电感器和所述电容器耦合到所述节点E。类似地，所述补偿电容器550直接耦合到所述节点C，因此所述电感器耦合到所述节点C，以及所述节点E，因而所述电感器和所述电容器耦合到所述节点E。所述补偿电容器540、550补偿所述绕组157与所述绕组165、167之间的寄生电容。该寄生电容表示为所述LLC谐振转换器100中的电容器160，并且由图2中的第一阶段200中的电容器230、240；图3中的第二阶段300中的电容器230、240；以及图4中的第三阶段400中的电容器Ctot 410模拟。通过补偿所述寄生电容器160，所述补偿电容器540、550满足或基本上满足等式(5)，因此降低了CM EMI。
具体地，所述补偿电容器540通过补偿图2中的第一阶段200和图3中的第二阶段300中的电容器CBE 230来补偿所述寄生电容器160。类似地，所述补偿电容器550通过补偿第一阶段200和第二阶段300中的电容器CCE 240来补偿所述寄生电容。所述补偿电容器540和所述补偿电容器550分别补偿所述电容器CBE 230和所述电容器CCE，因为它们与所述电容器CBE230和所述电容器CcE并联并且因为并联电容器的电容相加。因此，所述补偿电容器540和所述电容器CBE 230的总和可以表示为等式(5)中的电容器CBE，所述补偿电容器550和所述电容器CCE 240的总和可以表示为等式(5)中的电容器CCE。所述补偿电容器540、550可以是可调电容器，以便考虑由于年限、温度和其它因素导致的所述电容器230、240的变化。
制造商可以采用不同的方式制造所述LLC谐振转换器500。在第一实施例中，制造商首先制造没有所述补偿电容器540、550的LLC谐振转换器500；然后测量所述电容器230、240的电容；之后再增加所述补偿电容器540、补偿电容器550或两者，以满足或基本上满足等式(5)。在后一种情况下，两个补偿电容器540、550都可以包括满足等式(5)的电容。在第二实施例中，制造商首先制造具有作为可调电容器的补偿电容器540、550的LLC谐振转换器500；然后测量所述电容器230、240的电容；之后再调整所述补偿电容器540、补偿电容器550或两者的电容，以满足或基本上满足等式(5)。
图6是本发明一实施例提供的测得的CM EMI曲线和标准CM EMI曲线的曲线图600。曲线图600的x轴表示频率(单位为Hz)，y轴表示CM EMI幅度绝对值(单位为dBμV)。细虚线表示图1中的LLC谐振转换器100的CM EMI(没有补偿)。细虚线表示图5中的LLC谐振转换器500的CM EMI(具有补偿，即补偿电容器540、550)。粗虚线表示标准准峰值CM EMI，依照“信息技术设备-无线电干扰特性-限值和测量方法”第5.1节表2，BS EN55022∶2010，2011年7月31日(“BS EN 55022”)的要求，其以引入的方式并入本文。粗实线表示BS EN 55022的表2中所要求的标准平均CM EMI。
具体地，制造并测量所述LLC谐振转换器100以确定其CM EMI。峰值610示出所述LLC谐振转换器100的最大CM EMI约为130dBμV。另外，制造并测量所述LLC谐振转换器500以确定所述电容器230、240的电容及其CM EMI。测得所述电容器CBE230的电容为2.72nF，测得所述电容器CCE 240的电容为4.08nF。为了满足等式(5)，所述补偿电容器540的电容为1.36nF以满足等式(5)，具体如下：
CBE＝CcE
2.72nF+1.36nF＝4.08nF。 (6)
所述补偿电容器550的电容为0nF。峰值620示出所述LLC谐振转换器500的最大CM EMI约为105dBμV。因此，与所述LLC谐振转换器100相比，添加所述电容器540使CM EMI降低约25dBμV。或者，如果测得所述电容器CBE230的电容为4.08nF并且测得所述电容器CCE 240的电容为2.72nF，则所述补偿电容器540的电容将为0nF，所述补偿电容器550的电容将为1.36nF。
所述LLC谐振转换器500在峰值620处的CM EMI大约为105dBμV，仍然高于标准峰值CM EMI和标准平均CM EMI，两者在该大致相同频率处分别约为55dBμV和45dBμV。因此，所述LLC谐振转换器500的EMI滤波器进一步将CM EMI降低到标准峰值CM EMI和标准平均CM EMI之下。由于与所述LLC谐振转换器100相比，添加所述电容器540使CM EMI降低约25dBμV，因此所述LLC谐振转换器500中的EMI滤波器需要降低的CM EMI比在没有所述补偿电容器540的情况下要少。因此，所述LLC谐振转换器500中的EMI滤波器可以比所述LLC谐振转换器100中的EMI滤波器更小、成本更低且更有效。
在这种情况下，短语“基本上满足”及其变化形式可以表示在2.5％、5％、10％或其它合适的误差范围内。看一下等式(6)，如果所述补偿电容器540的电容为1.00nF而不是1.36nF，则CBE的电容将为3.72nF，比CCE的电容4.08nF小了约8.8％。8.8％的差异在10％的误差范围内，但不是2.5％或5％的误差范围。
图7是LLC谐振转换器700的示意图。所述LLC谐振转换器700类似于图1中的LLC谐振转换器100。然而，所述LLC谐振转换器100和所述LLC谐振转换器700具有两个主要差异。首先，所述LLC谐振转换器100包括变压器155，所述变压器155包括原边上的一个绕组157和副边上的两个绕组165、167，而所述LLC谐振转换器700包括变压器750，所述变压器750包括原边上的一个绕组755和副边上的一个绕组765。所述绕组755、765形成寄生电容760。因为所述LLC谐振转换器700包括所述变压器750中的两个绕组755、765，所以所述LLC谐振转换器700称为双绕组谐振转换器。所述变压器750包括n：1(或简称为n)匝数比。其次，所述LLC谐振转换器100在副边上包括半桥，而所述LLC谐振转换器700在副边上包括全桥。所述全桥包括开关770、780和二极管775、785。与所述LLC谐振转换器100类似，所述LLC谐振转换器700还包括LISN 705，所述LISN 705包括电阻器710、715；电容器720、725、730、735；电感器740、745；以及其它类似组件。
图8是本发明一实施例提供的图7中的LLC谐振转换器700的第一模型的第一阶段800的示意图。所述第一模型包括三个阶段，以便示出每个接连阶段的不断简化。有两种模型，第一种模型用于第一组补偿电容器，第二种模型用于第二组补偿电容器。所述第一阶段800类似于图2中的第一阶段200。具体地，与所述第一阶段200类似，所述第一阶段800包括LISN 810；电压源V1N、V2N、Vp；电容器735、830、840；以及电感器740、745。然而，与所述第一阶段200不同，所述第一阶段800还包括电压源V4N、V3N。LISN 705中的电阻器710、715在所述LISN 810中表示为单个电阻器。所述电压源V1N、V2N、Vp、V4N、V3N表示所述LLC谐振转换器700中各节点处的对应电压。所述电容器830表示从节点B到节点E的变压器750上的电容，因此表示为CBE，所述电容器840表示从节点C到所述节点E的变压器750上的电容，因此表示为CCE。
图9是本发明一实施例提供的图7中的LLC谐振转换器700的第一模型的第二阶段900的示意图。所述第二阶段900包括LISN 810；电压源V2N、Vp、V4N；以及电容器CBE830、CCE840。所述第二阶段900移除了电压源V1N、V3N；电容器735；以及电感器740、745。所述第二阶段900可以这样操作的原因是，这些组件不产生CM EMI。
图10是本发明一实施例提供的图7中的LLC谐振转换器700的第一模型的第三阶段1000的示意图。所述第三阶段1000可以称为戴维南等效电路。所述第三阶段1000包括电压源Vth，电容器Ctot1010，以及LISN 810。所述电容器Ctot1010的电容根据等式(1)来计算。所述电压源Vth表示戴维南等效电压，其计算方式如下：
所述电压源Vth模拟所述第三阶段1000中的CM EMI的主发生器，并因此模拟所述LLC谐振转换器700。因此需要降低或消除电压源Vth。
由于所述LLC谐振转换器700的操作，所述电压源V2N、Vp的关系如关系式(3)所示，所述电压源V4N、Vp的关系如下所示：
将关系式(3)和等式(8)代入等式(7)，得到
可以看出，以下等式消除了等式(9)中的Vth：
因此，消除Vth(CM EMI的主要发生器)降低了CM EMI。
图11是本发明一实施例提供的图7中的LLC谐振转换器700的第二模型的第一阶段1100的示意图。图12是本发明一实施例提供的图7中的LLC谐振转换器700的第二模型的第二阶段1200的示意图。图13是本发明一实施例提供的图7中的LLC谐振转换器700的第二模型的第三阶段1300的示意图。所述第二模型的第一阶段1100、第二阶段1200和第三阶段1300分别类似于所述第一模型的第一阶段800、第二阶段900和第三阶段1000。例如，LISN705中的电阻器710、715在LISN 1110中表示为单个电阻器。然而，与所述第一模型中的电容器CBE 230、CcE 240、Ctot410不同，所述第二模型包括电容器CBD1130、CCD1140、Ctot 1310。
所述电容器CBD1130表示从节点B到节点D的变压器750上的电容，所述电容器CcD1140表示从节点C到所述节点D的变压器750上的电容。所述电容器1310的电容计算方式如下：
Ctot＝CBD+CCD。 (11)
所述电压源Vth表示戴维南等效电压，其计算方式如下：
所述电压源Vth模拟所述第三阶段1300中的CM EMI的主发生器，并因此模拟所述LLC谐振转换器700。因此需要降低或消除电压源Vth。
由于所述LLC谐振转换器700的操作，所述电压源V2N、Vp的关系如关系式(3)所示，所述电压源V3N、Vp的关系如下所示：
将关系式(3)和等式(13)代入等式(12)，得到
可以看出，以下关系式消除了等式(14)中的Vth：
因此，消除Vth(CM EMI的主要发生器)降低了CM EMI。
图14是本发明一实施例提供的LLC谐振转换器1400的示意图。所述LLC谐振转换器1400类似于图5中的LLC谐振转换器500。具体地，所述LLC谐振转换器1400包括EMI滤波器迹线中断1410和迹线1420、1430、1460、1470。然而，与包括两个补偿电容器540、550的LLC谐振转换器500不同，所述LLC谐振转换器1400包括四个补偿电容器1440、1450、1480、1490。尽管图中未示出，但所述LLC谐振转换器1400还包括类似于LLC谐振转换器700中的电容器760的电容器。
所述补偿电容器1440直接耦合到节点B，因此所述电感器耦合到所述节点B，以及节点E，因此所述电感器、二极管和开关耦合到所述节点E。所述补偿电容器1450直接耦合到所述节点B，因此所述电感器耦合到所述节点B，以及节点D，因此所述电感器和所述电容器耦合到所述节点D。所述补偿电容器1480直接耦合到节点C，因此所述电感器耦合到所述节点C，以及所述节点E，因此所述电感器、二极管和开关耦合到所述节点E。所述补偿电容器1490直接耦合到所述节点C，因此所述电感器耦合到所述节点C，以及所述节点D，因此所述电感器和所述电容器耦合到所述节点D。
所述补偿电容器1440、1450、1480、1490补偿所述绕组755和所述绕组765之间的寄生电容。该寄生电容表示为所述LLC谐振转换器700中的电容器760，并且由图8中的第一阶段800中的电容器830、840；图9中的第二阶段900中的电容器830、840；图10中的第三阶段1000中的电容器Ctot1010；图11中的第一阶段1100中的电容器1130、1140；图12中的第二阶段1200中的电容器1130、1140；以及图13中的第三阶段1300中的电容器Ctot1310模拟。通过补偿所述寄生电容器160，所述补偿电容器1440、1450、1480、1490满足或基本上满足等式(10)和(15)，因此降低了CM EMI。
具体地，所述补偿电容器1440通过补偿所述电容器CBE830来补偿寄生电容。所述补偿电容器1450通过补偿所述电容器CBD1130来补偿寄生电容。所述补偿电容器1480通过补偿所述电容器CCE840来补偿寄生电容。所述补偿电容器1490通过补偿所述电容器CCD1140来补偿寄生电容。因此，所述补偿电容器1440和所述电容器CBE 830的总和可以表示为等式(10)中的电容器CBE，所述补偿电容器1450和所述电容器CBD1130的总和可以表示为等式(15)中的电容器CBD，所述补偿电容器1480和所述电容器CCE840的总和可以表示为等式(10)中的电容器CCE，所述补偿电容器1490和所述电容器CCD1140的总和可以表示为等式(15)中的电容器CCD。所述补偿电容器1440、1450、1480、1490可以是可调电容器，以便考虑由于年限、温度和其它因素导致的所述电容器830、840、1130、1140的变化。
制造商可以采用不同的方式制造所述LLC谐振转换器1400。在第一实施例中，制造商首先制造没有所述补偿电容器1440、1450、1480、1490的LLC谐振转换器1400；然后测量所述电容器830、840、1130、1140的电容；之后再增加所述补偿电容器1440、1450、1480、1490的任意组合，以满足或基本上满足等式(10)和(15)。在后一种情况下，所述补偿电容器1440、1450、1480、1490的任意组合都可以包括满足等式(10)和(15)的电容。在第二实施例中，制造商首先制造所述LLC谐振转换器1400，其中所述补偿电容器1440、1450、1480、1490作为可调电容器；然后测量所述电容器830、840、1130、1140的电容；之后再调整所述补偿电容器1440、1450、1480、1490的电容的任意组合，以满足或基本上满足等式(10)和(15)。
图15是示出本发明一实施例提供的谐振转换器制造方法1500的流程图。在步骤1510中，获得谐振转换器。所述谐振转换器包括变压器。例如，所述谐振转换器是LLC谐振转换器100或700，并且所述变压器是变压器155或750。在步骤1520中，确定变压器的寄生电容。例如，制造商通过测试寄生电容器160或760来确定所述变压器的寄生电容。在步骤1530中，基于所述寄生电容计算补偿电容。例如，制造商基于等式(5)、(10)或(15)计算补偿电容器540、550、1440、1450、1480或1490的补偿电容。
最后，在步骤1540中，在所述变压器上增加补偿电容器。所述补偿电容器540、550、1440、1450、1480或1490包括补偿电容。例如，制造商在从节点B到节点E的LLC谐振转换器500中的变压器上添加所述补偿电容器540，在从节点C到所述节点E的LLC谐振转换器500中的变压器上添加所述补偿电容器550，在从所述节点B到所述节点E的LLC谐振转换器1400中的变压器上添加所述补偿电容器1440，在从所述节点B到节点D的LLC谐振转换器1400中的变压器上添加所述补偿电容器1450，在从所述节点C到所述节点E的LLC谐振转换器1400中的变压器上添加所述补偿电容器1480，在从所述节点C到所述节点D的LLC谐振转换器1400中的变压器上添加所述补偿电容器1490。
在一示例实施例中，一种装置包括：第一电感器元件，耦合到第一节点和第二节点；第二电感器元件，耦合到第三节点和第四节点；第三电感器元件，耦合到所述第四节点和第五节点，其中所述第一电感器、第二电感器和第三电感器形成变压器；以及补偿电容器元件，耦合到所述第一节点和所述第二节点中的一个以及所述第四节点并且包括补偿电容。
在又一示例实施例中，一种装置包括：第一电感器构件，耦合到第一节点和第二节点；第二电感器构件，耦合到第三节点和第四节点；第三电感器构件，耦合到所述第四节点和第五节点，其中所述第一电感、第二电感和第三电感形成变压器构件；以及补偿电容器构件，耦合到所述第一节点和所述第二节点中的一个以及所述第四节点并且包括补偿电容。
除了第一组件和第二组件之间的线路、迹线或其它介质之外，如果没有中间组件，第一组件直接耦合到第二组件。如果所述第一组件和所述第二组件之间存在除线路、迹线或其它介质之外的中间组件，则所述第一组件间接耦合到所述第二组件。术语“耦合”及其变化形式包括直接耦合和间接耦合。除非另有说明，否则术语“约”意味着包括随后数字的±10％的范围。
虽然本发明中已提供若干实施例，但应理解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本发明所公开的系统和方法可以用许多其它特定形式来体现。本发明的实例应被视为说明性而非限制性的，且本发明并不限于本文中所给出的细节。例如，各种元件或组件可以在另一系统中组合或整合，或者某些特征可以省略或不实施。
此外，在不脱离本发明的范围的情况下，各种实施例中描述和说明为离散或单独的技术、系统、子系统和方法可以与其它系统、组件、技术或方法进行组合或合并。展示或论述为彼此耦合或直接耦合或通信的其它项也可以采用电方式、机械方式或其它方式经由某一接口、设备或中间组件间接地耦合或通信。其它变更、替换、更替示例对本领域技术人员而言是显而易见的，均不脱离本文公开的精神和范围。

Claims (20)

1.一种装置，其特征在于，包括：
第一电感器，耦合到第一节点和第二节点；
第二电感器，耦合到第三节点和第四节点；
第三电感器，耦合到所述第四节点和第五节点，其中所述第一电感器、所述第二电感器和所述第三电感器形成变压器；以及
补偿电容器，耦合到所述第一节点和所述第二节点中的一个以及所述第四节点并且包括补偿电容。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：
第一寄生电容器，位于所述第一节点和所述第四节点之间并且包括第一寄生电容；以及
第二寄生电容器，位于所述第二节点和所述第四节点之间并且包括第二寄生电容。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一寄生电容器和所述第二寄生电容器不是物理电容器。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述补偿电容器耦合到所述第四节点和所述第一节点，所述补偿电容和所述第一寄生电容之和基本等于所述第二寄生电容。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述补偿电容器耦合到所述第四节点和所述第二节点，所述补偿电容和所述第二寄生电容之和基本等于所述第一寄生电容。
6.根据权利要求1至5任一项所述的装置，其特征在于，所述装置是全桥电感器-电感器-电容器(LLC)电路。
7.根据权利要求1至6任一项所述的装置，其特征在于，所述补偿电容器是可调电容器。
8.一种装置，其特征在于，包括：
第一电感器，耦合到第一节点和第二节点；
第二电感器，耦合到第三节点和第四节点，其中所述第一电感器和第二电感器形成变压器，所述变压器包括匝数比；以及
补偿电容器，包括补偿电容并且耦合到所述第一节点和所述第三节点、所述第一节点和所述第四节点、所述第二节点和所述第三节点以及所述第二节点和所述第四节点中的一个。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括：
第一寄生电容器，位于所述第一节点和所述第三节点之间并且包括第一寄生电容；
第二寄生电容器，位于所述第一节点和所述第四节点之间并且包括第二寄生电容；
第三寄生电容器，位于所述第二节点和所述第三节点之间并且包括第三寄生电容；以及
第四寄生电容器，位于所述第二节点和所述第四节点之间并且包括第四寄生电容。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述补偿电容器耦合到所述第一节点和所述第三节点，并且其中所述补偿电容基本上满足基于所述第一寄生电容、补偿电容、匝数比和第三寄生电容的等式。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述等式为
其中CBD是所述第一寄生电容和所述补偿电容之和，n是所述匝数比，CCD是所述第三寄生电容。
12.根据权利要求9至11任一项所述的装置，其特征在于，所述补偿电容器耦合到所述第一节点和所述第四节点，并且其中所述补偿电容基本上满足基于所述第二寄生电容、补偿电容、匝数比和第四寄生电容的等式。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述等式为
其中CBE是所述第二寄生电容和所述补偿电容之和，n是所述匝数比，CCE是所述第四寄生电容。
14.根据权利要求9至11任一项所述的装置，其特征在于，所述补偿电容器耦合到所述第二节点和所述第三节点，并且其中所述补偿电容基本上满足基于所述第一寄生电容、匝数比、第三寄生电容和补偿电容的等式。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述等式为
其中CBD是所述第一寄生电容，n是所述匝数比，CCD是所述第三寄生电容和所述补偿电容之和。
16.根据权利要求9至11任一项所述的装置，其特征在于，所述补偿电容器耦合到所述第二节点和所述第四节点，并且其中所述补偿电容基本上满足基于所述第二寄生电容、匝数比、第四寄生电容和补偿电容的等式。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述等式为
其中CBE是所述第二寄生电容，n是所述匝数比，CCE是所述第四寄生电容和所述补偿电容之和。
18.根据权利要求9至17任一项所述的装置，其特征在于，所述补偿电容器是可调电容器。
19.一种制造谐振转换器的方法，其特征在于，所述方法包括：
获得谐振转换器，其中所述谐振转换器包括变压器；
确定所述变压器的寄生电容；
根据所述寄生电容计算补偿电容；以及
在所述变压器上添加补偿电容器，其中所述补偿电容器包括所述补偿电容。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述计算补偿电容包括：
确定所述谐振转换器的戴维南等效电压；以及
计算所述补偿电容以基本上消除所述戴维南等效电压。
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