CN110911126A - 一种平面变压器及电源转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种平面变压器及电源转换器，所述平面变压器，从下往上依次包括底层次级线圈、底层屏蔽层、初级线圈、顶层屏蔽层和顶层次级线圈，顶层屏蔽层和底层屏蔽层均包括屏蔽线圈，顶层屏蔽层和底层屏蔽层中至少有一个屏蔽线圈包括N1圈顺时针线圈和N2圈逆时针线圈，或顶层屏蔽层和/或底层屏蔽层还包括第一辅助绕组，顶层屏蔽层或底层屏蔽层包括N3圈顺时针屏蔽线圈和N4圈逆时针第一辅助绕组，N4大于3，通过调整N1和N2的比值或N3和N4的比值，来调整该平面变压器的补偿共模电流。本发明提供的一种平面变压器及电源转换器，以减小初级绕组引起的共模电流，从而降低EMI共模噪声的干扰。

Description

一种平面变压器及电源转换器
技术领域
本发明涉及变压器技术领域，具体涉及一种平面变压器及电源转换器。
背景技术
变压器的共模电流对EMI的影响很大，要尽可能降低初级线圈引起的共模电流，通常，在传统的变压器中，是通过调整变压器屏蔽绕组的圈数来调整共模电流，以降低EMI共模噪声的干扰。
专利号为201711390939.3公开了一种平面变压器，该平面变压器为初次初类型，其中屏蔽绕组为一圈，辅助绕组为三圈，通过调整复合绕组内部的圈数，来调节共模电流，但此方案的PCB层数多，工艺复杂，成本高。初级绕组工作电压高，它和磁芯之间会产生比较大的电位差，可能引起磁芯与绕组绝缘击穿，使产品可靠性下降。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种平面变压器及电源转换器，以减小初级绕组引起的共模电流，从而降低EMI共模噪声的干扰。
本发明的技术方案如下：
一种平面变压器，从下往上依次包括底层次级线圈、底层屏蔽层、初级线圈、顶层屏蔽层和顶层次级线圈，所述顶层屏蔽层和底层屏蔽层均包括屏蔽线圈，所述顶层屏蔽层和底层屏蔽层中至少有一个屏蔽线圈包括N1圈顺时针线圈和N2圈逆时针线圈，或所述顶层屏蔽层和/或底层屏蔽层还包括第一辅助绕组，所述顶层屏蔽层和/或底层屏蔽层包括N3圈顺时针屏蔽线圈和N4圈逆时针第一辅助绕组，所述N4大于3，通过调整N1和N2的比值或N3和N4的比值，来调整该平面变压器的补偿共模电流。
其中，所述N1、N2之和小于1。
其中，所述底层次级线圈以次级静点电位为起始端，进行顺时针或逆时针绕制；所述顶层次级线圈与所述底层次级线圈串联或并联，其绕制方向与所述底层次级线圈相同。
其中，所述底层屏蔽层的屏蔽线圈包括N1圈顺时针线圈和N2圈逆时针线圈，所述顶层屏蔽层的屏蔽线圈为一圈线圈，以初级静点电位为起始端，其绕制方向与所述底层次级线圈相同。
其中，所述顶层屏蔽层的屏蔽线圈包括N1圈顺时针线圈和N2圈逆时针线圈，所述底层屏蔽层的屏蔽线圈为一圈线圈，以初级静点电位为起始端，其绕制方向与所述底层次级线圈相同。
其中，所述顶层或/和底层屏蔽层还包括第二辅助绕组，所述顶层或/和底层屏蔽层的屏蔽线圈内圈还设置有所述第二辅助绕组，所述第二辅助绕组的圈数小于3，所述顶层或底层屏蔽层的屏蔽线圈的一端与初级静点连接，所述顶层或底层屏蔽层的屏蔽线圈的另一端悬空、或与所述初级线圈串联、或与所述第二辅助绕组串联。
其中，所述N3圈顺时针屏蔽线圈的内圈设置有N4圈所述逆时针第一辅助绕组，所述N3大于1。
其中，所述N3圈顺时针屏蔽线圈的面积和N3的值可改变，用以调整所述变压器的补偿共模电流。
一种电源转换器，包括上述所述的平面变压器。
所述电源转换器输出电压在5v～24v之间时，所述平面变压器的PCB板层数为6-14层。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明设计的平面变压器适用于输出电压为5V-24V的适配器或充电器，或输出在此电压范围内的一个固定电压(5V/12V/15V/19V/20V/24V)，或可变电压(5V-9V/5V-11V/5V-12V/5V-15V/5V-20V)的电源转换器，适配器或充电器。
根据电源转换电路的电压输出范围不同，而灵活设计屏蔽层顺时针线圈/逆时针线圈的比值，可在0.1/0.9～0.9/0.1之间变化。屏蔽层与辅助绕组顺时针/逆时针线圈的比值在0.1～1.5/1变化，通过选择合适的比值组合达到最佳EMI性能，同时可以减小平面变压器PCB板层数。有利于降低平面变压器成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的一种平面变压器的多层线圈的剖面示意图；
图2为本发明实施例一提供的一种平面变压器的各层线圈绕制图；
图3为本发明实施例一提供的一种平面变压器的顶层或底层屏蔽层的线圈绕制图；
图4为本发明实施例一提供的一种平面变压器的底层屏蔽层和底层次级线圈的绕制图；
图5为本发明实施例一提供的一种平面变压器的顶层次级线圈和顶层屏蔽层的线圈绕制图；
图6为本发明实施例二提供的一种平面变压器的顶层或底层屏蔽层的线圈绕制图；
图7为本发明实施例三提供的第一种平面变压器的多层线圈的立体图；
图8为本发明实施例三提供的第一种平面变压器的各层线圈绕制图；
图9为本发明实施例三提供的第二种平面变压器的各层线圈绕制图；
图10为本发明实施例三提供的第三种平面变压器的多层线圈的立体图；
图11为本发明实施例三提供的第三种平面变压器的各层线圈绕制图；
图12为本发明实施例变压器应用一示意图；
图13为本发明实施例变压器应用二示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
实施例一
请参阅图1，本实施例提供一种平面变压器，其为次初次结构，从下往上依次包括底层次级线圈1、底层屏蔽层2、初级线圈3、顶层屏蔽层4和顶层次级线圈5，根据不同的输出功率规格，顶层屏蔽层4和底层屏蔽层2可以为串联或并联，底层和顶层次级线圈之间为中间层，中间层可以为多层结构，平面变压器整体可以为6～14层结构，如图2为6层结构示意图。
底层次级线圈1以次级静点电位为起始端，进行顺时针或逆时针绕制；顶层次级线圈5的绕制方向与底层次级线圈1相同。
其中，所述顶层屏蔽层4和底层屏蔽层2均包括屏蔽线圈21，顶层屏蔽层4和底层屏蔽层2中至少有一个屏蔽线圈21包括N1圈顺时针线圈和N2圈逆时针线圈，所述N1、N2之和小于1。
作为一个实施例，顶层屏蔽层4和底层屏蔽层2的屏蔽线圈21都包括N1圈顺时针线圈和N2圈逆时针线圈，所述N1、N2之和小于1，可以通过调节顶层屏蔽层4和底层屏蔽层2的顺时针线圈与逆时针线圈的比值达到最佳EMI性能，如图3所示，顺时针线圈与逆时针线圈的比值为0.7/0.3或0.6/0.4。
作为一个实施例，顶层屏蔽层4包括N1顺时针线圈和N2逆时针线圈，如图4所示，底层屏蔽层2的屏蔽线圈21为一圈线圈，以初级静点电位为起始端，底层屏蔽层2的绕制方向与底层次级线圈1相同。
作为一个实施例，底层屏蔽层4包括N1顺时针线圈和N2逆时针线圈，如图5所示，顶层屏蔽层4的屏蔽线圈21为一圈线圈，以初级静点电位为起始端，顶层屏蔽层4的绕制方向与顶层次级线圈5相同。
顶层次级线圈5或底层次级线圈1的线圈为整圈，优选为1或2圈，宽的铜箔作为线圈，可通过大电流，适用于适配器。
对于输出电压为5-20v、5～9v、5～11v的适配器或充电器，PCB板的总层数为6层～14层。
实施例二
请参阅图6，本实施例提供一种平面变压器，与实施例一不同之处在于，顶层屏蔽层4和/或底层屏蔽层2还包括第一辅助绕组22，顶层屏蔽层4和/或底层屏蔽层2包括N3圈顺时针屏蔽线圈21和N4圈逆时针第一辅助绕组22，N4大于3，通过调节屏蔽层与第一辅助绕组22的顺逆比值与屏蔽层铜铂面积组合，达到最佳EMI性能。跟据不同的输出规格，其比值可为2/6或1.5/6，或其他更多比值。
本实施例，所述N3圈顺时针屏蔽线圈21的内圈设置有N4圈逆时针第一辅助绕组22，其中，N3大于1。
所述N3圈顺时针屏蔽线圈的面积和N3的值可改变，用以调整变压器的补偿共模电流。
如图6，屏蔽线圈21的面积，即铜箔线圈的宽度可根据实际PCB板的面积而调整，充分利用其铜箔面积，并结合N3和N4的比值，获得最佳EMI性能。
实施例三
本实施例提供一种平面变压器，在实施例一的基础上，通过在屏蔽线圈内圈加入辅助绕组设计于同一层以减小总板层厚度降低成本。
如图7、图8所示，底层屏蔽层2还包括第二辅助绕组23，该第二辅助绕组23设置在底层屏蔽层2的屏蔽线圈内圈。
或如图1、图9所示，顶层屏蔽层4还包括第二辅助绕组23，该第二辅助绕组23设置在顶层屏蔽层4的屏蔽线圈内圈。
或如图10、图11所示，底层屏蔽层2和顶层屏蔽层4都包括第二辅助绕组23，该第二辅助绕组23设置在底层屏蔽层2和顶层屏蔽层4的屏蔽线圈内圈。
其中，第二辅助绕组23的圈数小于3。
顶层屏蔽层4或底层屏蔽层2的屏蔽线圈的一端与初级静点连接，顶层屏蔽层4或底层屏蔽层2的屏蔽线圈的另一端悬空、或与初级线圈3串联、或与第二辅助绕组23串联。
如图12和图13所示，
Figure BDA0002266669510000061
标注的为初级静点与次级静点，输出有两种应用，图12所示为输出二极管阳极接变压器，阴极接输出电容正极。图13所示，输出二极管阴极接变压器，阳极接输出电容负极。实际应用过程中，为了方便PCB布线，屏蔽层的起始端可以跟据实际应用情况接输入的两个静点之一。
本发明设计的平面变压器，可根据电源转换电路的电压输出范围不同，而灵活设计屏蔽层顺时针线圈/逆时针线圈的比值，可在0.1/0.9～0.9/0.1之间变化。屏蔽层与辅助绕组顺时针/逆时针线圈的比值在1/10～1.5/1变化，通过选择合适的比值组合达到最佳EMI性能，同时可以减小平面变压器PCB板层数。有利于降低平面变压器成本。
实施例四
本实施例提供一种电源转换器，该电源转换器采用了上述实施例中所述的任意一种平面变压器。该电源转换器输出电压在5v～24v之间时，平面变压器的PCB板为6～14层结构设计。
所述平面变压器，从下往上依次包括底层次级线圈、底层屏蔽层、初级线圈、顶层屏蔽层和顶层次级线圈，所述顶层屏蔽层和底层屏蔽层均包括屏蔽线圈，所述顶层屏蔽层和底层屏蔽层中至少有一个屏蔽线圈包括N1圈顺时针线圈和N2圈逆时针线圈，或所述顶层屏蔽层或底层屏蔽层还包括第一辅助绕组，所述顶层屏蔽层或底层屏蔽层包括N3圈顺时针屏蔽线圈和N4圈逆时针第一辅助绕组，所述N4大于3，通过调整N1和N2的比值或N3和N4的比值，来调整该平面变压器的补偿共模电流。
本发明设计的平面变压器适用于输出电压为5V～24V的适配器或充电器，或输出在此电压范围内的一个固定电压(5V/12V/15V/19V/20V/24V)，或可变电压(5V-9V/5V-11V/5V-12V/5V-15V/5V-20V)的电源转换器，适配器或充电器。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种平面变压器，其特征在于：从下往上依次包括底层次级线圈、底层屏蔽层、初级线圈、顶层屏蔽层和顶层次级线圈，所述顶层屏蔽层和底层屏蔽层均包括屏蔽线圈，所述顶层屏蔽层和底层屏蔽层中至少有一个屏蔽线圈包括N1圈顺时针线圈和N2圈逆时针线圈，或所述顶层屏蔽层和/或底层屏蔽层还包括第一辅助绕组，所述顶层屏蔽层和/或底层屏蔽层包括N3圈顺时针屏蔽线圈和N4圈逆时针第一辅助绕组，所述N4大于3，通过调整N1和N2的比值或N3和N4的比值，来调整该平面变压器的补偿共模电流。
2.根据权利要求1所述的一种平面变压器，其特征在于：所述N1、N2之和小于1。
3.根据权利要求2所述的一种平面变压器，其特征在于：所述底层次级线圈以次级静点电位为起始端，进行顺时针或逆时针绕制；所述顶层次级线圈与所述底层次级线圈串联或并联，其绕制方向与所述底层次级线圈相同。
4.根据权利要求3所述的一种平面变压器，其特征在于：所述底层屏蔽层的屏蔽线圈包括N1圈顺时针线圈和N2圈逆时针线圈，所述顶层屏蔽层的屏蔽线圈为一圈线圈，以初级静点电位为起始端，其绕制方向与所述底层次级线圈相同。
5.根据权利要求3所述的一种平面变压器，其特征在于：所述顶层屏蔽层的屏蔽线圈包括N1圈顺时针线圈和N2圈逆时针线圈，所述底层屏蔽层的屏蔽线圈为一圈线圈，以初级静点电位为起始端，其绕制方向与所述底层次级线圈相同。
6.根据权利要求4或5所述的一种平面变压器，其特征在于：所述顶层或/和底层屏蔽层还包括第二辅助绕组，所述顶层或/和底层屏蔽层的屏蔽线圈内圈还设置有所述第二辅助绕组，所述第二辅助绕组的圈数小于3，所述顶层或底层屏蔽层的屏蔽线圈的一端与初级静点连接，所述顶层或底层屏蔽层的屏蔽线圈的另一端悬空、或与所述初级线圈串联、或与所述第二辅助绕组串联。
7.根据权利要求1所述的一种平面变压器，其特征在于：所述N3圈顺时针屏蔽线圈的内圈设置有N4圈所述逆时针第一辅助绕组，所述N3大于1。
8.根据权利要求7所述的一种平面变压器，其特征在于：所述N3圈顺时针屏蔽线圈的面积和N3的值可改变，用以调整所述变压器的补偿共模电流。
9.一种电源转换器，其特征在于：包括权利要求1～8任意一项所述的平面变压器。
10.根据权利要求9所述的一种电源转换器，其特征在于：所述电源转换器输出电压在5v～24v之间时，所述平面变压器的PCB板层数为6-14层。
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