CN113436865A - 一种变压器及开关电源电路 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供的一种变压器及开关电源电路，包括骨架和磁芯，磁芯安装于骨架上，骨架上从内到外依次绕制有第一初级绕组、第一屏蔽绕组、次级绕组、第二屏蔽绕组、第二初级绕组和辅助绕组；所述骨架包括初级侧和次级侧，所述第一屏蔽绕组和所述第二屏蔽绕组分别起绕于所述骨架的异侧，且绕线方向相同。在本方案中起绕于骨架异侧且同绕向的第一屏蔽绕组和第二屏蔽绕组，可产生相反的磁场，而相反的磁场可以抵消部分初次级耦合所产生的电磁干扰，进而提升了变压器传导EMI的性能，进一步的，在应用于开关电源电路中时无需再增加Y电容，节约了成本、简化了电路。
Description
技术领域
本申请涉及电源技术领域，尤其涉及一种变压器及开关电源电路。
背景技术
为了提高开关电源电路中变压器的工作可靠性和解决开关电源电路中的电磁干扰的问题，通常变压器中的初级绕组、次级绕组和辅助绕组会采用普通的“三明治”式绕法绕制(比如初级夹次级或次级夹初级)，增加变压器初次级的有效耦合面积，从而极大地减少变压器的漏感，提高电源整机效率。
但是，由于增大了初次级之间的耦合面积，从而增大了初次级之间的耦合电容，恶化了变压器传导EMI(Electromagnetic Interference，电磁干扰)的性能。现有技术中，通常采用在开关电源电路中增加Y电容的方式来降低电磁干扰，但Y电容的增加占用了PCB板或整机的空间，又提高了设计成本，同时Y电容可能导致漏电流，给系统带来噪声。
因此，亟需一种新型的可以提升传导EMI性能的变压器。
发明内容
为了提升变压器的传导EMI性能，本申请提供了一种变压器及开关电源电路。
第一方面，本申请提供了一种变压器，包括骨架和磁芯，所述磁芯安装于所述骨架，所述骨架上从内到外依次绕制有第一初级绕组、第一屏蔽绕组、次级绕组、第二屏蔽绕组、第二初级绕组和辅助绕组；
所述骨架包括初级侧和次级侧，所述第一屏蔽绕组和所述第二屏蔽绕组分别起绕于所述骨架的异侧，且绕线方向相同。
作为一种可选的实现方式，所述第一屏蔽绕组起绕于所述骨架的初级侧，所述第二屏蔽绕组起绕于所述骨架的次级侧；
或，所述第一屏蔽绕组起绕于所述骨架的次级侧，所述第二屏蔽绕组起绕于所述骨架的初级侧。
作为一种可选的实现方式，所述第一屏蔽绕组和所述第二屏蔽绕组均由多股绝缘线在所述骨架上进行绕制构成，所采用的绕制方式包括多股绝缘线并绕。
作为一种可选的实现方式，所述绝缘线为三重绝缘线。
作为一种可选的实现方式，绕制在所述骨架上的各绕组之间、绕组与所述骨架之间以及所述辅助绕组外部均设置有绝缘胶带。
作为一种可选的实现方式，所述初级侧设置有第一引脚；
所述第一屏蔽绕组的起始端和所述第二屏蔽绕组的起始端均与所述第一引脚连接；
所述第一屏蔽绕组的末端和所述第二屏蔽绕组的末端均悬空。
作为一种可选的实现方式，所述初级侧还设置有第二引脚和第三引脚；
所述第一初级绕组的末端和所述第二初级绕组的起始端均与所述第二引脚连接；
所述第一初级绕组的起始端与所述第三引脚连接；
所述第二初级绕组的末端与所述第一引脚连接。
作为一种可选的实现方式，所述第一初级绕组、次级绕组、第二初级绕组和辅助绕组的绕线方向与第二屏蔽绕组和第一屏蔽绕组的绕线方向相同。
作为一种可选的实现方式，所述绕线方向为按照初级侧朝内，逆时针方向绕制。
第二方面，本申请实施例还提供了一种开关电源电路，包括：直流母线、主功率器件、控制回路、第一吸收电路、续流电路、输出滤波电路，以及第一方面所述的变压器；
所述变压器的第一初级绕组的起始端与所述主功率器件的漏极连接；
所述变压器的第二初级绕组的末端与所述直流母线的正端连接；
所述变压器的次级绕组的起始端与所述续流电路的一端连接；
所述变压器的辅助绕组的末端与所述直流母线的负端连接，所述辅助绕组的起始端与所述控制回路的输入端连接；
所述主功率器件的源极与所述直流母线的负端连接，所述主功率器件的栅极与所述控制回路的输出端连接；
所述第一吸收回路两端分别与所述直流母线的正端和所述主功率器件的漏极连接；
所述续流回路的另一端与所述输出滤波电路连接。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
本申请实施例提供的一种变压器，包括骨架和磁芯，磁芯安装于骨架上，骨架上从内到外依次绕制有第一初级绕组、第一屏蔽绕组、次级绕组、第二屏蔽绕组、第二初级绕组和辅助绕组；所述骨架包括初级侧和次级侧，所述第一屏蔽绕组和所述第二屏蔽绕组分别起绕于所述骨架的异侧，且绕线方向相同。在本方案中起绕于骨架异侧且同绕向的第一屏蔽绕组和第二屏蔽绕组，可产生相反的磁场，而相反的磁场可以抵消部分初次级耦合所产生的电磁干扰，进而提升了变压器传导EMI的性能，进一步的，在应用于开关电源电路中时无需再增加Y电容，节约了成本、简化了电路。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的一种变压器的示意图。
图2是根据一示例性实施例示出的一种变压器的示意图。
图3是根据一示例性实施例示出的一种开关电源电路的示意图。
图4是根据一示例性实施例示出的一种开关电源电路的传导EMI测试结果示意图。
图5是根据一示例性实施例示出的另一种开关电源电路的传导EMI测试结果示意图。
图6是根据一示例性实施例示出的一种绕组绕线方向的示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
请参阅图1，图1是本申请的一个实施例提供的一种变压器的示意图。
如图1所示，本实施例提供的变压器可以包括：磁芯(图1中未示出)和骨架11，磁芯安装于骨架11内，骨架11上从内到外依次绕制有第一初级绕组21、第一屏蔽绕组22、次级绕组23、第二屏蔽绕组24、第二初级绕组25和辅助绕组26。
其中，骨架11的两侧分为初级侧和次级侧，第一屏蔽绕组22和第二屏蔽绕组分别起绕于骨架的异侧，且绕线方向相同。
作为一个可选的实现方式，所述第一屏蔽绕组22起绕于所述骨架11的初级侧，所述第二屏蔽绕组24起绕于所述骨架11的次级侧，例如图1所示，其中实心圆所在位置为绕组的起绕位置，因此实心圆所在的一侧为绕组的起绕侧。
作为另一个可选的实现方式，所述第一屏蔽绕组22起绕于所述骨架11的次级侧，所述第二屏蔽绕组24起绕于所述骨架11的初级侧。
作为一个实施例，在实际应用中，所述第一屏蔽绕组22和所述第二屏蔽绕组24均可以由多股绝缘线在所述骨架上进行绕制构成，所采用的绕制方式包括多股绝缘线并绕，采用多股绝缘线并绕的方式可以有效增大屏蔽绕组的电流承受能力。
一个例子，第一屏蔽层22由三股起绕于初级侧的绝缘线在骨架11上密绕一层构成，第二屏蔽层24由三股起绕于次级侧的绝缘线在骨架11上密绕一层构成，其中第二屏蔽绕组24的绕线方向与第一屏蔽绕组22的绕向方向一致。
作为一个实施例，第一屏蔽绕组22和第二屏蔽绕组24的绕线方向可以根据实际需求设定，例如绕线方向可以为按照初级侧朝内(也即用户从绕组的次级侧看向初级侧时)，逆时针方向绕制，例如图6所示。
进一步的，用于构成第一屏蔽绕组22个第二屏蔽绕组24的绝缘线可以采用三重绝缘线，以增大绝缘效果。
本申请实施例提供的一种变压器，包括骨架和磁芯，磁芯安装于骨架上，骨架上从内到外依次绕制有第一初级绕组、第一屏蔽绕组、次级绕组、第二屏蔽绕组、第二初级绕组和辅助绕组；所述骨架包括初级侧和次级侧，所述第一屏蔽绕组和所述第二屏蔽绕组分别起绕于所述骨架的异侧，且绕线方向相同。在本方案中起绕于骨架异侧且同绕向的第一屏蔽绕组和第二屏蔽绕组，可产生相反的磁场，而相反的磁场可以抵消部分初次级耦合所产生的电磁干扰，进而提升了变压器传导EMI的性能，进一步的，在应用于开关电源电路中时无需再增加Y电容，节约了成本、简化了电路。
再进一步的，本申请实施例提供的变压器中，第一屏蔽绕组和第二屏蔽绕组由绝缘线绕制而成，相对于采用铜箔作为屏蔽层的变压器设计，更利于自动化生产。
如图2所示，为本申请实施例提供的另一种变压器的示意图，其中实心圆表示绕组的起绕端也即起始端，同时也表示电气上的相位，各绕组实心圆的一端为同名端，NC表示悬空。如图2所示，本实施例提供的变压器在图1所示的变压器的基础上，还包括：初级侧设置的第一引脚1，第二引脚2，第三引脚3，第四引脚4和第五引脚5，次级侧设置的第六引脚6和第七引脚7。
其中，第一初级绕组21的起始端与第三引脚3连接，末端与第二引脚2连接。
第一屏蔽绕组22的起始端与第一引脚1连接，末端悬空。
次级绕组23的起始端与第七引脚7连接，末端与第六引脚6连接。
第二屏蔽绕组24的起始端与第一引脚1连接，末端悬空。
第二初级绕组25的起始端与第二引脚2连接，末端与第一引脚1连接。
辅助绕组26的起始端与第五引脚5连接，末端与第四引脚4连接。
在实际应用中，在变压器封装后，除了第二引脚2之外的其余引脚均暴露在外面，用于与外部设备连接，而第二引脚2在本申请实施例中只是起固定作用，用于将第一初级绕组21和第二初级绕组25连接，不用与外部器件连接，因此第二引脚2可以不暴露在外部，而通过第二引脚2将第一初级绕组21和第二初级绕组25连接，可以组成变压器的初级绕组，在本申请实施例中，将初级绕组分为第一初级绕组21和第二初级绕组25两部分，是为了和次级绕组实现“三明治”式绕法，从而降低变压器的漏感。
作为一个实施例，在绕组与骨架11之间、各个绕组之间以及绕组最外层可以采用一层或多层绝缘胶带进行绝缘，具体的，在第一初级绕组21与骨架11之间覆盖绝缘胶带，在第一初级绕组21和第一屏蔽绕组22之间覆盖绝缘胶带，在第一屏蔽绕组22与次级绕组23之间覆盖绝缘胶带，在次级绕组23和第二屏蔽绕组24之间覆盖绝缘胶带，在第二屏蔽绕组24和第二初级绕组25之间覆盖绝缘胶带，在第二初级绕组25和辅助绕组26之间覆盖绝缘胶带，在辅助绕组26的外部覆盖绝缘胶带。
作为一个实施例，第一初级绕组21和第二初级绕组25均可以由漆包线在骨架11上绕制一层或多层构成，并且每层均绕满，进一步的，第一初级绕组21和第二初级绕组25在绕制时均可以起绕于初级侧。
作为一个实施例，根据次级绕组实际匝数、次级电流大小，考虑边缘效应与趋肤效应等因素，通常次级绕组23可根据实际需求采用一股或多股线绕制构成。比如，由于趋肤效应表现为电流集中在导体表面流通，不仅降低了导线有效使用面积还增加了等效电阻，因此，为了较少趋肤效应可以采用多股线并绕的方式构成次级绕组，以增大导线的有效使用面积。再比如，次级绕组23的绕制层数可以根据变压器次级绕组的实际匝数需求而定，若匝数过多而使单层无法绕下，此时必须绕多层。进一步的，如果次级绕组23需绕制多层，则最内层采用密绕绕满，最外层采用密绕或疏绕绕满。进一步的，次级绕组23在绕制时，可以起绕于次级侧。
作为一个实施例，辅助绕组26可以采用两股线在骨架上并绕的方式构成，其绕制时可以采用均匀疏绕的方式绕满整数层。进一步的，辅助绕组26在绕制时可以起绕于初级侧。
作为一个实施例，第一初级绕组21、次级绕组23、第二初级绕组25和辅助绕组26的绕线方向与第二屏蔽绕组24和第一屏蔽绕组22的绕线方向相同，采用相同的绕向可以避免绕线交叉。
一个具体的例子：
骨架的宽度可以为11.8mm，初级绕组(包括第一初级绕组和第二初级绕组)采用线径为0.28mm漆包线绕制72匝组成，其中第一初级绕组采用单股线密绕绕满一层，总共36匝，剩余第二初级绕组同样采用单股线绕制36匝；次级绕组采用线径为0.4mm的绝缘线，2股并饶，密绕绕满2层；屏蔽绕组(包括第一屏蔽绕组和第二屏蔽绕组)采用线径为0.28mm的三重绝缘线，3股并绕，其中第一屏蔽绕组从骨架的初级侧起绕，密绕绕满1层，第二屏蔽绕组从骨架的次级侧起绕，密绕绕满1层；辅助绕组采用线径为0.28mm的漆包线，2股并绕，均匀疏绕绕满1层，共9匝。第一屏蔽绕组和第二屏蔽绕组的绕向相同，且绕线末端均悬空。
上述任一实施例提供的变压器可以应用于开关电源电路。
参见图3，为本申请实施例提供的一种开关电源电路的示意图，该开关电源电路包括直流母线、主功率器件、控制回路、第一吸收电路、续流电路、输出滤波电路，以及上述任一实施例所述的的变压器。其中黑点表示绕组的起始端。
如图3所示，所述变压器的第一初级绕组的起始端与所述主功率器件的漏极连接。
所述变压器的第二初级绕组的末端与所述直流母线的正端连接。
所述变压器的次级绕组的起始端与所述续流电路的一端连接。
所述变压器的辅助绕组的末端与所述直流母线的负端连接，所述辅助绕组的起始端与所述控制回路的输入端连接。
所述主功率器件的源极与所述直流母线的负端连接，所述主功率器件的栅极与所述控制回路的输出端连接。
所述第一吸收回路两端分别与所述直流母线的正端和所述主功率器件的漏极连接。
所述续流回路的另一端与所述输出滤波电路连接。
进一步的，所述续流电路中设置有第二吸收回路。
本申请实施例提供的开关电源电路，采用上述实施例提供的变压器，提升了传导EMI的性能，并且无需再设置Y电容，从而节约了成本、简化了电路。
参见图4和图5，图4是采用传统结构的变压器搭配Y电容的开关电源电路传导EMI的测试结果图，图5是采用本申请实施例提供的变压器，并未设置Y电容的开关电源电路的传导EMI测试结果图，通过两者的对比可知，采用本申请实施例提供的变压器的开关电源电路在1-4MHz频段内具有更充足的EMI裕量，使得省去Y电容后的开关电源电路传导EMI的性能良好。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，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模块中，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模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种变压器，包括骨架和磁芯，所述磁芯安装于所述骨架，其特征在于，所述骨架上从内到外依次绕制有第一初级绕组、第一屏蔽绕组、次级绕组、第二屏蔽绕组、第二初级绕组和辅助绕组；
所述骨架包括初级侧和次级侧，所述第一屏蔽绕组和所述第二屏蔽绕组分别起绕于所述骨架的异侧，且绕线方向相同。
2.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述第一屏蔽绕组起绕于所述骨架的初级侧，所述第二屏蔽绕组起绕于所述骨架的次级侧；
或，所述第一屏蔽绕组起绕于所述骨架的次级侧，所述第二屏蔽绕组起绕于所述骨架的初级侧。
3.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述第一屏蔽绕组和所述第二屏蔽绕组均由多股绝缘线在所述骨架上进行绕制构成，所采用的绕制方式包括多股绝缘线并绕。
4.根据权利要求3所述的变压器，其特征在于，所述绝缘线为三重绝缘线。
5.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，绕制在所述骨架上的各绕组之间、绕组与所述骨架之间以及所述辅助绕组外部均设置有绝缘胶带。
6.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述初级侧设置有第一引脚；
所述第一屏蔽绕组的起始端和所述第二屏蔽绕组的起始端均与所述第一引脚连接；
所述第一屏蔽绕组的末端和所述第二屏蔽绕组的末端均悬空。
7.根据权利要求6所述的变压器，其特征在于，所述初级侧还设置有第二引脚和第三引脚；
所述第一初级绕组的末端和所述第二初级绕组的起始端均与所述第二引脚连接；
所述第一初级绕组的起始端与所述第三引脚连接；
所述第二初级绕组的末端与所述第一引脚连接。
8.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述第一初级绕组、次级绕组、第二初级绕组和辅助绕组的绕线方向与第二屏蔽绕组和第一屏蔽绕组的绕线方向相同。
9.根据权利要求1或8所述的变压器，其特征在于，所述绕线方向为按照初级侧朝内，逆时针方向绕制。
10.一种开关电源电路，其特征在于，包括：直流母线、主功率器件、控制回路、第一吸收电路、续流电路、输出滤波电路，以及权利要求1-9任一所述的变压器；
所述变压器的第一初级绕组的起始端与所述主功率器件的漏极连接；
所述变压器的第二初级绕组的末端与所述直流母线的正端连接；
所述变压器的次级绕组的起始端与所述续流电路的一端连接；
所述变压器的辅助绕组的末端与所述直流母线的负端连接，所述辅助绕组的起始端与所述控制回路的输入端连接；
所述主功率器件的源极与所述直流母线的负端连接，所述主功率器件的栅极与所述控制回路的输出端连接；
所述第一吸收回路两端分别与所述直流母线的正端和所述主功率器件的漏极连接；
所述续流回路的另一端与所述输出滤波电路连接。
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