CN114068158A - 平面变压器、电源转换电路以及电源适配器 - Google Patents

平面变压器、电源转换电路以及电源适配器 Download PDF

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CN114068158A CN202010753150.5A CN202010753150A CN114068158A CN 114068158 A CN114068158 A CN 114068158A CN 202010753150 A CN202010753150 A CN 202010753150A CN 114068158 A CN114068158 A CN 114068158A
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Abstract

本申请公开了一种平面变压器，应用于电路领域。本申请的平面变压器包括：初级绕组,次级绕组和电势平衡绕组；第一电势平衡绕组层设置于初级绕组层和第一次级绕组层之间，第一电势平衡绕组层和第一次级绕组层的线圈匝数的差值小于第一阈值，第一电势平衡绕组的第1匝线圈的第一端连接初级电位静点，第一次级绕组层的第1匝线圈的第一端连接次级电位静点，两个第一端互为同名端，两个第一端沿磁芯中轴线的相位差的范围为
Figure DDA0002610681070000011
弧度至
Figure DDA0002610681070000012
弧度或
Figure DDA0002610681070000013
弧度至
Figure DDA0002610681070000014
弧度。该平面变压器可以通过消除寄生电容或抵消噪声的方式降低电磁干扰。

Description

平面变压器、电源转换电路以及电源适配器
技术领域
本申请涉及电路领域，尤其涉及一种平面变压器、电源转换电路以及电源适配器。
背景技术
随着移动互联网和终端技术的发展，便携式终端的适配器也朝着更安全，更低成本的方向不断发展。其中，便携式终端的适配器对电磁干扰(electro magneticinterference，EMI)要求比普通信息和通信技术(information and communicationstechnology，ICT)产品要求更高。
EMI一般分为差模干扰和共模干扰。适配器会产生和传递共模干扰。适配器一般包括滤波电路、整流电路，实现DCDC变换的电源转换电路。电源转换电路中的LLC变压器包括磁芯，初级绕组和次级绕组。LLC变压器连接初级绕组和次级绕组的高频开关管，高频开关管在高频导通或者关断时，会产生共模干扰。并且，由于初级绕组和次级绕组间存在电势差，初级绕组和次级绕组之间形成寄生电容，共模噪声在初级绕组和次级绕组之间传递。为了降低噪声，在LLC变压器的初级绕组和次级绕组之间设置屏蔽铜箔。屏蔽铜箔连接初级电路的电位静点。理想状态下，屏蔽铜箔的电位恒为零或者恒定不变，因此屏蔽铜箔可以阻止初级绕组的共模电流流向次级绕组。
虽然增加屏蔽铜箔可以降低EMI，但是如何进一步降低EMI，成为业界的一个挑战。
发明内容
本申请提供了一种平面变压器、电源转换电路以及适配器，可以降低EMI。
本申请第一方面提供了一种平面变压器。
平面变压器包括初级绕组,次级绕组和电势平衡绕组；其中，初级绕组包括初级绕组层。次级绕组包括第一次级绕组层，第一次级绕组层包括次级绕组的位于同一平面上的N1匝线圈，N1为正数。电势平衡绕组包括第一电势平衡绕组层，第一电势平衡绕组层设置于初级绕组层和第一次级绕组层之间，且与初级绕组层、所述第一次级绕组层相邻。第一电势平衡绕组层包括位于同一平面上的M1匝线圈，M1为正数。在实际应用中，希望第一次级绕组层与第一电势平衡绕组层的匝数相近甚至相同，但出于实际情况的考虑，限定M1与N1的差值小于第一阈值。进一步地，第一阈值可以是1.5。第一电势平衡绕组的第1匝线圈的第一端连接电源转换电路的初级电路的电位静点，第一次级绕组层的第1匝线圈的第一端连接电源转换电路的次级电路的电位静点，第一电势平衡绕组层的第1匝线圈的第一端与第一次级绕组层的第1匝线圈的第一端互为同名端，第一电势平衡绕组层的第1匝线圈的第一端与第一次级绕组层的第1匝线圈的第一端沿磁芯中轴线的相位差的范围为
Figure BDA0002610681050000011
弧度至
Figure BDA0002610681050000012
弧度或
Figure BDA0002610681050000013
弧度至
Figure BDA0002610681050000014
弧度。
在本申请中，在平面变压器的初级绕组层和第一次级绕组层之间设置第一电势平衡绕组，使得初级绕组层与第一次级绕组层之间形成的寄生电容变成了两部分，分别是初级绕组层与第一电势平衡绕组之间形成的寄生电容C1，第一次级绕组层与第一电势平衡绕组之间形成的寄生电容C2。第一次级绕组层和第一电势平衡绕组层的线圈匝数接近，产生的电势接近。并且，第一电势平衡绕组的第1匝线圈的第一端和第一次级绕组层的第1匝线圈的第一端互为同名端，都连接电位静点，因此电势的方向相同。在第一种情况，当第一电势平衡绕组层的第1匝线圈的第一端与第一次级绕组层的第1匝线圈的第一端沿磁芯中轴线的相位差为0弧度时，第一电势平衡绕组层和第一次级绕组层沿绕组圆周方向的相对位置上电势处处相等。在第二种情况，当第一电势平衡绕组层的第1匝线圈的第一端与第一次级绕组层的第1匝线圈的第一端沿磁芯中轴线的相位差为π弧度时，第一电势平衡绕组层和第一次级绕组层沿绕组圆周方向的相对位置上电势差的绝对值处处相等。在第一种情况下，理论上可以消除寄生电容C2；在第二种情况下，可以使得EMI在寄生电容C2两端互相传递，从而抵消。因此在上述两种情况下，可以减少EMI在寄生电容C2两端之间传递，从而降低EMI。
基于本申请第一方面，在本申请第一方面的第一种实施方式中，N1大于或等于2。
基于本申请第一方面，或第一方面的第一种实施方式，在本申请第一方面的第二种实施方式中，次级绕组还包括第二次级绕组层。第二次级绕组层包括次级绕组的位于同一平面上的第N1+1匝至第N1+N2匝线圈，N2为正数。次级绕组的第N1+1匝线圈的第一端连接次级绕组的第N1匝线圈，第一次级绕组层和第二次级绕组层位于初级绕组层的两侧。电势平衡绕组还包括第二电势平衡绕组层，第二电势平衡绕组层设置于初级绕组层和第二次级绕组层之间，且与初级绕组层、第二次级绕组层相邻。第二电势平衡绕组层包括电势平衡绕组的位于同一平面上的第M1+1匝至第M1+M2匝线圈，M2为正数。在实际应用中，希望第二次级绕组层与第二电势平衡绕组层的匝数相近甚至相同，但出于实际情况的考虑，限定M2与N2的差值小于第一阈值。进一步地，第一阈值可以是1.5。与的差值小于电势平衡绕组的第M1+1匝线圈的第一端连接电势平衡绕组的第M1匝线圈。电势平衡绕组的第M1+1匝线圈的第一端和次级绕组的第N1+1匝线圈的第一端互为同名端，电势平衡绕组的第M1+1匝线圈的第一端和次级绕组的第N1+1匝线圈的第一端沿磁芯中轴线的相位差的范围为
Figure BDA0002610681050000021
弧度至
Figure BDA0002610681050000022
弧度或
Figure BDA0002610681050000023
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Figure BDA0002610681050000024
弧度。
在本申请中，在平面变压器中的第一次级绕组层和第二次级绕组层位于初级绕组层的两侧时，第一次级绕组层和初级绕组层，第二次级绕组层和初级绕组层之间都会形成寄生电容。本申请在第二次级绕组层和初级绕组层之间增加第二电势平衡绕组层，使得初级绕组层与第二次级绕组层之间形成的寄生电容变成了两部分，分别是初级绕组层与第二电势平衡绕组之间形成的寄生电容C3，第一次级绕组层与第二电势平衡绕组之间形成的寄生电容C3。第二电势平衡绕组层的匝数和第二次级绕组层的匝数相近。并且，第一次级绕组层和第二次级绕组层串联，第一电势平衡绕组层和第二电势平衡绕组层串联，在电势平衡绕组的第M1+1匝线圈的第一端和次级绕组的第N1+1匝线圈的第一端互为同名端的情况下，第二电势平衡绕组层和第二次级绕组层的电势方向相同。在第一种情况，电势平衡绕组的第M1+1匝线圈的第一端和次级绕组的第N1+1匝线圈的第一端沿磁芯中轴线的相位差为0弧度时，第一电势平衡绕组层和第一次级绕组层沿绕组圆周方向的相对位置上电势处处相等。在第二种情况，当第一电势平衡绕组层的第1匝线圈的第一端与第一次级绕组层的第1匝线圈的第一端沿磁芯中轴线的相位差为π弧度时，第一电势平衡绕组层和第一次级绕组层沿绕组圆周方向的相对位置上电势差的绝对值处处相等。在第一种情况下，理论上可以消除寄生电容C4；在第二种情况下，可以使得EMI在寄生电容C4两端互相传递，从而抵消。因此在上述两种情况下，可以减少EMI在寄生电容C4两端之间传递，从而降低EMI。
基于本申请第一方面，或第一方面的第一种实施方式至第二种实施方式中的任意一种实施方式，在本申请第一方面的第三种实施方式中，次级绕组还包括第三次级绕组层。第一次级绕组层设置于第三次级绕组层和第一电势平衡绕组层之间，且与第三次级绕组层、第一电势平衡绕组层相邻。第三次级绕组层的线圈的总匝宽小于或等于第一次级绕组层的线圈的总匝宽。
在本申请中，第一电势平衡绕组层和第一次级绕组层的电势接近，方向相同。但是，第三次级绕组层与第一次级绕组层的电势不接近和/或方向不相同。例如第三次级绕组层和第一次级绕组层串联时，第三次级绕组层与第一次级绕组层的电势不接近。因此，限定第三次级绕组层的线圈的总匝宽小于或等于第一次级绕组层的线圈的总匝宽，通过第一次级绕组层的线圈阻挡第三次级绕组层的线圈，降低甚至完全消除第三次级绕组层和第一电势平衡绕组层形成的寄生电容，从而降低EMI。
基于本申请第一方面的第二种实施方式至第三种实施方式中的任意一种实施方式，在本申请第一方面的第四种实施方式中，N2等于N1。
基于本申请第一方面，或第一方面的第一种实施方式，在本申请第一方面的第五种实施方式中，次级绕组还包括第四次级绕组层。第四次级绕组层包括次级绕组的位于同一平面上的第N1+1匝至第N1+N3匝线圈，N3为正数。第一次级绕组层和第四次级绕组层位于初级绕组层的两侧，次级绕组的第N1+1匝线圈的第一端与次级绕组的第1匝线圈的第一端与次级电路的电位静点相连。电势平衡绕组包括第三电势平衡绕组层。第三电势平衡绕组层设置于初级绕组层和第四次级绕组层之间，且与初级绕组层、第四次级绕组层相邻。第三电势平衡绕组层包括电势平衡绕组的位于同一平面上的第M1+1匝至第M1+M3匝线圈，M3为正数。在实际应用中，希望第四次级绕组层与第三电势平衡绕组层的匝数相近甚至相同，但出于实际情况的考虑，限定M3与N3的差值小于第一阈值。进一步地，第一阈值可以是1.5。电势平衡绕组的第M1+1匝线圈的第一端与电势平衡绕组的第1匝线圈的第一端通过中心抽头与初级电路的电位静点相连。电势平衡绕组的第M1+1匝线圈的第一端和次级绕组的第N1+1匝线圈的第一端互为同名端，电势平衡绕组的第M1+1匝线圈的第一端和次级绕组的第N1+1匝线圈的第一端沿磁芯中轴线的相位差的范围为
Figure BDA0002610681050000031
弧度至
Figure BDA0002610681050000032
弧度或
Figure BDA0002610681050000033
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Figure BDA0002610681050000034
弧度。
在本申请中，在平面变压器中的第一次级绕组层和第四次级绕组层位于初级绕组层的两侧时，第一次级绕组层和初级绕组层，第四次级绕组层和初级绕组层之间都会形成寄生电容。本申请在第四次级绕组层和初级绕组层之间增加第三电势平衡绕组层，使得初级绕组层与第四次级绕组层之间形成的寄生电容变成了两部分，分别是初级绕组层与第三电势平衡绕组之间形成的寄生电容C5，第四次级绕组层与第三电势平衡绕组之间形成的寄生电容C6。第三电势平衡绕组层的匝数和第四次级绕组层的匝数相近。并且，第一次级绕组层和第四次级绕组层并联，第一次级绕组层和第二次级绕组层并联，在电势平衡绕组的第M1+1匝线圈的第一端和第四次级绕组层的第N1+1匝线圈的第一端互为同名端的情况下，第三电势平衡绕组层和第四次级绕组层的电势方向相同。在第一种情况，电势平衡绕组的第M1+1匝线圈的第一端和次级绕组的第N1+1匝线圈的第一端沿磁芯中轴线的相位差为0弧度时，第一电势平衡绕组层和第一次级绕组层沿绕组圆周方向的相对位置上电势处处相等。在第二种情况，当第一电势平衡绕组层的第1匝线圈的第一端与第一次级绕组层的第1匝线圈的第一端沿磁芯中轴线的相位差为π弧度时，第一电势平衡绕组层和第一次级绕组层沿绕组圆周方向的相对位置上电势差的绝对值处处相等。在第一种情况下，理论上可以消除寄生电容C6；在第二种情况下，可以使得EMI在寄生电容C6两端互相传递，从而抵消。因此在上述两种情况下，可以减少EMI在寄生电容C6两端之间传递，从而降低EMI。
基于本申请第一方面的第五种实施方式，在本申请第一方面的第六种实施方式中，N3等于N1。
基于本申请第一方面，或第一方面的第一种实施方式至第六种实施方式的任意一种实施方式，在本申请第一方面的第七种实施方式中，初级绕组设置于次级绕组的两侧，或，次级绕组设置于初级绕组的两侧。基于本申请第一方面，或第一方面的第一种实施方式至第七种实施方式中的任意一种实施方式，在本申请第一方面的第八种实施方式中，在实际应用中，希望第一电势平衡绕组层的线圈的总匝宽与第一次级绕组层的线圈的总匝宽接近甚至相同，但出于实际情况的考虑，限定第一电势平衡绕组层的线圈的总匝宽与第一次级绕组层的线圈的总匝宽的差值小于第二阈值，进一步地，第二阈值为1毫米。其中，当第一电势平衡绕组层的线圈的总匝宽和第一次级绕组层的线圈的总匝宽接近时，第一电势平衡绕组层才可能和第一次级绕组层互相阻挡，避免生成寄生电容。
基于本申请第一方面，或第一方面的第一种实施方式至第八种实施方式中的任意一种实施方式，在本申请第一方面的第九种实施方式中，第一电势平衡绕组层的线圈往所述第一次级绕组层的投影与所述第一次级绕组层的线圈相适配。其中，相适配是指接近重合。当第一电势平衡绕组层的线圈往第一次级绕组层的投影与第一次级绕组层的线圈相适配时，可以尽量避免第一次级绕组层与初级绕组层之间形成寄生电容，第一电势平衡绕组层与第三次级绕组层之间形成寄生电容，第三次级绕组层为与第一次级绕组层相邻设置的次级绕组层。
基于本申请第一方面，或第一方面的第一种实施方式至第九种实施方式中的任意一种实施方式，在本申请第一方面的第十种实施方式中，在N1大于或等于2时，第一电势平衡绕组层的每匝线圈往第一次级绕组层的投影与第一次级绕组层对应位置的每匝线圈相适配。
基于本申请第一方面，或第一方面的第一种实施方式至第十种实施方式中的任意一种实施方式，在本申请第一方面的第十一种实施方式中，初级绕组层包括第一初级绕组层，第一电势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，在实际应用中，希望第一初级绕组层的线圈的总匝宽与第一电势平衡绕组层的线圈的总匝宽接近甚至相同，但出于实际情况的考虑，限定第一初级绕组层的线圈的总匝宽与第一电势平衡绕组层的线圈的总匝宽的差值小于第二阈值，进一步地，第二阈值为1毫米。其中，通过限制第一初级绕组层的线圈的总匝宽与第一电势平衡绕组层的线圈的总匝宽的差值，使得第一初级绕组层的面积和第一电势平衡绕组层的面积相近，避免第一初级绕组层透过第一电势平衡绕组层，直接与第一次级绕组层形成寄生电容。
基于本申请第一方面，或第一方面的第一种实施方式至第十一种实施方式中的任意一种实施方式，在本申请第一方面的第十二种实施方式中，第一初级绕组层的线圈往第一电势平衡绕组层的投影与第一电势平衡绕组层的线圈相适配。
基于本申请第一方面，或第一方面的第一种实施方式至第十二种实施方式中的任意一种实施方式，在本申请第一方面的第十三种实施方式中，第一电势平衡绕组层的第1匝线圈的第一端与第一次级绕组层的第1匝线圈的第一端沿磁芯中轴线的相位差的范围为
Figure BDA0002610681050000051
弧度至
Figure BDA0002610681050000052
弧度或
Figure BDA0002610681050000053
弧度至
Figure BDA0002610681050000054
弧度。
本申请第二方面提供了一种电源转换电路，其特征在于，包括：如上述第一方面，或第一方面中任意一种实施方式所述的平面变压器，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。
本申请第三方面提供了一种电源适配器,包括如第二方面所述的电源转换电路。
附图说明
图1为本申请实施例的一种可能的应用场景的结构示意图；
图2为本申请实施例的电源转换电路的一个结构示意图；
图3为本申请实施例的电源转换电路的另一个结构示意图；
图4为相关技术的EMI抑制的结构示意图；
图5为本申请实施例的平面变压器的结构示意图；
图6为本申请实施例的平面变压器的一个截面示意图；
图7为本申请实施例的平面变压器的另一个截面示意图；
图8为线圈沿绕组圆周方向展开的示意图；
图9为线圈沿绕组圆周方向展开的一个电势分布图；
图10为线圈沿绕组圆周方向展开的另一个电势分布图；
图11为线圈沿绕组圆周方向展开的另一个电势分布图；
图12为本申请实施例中电源转换电路的另一个结构示意图；
图13为本申请实施例中电源转换电路的另一个结构示意图；
图14为本申请实施例中平面变压器的另一个截面示意图；
图15为本申请实施例中平面变压器的另一个截面示意图；
图16为本申请实施例中电源转换电路的另一个结构示意图；
图17为本申请实施例中平面变压器的另一个截面示意图；
图18为本申请实施例中电源转换电路的另一个结构示意图；
图19为本申请实施例中平面变压器的另一个截面示意图；
图20为本申请实施例中电源转换电路的另一个结构示意图；
图21为本申请实施例中平面变压器的另一个截面示意图；
图22为本申请实施例中电源转换电路的另一个结构示意图；
图23为本申请实施例中平面变压器的另一个截面示意图；
图24为本申请实施例中平面变压器的另一个截面示意图；
图25为本申请实施例中平面变压器的另一个截面示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供了一种平面变压器、电源转换电路以及电源适配器，应用于电路领域，可以降低EMI。
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单匝或多匝线圈。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、电源转换电路以及电源适配器。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电源适配器中。
具体地，电源适配器可以应用于为设备充电或供电的场景。例如，图1为本申请实施例的一种可能的应用场景的结构示意图。如图1所示，该应用场景包括外部电源101、电源适配器102以及待充电设备103。例如，上述待充电设备103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，电源适配器102可以与外部电源101连接,电源适配器102包括的电源转换电路用于将外部电源101提供的较高电压转换为符合待充电设备103充电或供电标准的较低电压，并为待充电设备103进行充电或供电。
本申请实施例提供的平面变压器在能够降低工作时产生的EMI。上述EMI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EMI分为差模噪声和共模噪声，差模噪声主要由电源转换电路的脉动电流引起，可以采用滤波器进行抑制。共模噪声主要由电源转换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,介绍电源转换电路中的共模噪声产生和传输的机理。
如图2所示，图2为本申请实施例的电源转换电路的一个结构示意图。电源转换电路201通常包括初级电路202、次级电路204以及变压器203。如图3所示，图3为本申请实施例的电源转换电路的另一个结构示意图。初级电路202通常包括初级开关管304、初级滤波电容303。进一步地，初级电路202还可以包括整流电路。上述初级开关管304也可以称为功率开关管。次级电路204通常包括次级整流管307和次级滤波电容306。变压器203包括初级绕组305、磁芯以及次级绕组308。初级绕组305与初级开关管304以及初级滤波电容303相连。次级绕组308与次级整流管307以及次级滤波电容306相连。初级滤波电容303和次级滤波电容306通常采用电解电容。
通常情况下，与初级滤波电容303的两端中的任意一端直接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306的两端中的任意一端直接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201工作时，外部电源301输入的交流电通过初级电路202的整流滤波之后，转变为稳定的高压直流电输入至变压器203的初级绕组305。与初级绕组305相连的初级开关管304通过高频导通与关断，将初级绕组304上的电压耦合到次级绕组308上。耦合到次级绕组308的电压通过次级电路204的整流滤波之后，向负载309输出低压直流电，为负载309充电或供电。其中，上述负载309即上述待充电设备103。在上述电源转换电路201的工作过程中，初级开关管304和次级整流管307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305和次级绕组308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201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305对次级绕组308之间的分布电容Cps和次级绕组308对初级绕组305的分布电容Csp。初级电路305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电源适配器的难点之一。
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结构示意图。参见图4所示,在相关技术中，可以采用屏蔽体屏蔽的方法，屏蔽体一般为屏蔽铜箔。上述屏蔽体311与初级电位静点连接，并包裹初级绕组305,以屏蔽掉初级的跳变电压Vp对次级绕组308的共模噪声。同时，可以在电源转换电路201的初级电路和次级电路之间设置电容310。电容310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电容310并联于LISN的两侧，让原本通过LISN的共模噪声通过电容310支路分流，从而降低LISN检测出的噪声电流。
但是,上述屏蔽体311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202和次级电路204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、电源转换电路以及电源适配器，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电容310，从而能够提供无电容310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中电源转换电路201的平面变压器203。
请参阅图5，图5为本申请实施例的平面变压器203的结构示意图，如图5所示，上述平面变压器203包括初级绕组、次级绕组以及电势平衡绕组。初级绕组包括初级绕组层503，初级绕组层504，初级绕组层505。次级绕组包括次级绕组层507。电势平衡绕组包括电势平衡绕组层506。平面变压器203还可以包括负载和磁芯501。次级绕组为负载充电或供电。磁芯501的中心线为磁芯中轴线502。本申请实施例对磁芯501的材质不作限定。例如，上述磁芯501可以是EE型、EI型或者RM型。上述磁芯501的绕线柱上可以设置有多层电路板构成的上述初级绕组、次级绕组以及电势平衡绕组。
图6为本申请实施例的平面变压器203的一个截面示意图。如图6所示，上述初级绕组可以包括至少一个初级绕组层。当初级绕组包括多个初级绕组层时，每个初级绕组层包括的线圈匝数可以相同，也可以不相同。例如，在图6中，初级绕组层601，初级绕组层602，初级绕组层603，都包括4匝线圈。当初级绕组的线圈匝数大于次级绕组的线圈匝数，平面变压器203为降压变压器；当次级绕组的线圈匝数大于初级绕组的线圈匝数，平面变压器203为升压变压器。需要说明的是，由于平面变压器203的截面是对称的，图6展示的为平面变压器203的半截面示意图。类似地，下文中的平面变压器也是展示的半截面示意图。
初级绕组可以包括初级功率绕组，进一步地,上述初级绕组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。
上述次级绕组包括至少一个次级绕组层，次级绕组层包括次级绕组的位于同一平面上的N1匝线圈，N1为正数。次级绕组可以包括单层或多层次级绕组层，例如图5中的次级绕组包括次级绕组层507，图7中的次级绕组包括次级绕组层705和次级绕组层706，图7为本申请实施例的平面变压器的另一个截面示意图。当次级绕组包括多个次级绕组层时，每个次级绕组层包括的线圈匝数可以相同，也可以不相同。例如，在图7中，次级绕组层705，次级绕组层706都包括2匝线圈。次级绕组层的线圈的匝数可以是单匝，也可以是多匝，例如图6中的次级绕组层605的匝数为1匝，图7中的次级绕组层705的匝数为2匝。与初级绕组不同的是，次级绕组可能带有中心抽头，关于中心抽头的描述，后续将会做相关说明。
上述电势平衡绕组包括第一电势平衡绕组层，第一电势平衡绕组层设置于初级绕组层和第一次级绕组层之间，且与初级绕组层、第一次级绕组层相邻。第一电势平衡绕组可以理解为电势平衡绕组层604，初级绕组层可以理解为初级绕组层603，第一次级绕组层可以理解为次级绕组层605。第一电势平衡绕组层包括位于同一平面上的第1匝至第M1匝线圈，M1为正数，M1与N1的差值小于第一阈值。第一电势平衡绕组的第1匝线圈的第一端连接电源转换电路的初级电路的电位静点，第一次级绕组层的第1匝线圈的第一端连接电源转换电路的次级电路的电位静点。第一电势平衡绕组层的第1匝线圈的第一端与第一次级绕组层的第1匝线圈的第一端互为同名端，第一电势平衡绕组层的第1匝线圈的第一端与第一次级绕组层的第1匝线圈的第一端沿磁芯中轴线的相位差的范围为
Figure BDA0002610681050000091
弧度至
Figure BDA0002610681050000092
弧度或
Figure BDA0002610681050000093
弧度至
Figure BDA0002610681050000094
弧度。
因为希望第一电势平衡绕组层和第一次级绕组层的产生的电势相同，因此希望第一电势平衡绕组层和第一次级绕组层的线圈的匝数相同。在实际应用中，线圈的匝数可以不是整数，例如可以是1.6匝，9.1匝等。并且存在以下原因导致M1不会等于N1。首先是生产平面变压器时存在误差，其次是M1在N1附近波动时，对本申请实施例中提供的平面变压器产生的效果的影响较小。因此出于实际情况的考虑，限定M1与N1的差值小于第一阈值。可选地，第一阈值等于1.5。
其中，上述第一电势平衡绕组层与初级绕组层以及第一次级绕组层相邻，是指第一电势平衡绕组层与初级绕组层之间不存在其他绕组层，以及第一电势平衡绕组层与第一次级绕组层之间也不存在其他绕组层。
第一电势平衡绕组层的第1匝线圈的第一端与第一次级绕组层的第1匝线圈的第一端互为同名端是指，两个第1匝线圈沿绕组同一圆周方向上的电势改变趋势相同。例如，如图6所示，电势平衡绕组层604包括1匝线圈604。次级绕组层605包括1匝线圈605。将次级绕组层605的线圈605和电势平衡绕组层604的匝线圈沿绕组圆周方向展开。如图8所示，图8为线圈沿绕组圆周方向展开的示意图。该圆周的中心线为磁芯中轴线502。线圈604的第一端为e端，第二端为d端。线圈605的第一端为b端，第二端为a端。当e端和b端沿磁芯中轴线的相位差不同时，线圈604和线圈605沿绕组圆周方向展开的电势分布图不同。下面将分别举例说明上述相位差为0弧度和π弧度时的电势分布图。
第一种情况，e端和b端沿磁芯中轴线的相位差为0弧度。因为e端和b端都连接电位静点，所以e端和b端的电势为0。假定平面变压器中每一匝线圈的感应电压为nV，第1线圈605和线圈604的直径是D。如图9所示，图9为线圈沿绕组圆周方向展开的一个电势分布图。x轴是沿线圈圆周方向展开的长度，y轴方向是第一次级绕组层的线圈605或第一电势平衡绕组的线圈604在该点的感应电势。曲线901为线圈604的感应电势，曲线902为线圈605的感应电势。曲线901和曲线902重叠。从图9可以看到，线圈605和线圈604在沿圆周方向展开的长度上的电势处处相等。因此，理论上线圈605和线圈604之间不会形成寄生电容。
第二种情况，e端和b端沿磁芯中轴线的相位差为π弧度。假定平面变压器中每一匝线圈的感应电压为nV，线圈605和线圈604的直径是D。如图10所示，图10为线圈沿绕组圆周方向展开的另一个电势分布图。x轴是沿线圈圆周方向展开的长度，y轴方向是第一次级绕组层的线圈605或第一电势平衡绕组的线圈604在该点的感应电势。曲线1001为线圈604的感应电势，曲线1002为线圈605的感应电势。从图10可以看到，线圈605和线圈604在沿圆周方向展开的长度上的电势差的绝对值处处相等。
若第一电势平衡绕组层的线圈604的第一端与第一次级绕组层的线圈605的第一端不是互为同名端，则线圈604和线圈605沿绕组同一圆周方向上的电势改变趋势不同。如图11所示，在第二种情况的假设条件下，图11为线圈沿绕组圆周方向展开的另一个电势分布图。曲线1101为线圈604的感应电势，曲线1102为线圈605的感应电势。曲线1101的电势逐渐降低，曲线1102的电势逐渐提高。
在本申请实施例中，在平面变压器的初级绕组层和第一次级绕组层之间设置第一电势平衡绕组，使得初级绕组层与第一次级绕组层之间形成的寄生电容变成了两部分，分别是初级绕组层与第一电势平衡绕组之间形成的寄生电容C1，第一次级绕组层与第一电势平衡绕组之间形成的寄生电容C2。第一次级绕组层和第一电势平衡绕组层的线圈匝数接近，产生的电势接近。并且，第一电势平衡绕组的第1匝线圈的第一端和第一次级绕组层的第1匝线圈的第一端互为同名端，都连接电位静点，因此电势的方向相同。在第一种情况，当第一电势平衡绕组层的第1匝线圈的第一端与第一次级绕组层的第1匝线圈的第一端沿磁芯中轴线的相位差为0弧度时，第一电势平衡绕组层和第一次级绕组层沿绕组圆周方向的相对位置上电势处处相等。在第二种情况，当第一电势平衡绕组层的第1匝线圈的第一端与第一次级绕组层的第1匝线圈的第一端沿磁芯中轴线的相位差为π弧度时，第一电势平衡绕组层和第一次级绕组层沿绕组圆周方向的相对位置上电势差的绝对值处处相等。在第一种情况下，理论上可以消除寄生电容C2；在第二种情况下，可以使得EMI在寄生电容C2两端互相传递，从而抵消。因此在上述两种情况下，可以减少EMI在寄生电容C2两端之间传递，从而降低EMI。
为了方便理解本申请实施例中的平面变压器，下面描述平面变压器与次级电路，初级电路的连接关系。如图12所示，图12为本申请实施例中电源转换电路的另一个结构示意图。如图12所示，1201为外部电源，1205为负载，1202为LISN电路。初级电路202包括初级开关管1204、初级滤波电容1203。可选地，初级电路202还包括整流电路。次级电路204包括次级整流管1207和次级滤波电容1206。初级滤波电容1203和次级滤波电容1206可以采用电解电容。平面变压器203包括初级绕组，次级绕组和电势平衡绕组。次级绕组包括次级绕组层605，次级绕组层605包括线圈605。电势平衡绕组包括第一电势平衡绕组层604，第一电势平衡绕组层包括线圈604。线圈604的第一端为e端，第二端为d端。线圈605的第一端为b端，第二端为a端，e端和b端互为同名端。线圈604和线圈605可以沿绕组圆周方向展开，展开的示意图可以参考图8，展开后的电势分布可以参考图9-图11。
在实际应用中，e端和b端沿磁芯中轴线的相位差很难刚刚好等于0弧度或π弧度，因此本申请实施例允许e端和b端沿磁芯中轴线的相位差在正负
Figure BDA0002610681050000111
之间波动。
可选地，第一电势平衡绕组层的第1匝线圈的第一端与第一次级绕组层的第1匝线圈的第一端沿磁芯中轴线的相位差的范围包括以下任意一种
Figure BDA0002610681050000112
至
Figure BDA0002610681050000113
弧度，
Figure BDA0002610681050000114
至
Figure BDA0002610681050000115
±弧度，
Figure BDA0002610681050000116
至
Figure BDA0002610681050000117
±弧度，
Figure BDA0002610681050000118
至
Figure BDA0002610681050000119
±弧度，
Figure BDA00026106810500001110
至
Figure BDA00026106810500001111
±弧度，
Figure BDA00026106810500001112
至
Figure BDA00026106810500001113
±弧度。第一电势平衡绕组层的第1匝线圈的第一端与第一次级绕组层的第1匝线圈的第一端沿磁芯中轴线的相位差的范围包括以下任意一种
Figure BDA00026106810500001114
至
Figure BDA00026106810500001115
弧度，
Figure BDA00026106810500001116
至
Figure BDA00026106810500001117
弧度，
Figure BDA00026106810500001118
至
Figure BDA00026106810500001119
弧度，
Figure BDA00026106810500001120
至
Figure BDA00026106810500001121
弧度，
Figure BDA00026106810500001122
至
Figure BDA00026106810500001123
弧度，
Figure BDA00026106810500001124
至
Figure BDA00026106810500001125
弧度。
当第一电势平衡绕组层和第一次级绕组层还包括其它匝的线圈时，如图7所示，第一电势平衡绕组层包括第1匝线圈704A和第2匝线圈704B，第一次级绕组层包括第1匝线圈705A和第2匝线圈705B。进一步地，控制第2匝线圈704B和第2匝线圈705B的旋向，使得第2匝线圈704B的旋向与第1匝线圈704A相同，使得第2匝线圈705B的旋向与第1匝线圈705A相同。在上述第一情况下，不仅使得第1匝线圈705A和第1匝线圈704A之间不会形成寄生电容，第2匝线圈705B和第2匝线圈704B之间也不会形成寄生电容，即第一电势平衡绕组层和第一次级绕组层之间不会生成寄生电容。第二种情况下的推理方式与第一情况下的推理方式类似。
如图7所示，当第一电势平衡绕组层和第一次级绕组层还包括其它匝的线圈时，为了方便理解在此种情况下的平面变压器，下面描述平面变压器与次级电路，初级电路的连接关系。如图13所示，图13为本申请实施例中电源转换电路的另一个结构示意图。如图13所示，1301为外部电源，1305为负载，1302为LISN电路。初级电路202包括初级开关管1304、初级滤波电容1303。可选地，初级电路202还包括整流电路。次级电路204包括次级整流管1307和次级滤波电容1306。平面变压器203包括初级绕组，次级绕组和电势平衡绕组。次级绕组包括次级绕组层，次级绕组层包括第1匝线圈705A和第2匝线圈705B。电势平衡绕组包括第一电势平衡绕组层，第一电势平衡绕组层包括第1匝线圈704A和第2匝线圈704B。第1匝线圈704A的第一端为e端，第二端为d端。第1匝线圈705A的第一端为b端，第二端为a端。e端和b端互为同名端。第1匝线圈704A和第1匝线圈705A可以沿绕组圆周方向展开，展开的示意图可以参考图7，展开后的电势分布可以参考图8-图10。第2匝线圈705B和第1匝线圈705A的旋向相同，第2匝线圈704B和第1匝线圈704A的旋向相同。
如图13所示，初级绕组的一端用于与电源转换电路201的初级电位静点相连。次级绕组的用于与电源转换电路的次级电位静点相连。例如，初级绕组的两端可以分别与初级开关管1304以及初级滤波电容1303相连，次级绕组的两端分别与次级整流管1307以及次级滤波电容1306相连。上述电荷平衡绕组的一端用于与电源转换电路201的初级电位静点相连，例如，电荷平衡绕组的一端可以与初级滤波电容1303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。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电容310，从而能够提供无电容310的安全性更高的电源转换电路。
上面描述了次级绕组位于初级绕组一侧的情况下，电势平衡绕组的相关设置。在实际应用中，次级绕组可能位于初级绕组的两侧。当次级绕组位于初级绕组两侧时，电势平衡绕组也位于初级绕组两侧，两侧的电势平衡绕组可以串联，也可以通过中心抽头并联，下面分别对此进行相关描述。
当两侧的电势平衡绕组串联时，请参阅图14，图14为本申请实施例中平面变压器的另一个截面示意图。在图6的基础上，电势平衡绕组还包括电势平衡绕组层1402，次级绕组包括次级绕组层1401。
可选地，位于初级绕组两侧的次级绕组层对称分布，例如如图14所示。若初级绕组两侧的次级绕组层不对称分布，则可参考图15，图15为本申请实施例中平面变压器的另一个截面示意图。如图15所示，图15中的电势平衡绕组层1501没有与之对称的电势平衡绕组层。
可选地，当次级绕组位于初级绕组两侧时，两侧的电势平衡绕组串联。次级绕组还包括第二次级绕组层，第二次级绕组层可以理解为次级绕组层1401。第二次级绕组层包括次级绕组的位于同一平面上的第N1+1匝至第N1+N2匝线圈，N2为正数。第二次级绕组层的第N1+1匝线圈的第一端连接第一次级绕组层的第N1匝线圈，第一次级绕组层和第二次级绕组层位于初级绕组层的两侧。电势平衡绕组还包括第二电势平衡绕组层，第二电势平衡绕组层设置于初级绕组层和第二次级绕组层之间，且与初级绕组层、第二次级绕组层相邻，第二电势平衡绕组层可以理解为电势平衡绕组层1402。第二电势平衡绕组层包括电势平衡绕组的位于同一平面上的第M1+1匝至第M1+M2匝线圈，M2为正数。M2与N2的差值小于第一阈值。存在以下原因导致M1不会等于N1。首先是生产平面变压器时存在误差，其次是M1在N1附近波动时，对本申请实施例中提供的平面变压器产生的效果的影响较小。因此出于实际情况的考虑，限定M1与N1的差值小于第一阈值。可选地，第一阈值等于1.5。电势平衡绕组的第M1+1匝线圈的第一端连接电势平衡绕组的第M1匝线圈。电势平衡绕组层的第M1+1匝线圈的第一端和次级绕组的第N1+1匝线圈的第一端互为同名端，电势平衡绕组的第M1+1匝线圈的第一端和次级绕组的第N1+1匝线圈的第一端沿磁芯中轴线的相位差的范围为
Figure BDA0002610681050000121
弧度至
Figure BDA0002610681050000122
弧度或
Figure BDA0002610681050000123
弧度至
Figure BDA0002610681050000124
弧度。
当两侧的电势平衡绕组串联时，两侧的次级绕组可以不包括一个中心抽头，也可以包括并共用一个中心抽头，下面分别进行描述。
首先，描述两侧的次级绕组不包括一个中心抽头的情况。平面变压器的截面示意图可以参考图14。为了方便理解该种情况下的平面变压器，下面描述平面变压器与次级电路，初级电路的连接关系。如图16所示，图16为本申请实施例中电源转换电路的另一个结构示意图。如图16所示，1601为外部电源，1605为负载，1602为LISN电路。初级电路202包括初级开关管1604、初级滤波电容1603。可选地，初级电路202还包括整流电路。次级电路204包括次级整流管1607和次级滤波电容1606。初级滤波电容1603和次级滤波电容1606可以采用电解电容。平面变压器203包括初级绕组，次级绕组和电势平衡绕组。次级绕组包括第一次级绕组层605和第二次级绕组层1401，第一次级绕组层604包括线圈605，第二次级绕组层1401包括线圈1401。电势平衡绕组包括第一电势平衡绕组层604和第二电势平衡绕组层1402，第一电势平衡绕组层604包括线圈604，第二电势平衡绕组层1402包括线圈1402。线圈604的第一端为e端，第二端为d端。线圈605的第一端为b端，第二端为a端，e端和b端互为同名端。线圈604和线圈605可以沿绕组圆周方向展开，展开的示意图可以参考图8，展开后的电势分布可以参考图9-图11。线圈604和线圈1402串联，即第一电势平衡绕组层和第二电势平衡绕组层串联，线圈605和线圈1401串联，即第一次级绕组层和第二次级绕组层串联。线圈604和线圈1402的旋向相同，线圈605和线圈1401的旋向相同。
在图14中，举例说明了第一电势平衡绕组层604包括1匝的线圈604。在实际应用中，第一电势平衡绕组层604可以包括N1匝线圈，N1为大于或等于1的整数。类似的，第二电势平衡绕组层1402包括N2匝线圈，N2为大于或等于1的整数。
可选地，N2等于N1。进一步地，第一电势平衡绕组层内的线圈和第二电势平衡绕组层内的线圈沿初级绕组对称分布。如图14，第一电势平衡绕组层内的线圈1402和第二电势平衡绕组层内的线圈604沿初级绕组层602对称分布。
关于第二电势平衡绕组层和第二次级绕组层的相关描述可以参考关于第一电势平衡绕组层和第一次级绕组层的描述。
其次，描述两侧的次级绕组包括且共用一个中心抽头的情况。请参阅图17，图17为本申请实施例中平面变压器的另一个截面示意图。与次级绕组层1401相邻的还包括次级绕组层1701。与次级绕组层605相邻的还包括次级绕组层1702。其中，次级绕组层1702与次级绕组层1701串联，串联后通过中心抽头与线圈605和线圈1401并联。为了方便理解该种情况下的平面变压器，下面描述平面变压器与次级电路，初级电路的连接关系。如图18所示，图18为本申请实施例中电源转换电路的另一个结构示意图。初级电路202包括初开关管1801，开关管1802，电感1803，电容1804。可选地，初级电路202还包括整流电路。次级电路204包括和开关管1809，开关管1811，二极管1808，二极管1810，中心抽头1812。平面变压器203包括初级绕组1805，次级绕组和电势平衡绕组。
次级绕组包括次级绕组层605，次级绕组层1401，级绕组层1701，次级绕组层1702。次级绕组层605和次级绕组层1401串联，级绕组层1701和次级绕组层1702串联。串联后的次级绕组层605和次级绕组层1401通过中心抽头1812和级绕组层1701，次级绕组层1702并联。次级绕组层1401的一端和次级绕组层1702的一端通过中心抽头1812与次级电路中的次级电位静点相连，负载1813与该次级电路静点相连。次级绕组层1701的一端与二极管1808,开关管1809相连，并联的二极管1808和开关管1809还与负载1813的正极相连。次级绕组层605的一端与二极管1811,开关管1810相连，并联的二极管1811和开关管1810还与负载1813的正极相连。
电势平衡绕组包括电势平衡绕组层604和电势平衡绕组层1402，电势平衡绕组层604和电势平衡绕组层1402串联，电势平衡绕组层1402的一端悬空，电势平衡绕组层604与初级电路的电位静点相连。
初级绕组的一端与电容1804相连，电容1804与电感1803串联，电感1803的另一端分别和开关管1801和开关管1802相连，开关管1801连接外部电源1806的正极，开关管1802连接外部电源1806的负极。
LISN电路1807用于测量初级电路中的共模噪声。整流电路用于将外部电源1806输入的交流电转换为直流电。开关管1801和开关管1802周期性的截止和导通，通过周期性的导通和截止开关管1801，1802，使得电容1804和电感1803发生谐波振荡，并通过初级绕组将能量传递到次级绕组。
上面对位于初级绕组两侧的电势平衡绕组串联的情况进行了描述，下面对两侧的电势平衡绕组通过中心抽头并联的情况进行描述。
当两侧的电势平衡绕组通过中心抽头并联时，请参阅图19，图19为本申请实施例中平面变压器的另一个截面示意图。在图6的基础上，电势平衡绕组还包括电势平衡绕组层1903，次级绕组包括次级绕组层1901，次级绕组层1902，次级绕组层1904。其中，次级绕组层1901和次级绕组层605并联，组成1匝线圈；次级绕组层1902和次级绕组层1904并联，组成另1匝线圈，组成的两匝线圈通过中心抽头并联。电势平衡绕组层1903和电势平衡绕组层604通过中心抽头并联。
可选地，次级绕组还包括第四次级绕组层，第四次级绕组层可以理解为次级绕组层1902。第四次级绕组层包括次级绕组的位于同一平面上的第N1+1匝至第N1+N3匝线圈，N3为正数。第一次级绕组层和第四次级绕组层位于初级绕组层的两侧，次级绕组的第N1+1匝线圈的第一端与第一次级绕组层的第1匝线圈的第一端通过中心抽头与次级电路的电位静点相连。电势平衡绕组包括第三电势平衡绕组层。第三电势平衡绕组层设置于初级绕组层和第四次级绕组层之间，且与初级绕组层、第四次级绕组层相邻，第三电势平衡绕组层可以理解为电势平衡绕组层1903。第三电势平衡绕组层包括电势平衡绕组的位于同一平面上的第M1+1匝至第M1+M3匝线圈，M3为正数。M3与N3的差值小于第一阈值，存在以下原因导致M3不会等于N3。首先是生产平面变压器时存在误差，其次是M3在N3附近波动时，对本申请实施例中提供的平面变压器产生的效果的影响较小。因此出于实际情况的考虑，限定M3与N3的差值小于第一阈值。可选地，第一阈值等于1.5。电势平衡绕组的第M1+1匝线圈的第一端与电势平衡绕组的第1匝线圈的第一端通过中心抽头与初级电路的电位静点相连。电势平衡绕组的第M1+1匝线圈的第一端和次级绕组的第N1+1匝线圈的第一端互为同名端，电势平衡绕组的第M1+1匝线圈的第一端和次级绕组的第N1+1匝线圈的第一端沿磁芯中轴线的相位差的范围为
Figure BDA0002610681050000151
弧度至
Figure BDA0002610681050000152
弧度或
Figure BDA0002610681050000153
弧度至
Figure BDA0002610681050000154
弧度。进一步地，M3和M1的差值小于阈值，该阈值为1.5。
在图19中，举例说明了第一电势平衡绕组层604包括1匝的线圈604。在实际应用中，第一电势平衡绕组层604可以包括N1匝线圈，N1为大于或等于1的整数。类似的，第三电势平衡绕组层1903包括N3匝线圈，N3为大于或等于1的整数。
可选地，N3等于N1。进一步地，第一电势平衡绕组层内的线圈和第三电势平衡绕组层内的线圈沿初级绕组对称分布。如图19，第一电势平衡绕组层内的线圈604和第三电势平衡绕组层内的线圈1903沿初级绕组层602对称分布。
关于第三电势平衡绕组层和第四次级绕组层的相关描述可以参考关于第一电势平衡绕组层和第一次级绕组层的描述。
为了方便理解此种情况下的平面变压器，下面描述平面变压器与次级电路，初级电路的连接关系。如图20所示，图20为本申请实施例中电源转换电路的另一个结构示意图。如图20所示，初级电路202包括初开关管2001，开关管2002，电感2003，电容2004。可选地，初级电路202还包括整流电路。次级电路204包括和开关管2009，开关管2011，二极管2008，二极管2010，中心抽头2012。平面变压器203包括初级绕组2005，次级绕组和电势平衡绕组。
次级绕组包括次级绕组层605,次级绕组层1901，次级绕组层1902，次级绕组层1904。次级绕组层605和次级绕组层1902并联组成线圈2015，次级绕组层1901和次级绕组层1904并联组成线圈2014。线圈2014的一端和线圈2015的一端通过中心抽头2012与次级电路中的次级电位静点相连，负载2013与该次级电路静点相连。线圈2014的另一端与二极管2008,开关管2009相连，并联的二极管2008和开关管2009还与负载2013的正极相连。线圈2015的另一端与二极管2011,开关管2010相连，并联的二极管2011和开关管2010还与负载2013的正极相连。
电势平衡绕组包括电势平衡绕组层604和电势平衡绕组层1903，电势平衡绕组层604和电势平衡绕组层1903串联，电势平衡绕组层1903的一端悬空，电势平衡绕组层604与初级电路的电位静点相连。
初级绕组2005可以包括图19所示的初级绕组层601，初级绕组层602，初级绕组层603。初级绕组2005的一端与电容2004相连，电容2004与电感2003串联，电感2003的另一端分别和开关管2001和开关管2002相连，开关管2001连接外部电源2006的正极，开关管2002连接外部电源2006的负极。
LISN电路2007用于测量初级电路中的共模噪声。整流电路用于将外部电源2006输入的交流电转换为直流电。开关管2001和开关管2002周期性的截止和导通，通过周期性的导通和截止开关管2001，2002，使得电容2004和电感2003发生谐波振荡，并通过初级绕组2005将能量传递到次级绕组。
上面描述了电势平衡绕组层和次级绕组包括单匝线圈的情况，下面对电势平衡绕组层和次级绕组层包括多匝线圈的情况进行描述。请参阅图21，图21为本申请实施例中平面变压器的另一个截面示意图。电势平衡绕组包括电势平衡绕组层2102，电势平衡绕组层2106。电势平衡绕组层2102包括第1匝线圈02A和第1匝线圈02B。电势平衡绕组层2106包括第1匝线圈06A和第1匝线圈06B。次级绕组包括次级绕组层2101，次级绕组层2107。次级绕组层2101包括第1匝线圈01A和第1匝线圈01B。次级绕组层2107包括第1匝线圈07A和第1匝线圈07B。其中，线圈01A和线圈01B串联，线圈07A和线圈07B串联，级绕组层2101和次级绕组层2107通过中心抽头并联。线圈02A和线圈02B串联，线圈06A和线圈06B串联，电势平衡绕组层2102和电势平衡绕组层2106通过中心抽头并联。
为了方便理解此种情况下的平面变压器，下面描述平面变压器与次级电路，初级电路的连接关系。如图22所示，图22为本申请实施例中电源转换电路的另一个结构示意图。如图22所示，初级电路202包括初开关管2201，开关管2202，电感2203，电容2204。可选地，初级电路202还包括整流电路。次级电路204包括和开关管2209，开关管2211，二极管2208，二极管2210，中心抽头2212。平面变压器203包括初级绕组2205，次级绕组2207和电势平衡绕组2206。
次级绕组2207包括次级绕组层2101,次级绕组层2107。次级绕组层2101包括线圈01A和01B，次级绕组层2107包括线圈07A和07B。线圈01A的一端和线圈07B的一端通过中心抽头2212与次级电路中的次级电位静点相连，负载2213与该次级电路静点相连。线圈01B的一端与二极管2208,开关管2209相连，并联的二极管2208和开关管2209还与负载2213的正极相连。线圈07A的一端与二极管2211,开关管2210相连，并联的二极管2211和开关管2210还与负载2213的正极相连。
电势平衡绕组2206包括电势平衡绕组层2102和电势平衡绕组层2106。电势平衡绕组层2102和电势平衡绕组层2106串联，电势平衡绕组层2106的一端和电势平衡绕组层2102的一端悬空，电势平衡绕组层2102的另一端和电势平衡绕组层2102的另一端通过中心抽头与初级电路的电位静点相连。
初级绕组2205可以包括图21所示的初级绕组层2103，初级绕组层2104，初级绕组层2105。初级绕组2205的一端与电容2204相连，电容2204与电感2203串联，电感2203的另一端分别和开关管2201和开关管2202相连，开关管2201连接外部电源2214的正极，开关管2202连接外部电源2214的负极。
LISN电路2215用于测量初级电路中的共模噪声。整流电路用于将外部电源2214输入的交流电转换为直流电。开关管2201和开关管2202周期性的截止和导通，通过周期性的导通和截止开关管2201，2202，使得电容2204和电感2203发生谐波振荡，并通过初级绕组2205将能量传递到次级绕组2207。
应当要说明的是，在本申请实施例中的电源转换电路中，初级绕组的线圈匝数并未在图中对应体现，次级绕组和电势平衡绕组的线圈匝数在电源转换电路中对应的体现。
上面描述了当次级绕组位于初级绕组两侧时，电势平衡绕组也会位于初级绕组的两侧，两侧的电势平衡绕组可以串联，也可以通过中心抽头并联。其中，次级绕组位于初级绕组两侧并不限于图19一种形式，如图23所示，图23为本申请实施例中平面变压器的另一个截面示意图。在图19中，次级绕组设置于初级绕组的两侧；在图23中，初级绕组设置于次级绕组的两侧。在这两种形式下，都可以认为次级绕组位于初级绕组两侧。其中，图23展示的电势平衡绕组层和次级绕组层包括2匝线圈的情况，在实际应用中，电势平衡绕组层和次级绕组层可以包括1匝或多匝线圈。
如图23所示，上述平面变压器203包括初级绕组、次级绕组以及电势平衡绕组。初级绕组包括初级绕组层2301，初级绕组层2302，初级绕组层2307，初级绕组层2308。次级绕组包括次级绕组层2304，次级绕组层2305。电势平衡绕组包括电势平衡绕组层2303，电势平衡绕组层2306。结合上述第一次级绕组层和第四绕组层并联的描述。第一次级绕组层可以理解为次级绕组层2304，第四次级绕组层可以理解为次级绕组层2305。第一电势平衡绕组层可以理解为电势平衡绕组层2303，第三电势平衡绕组层可以理解为电势平衡绕组层2306。初级绕组层可以理解为初级绕组层2301和初级绕组层2302。本申请实施例通过在原本相邻设置的初级绕组层和次级绕组层之间设置电势平衡绕组层，并且控制电势平衡绕组层和次级绕组层的线圈的旋向，使得电势平衡绕组层和次级绕组层的线圈的旋向相同，使得电势平衡绕组层和次级绕组层的电势变化方向相同，从而在二种情况下，减少EMI在电势平衡绕组层和次级绕组层之间的传递，从而降低EMI。在此基础上，通过增加一些限制条件，可以进一步降低EMI，下面进行相关描述。
可选地，次级绕组还包括第三次级绕组层。第一次级绕组层设置于第三次级绕组层和第一电势平衡绕组层之间，且与第三次级绕组层、第一电势平衡绕组层相邻。第三次级绕组层的线圈的总匝宽小于或等于第一次级绕组层的线圈的总匝宽。以图24为例，图24为本申请实施例中平面变压器的另一个截面示意图。如图24所示，上述平面变压器203包括初级绕组、次级绕组以及电势平衡绕组。初级绕组包括初级绕组层2401。次级绕组包括次级绕组层2403，次级绕组层2404。电势平衡绕组包括电势平衡绕组层2402。第一电势平衡绕组层可以理解为电势平衡绕组层2402，第一次级绕组层可以理解为次级绕组层2403，第三次级绕组层可以理解为次级绕组层2404。第一次级绕组层包括2匝线圈，2匝线圈的总匝宽为K3+K4。第三次级绕组层也包括2匝线圈，2匝线圈的总匝宽为K5+K6。本申请实施例中的平面变压器，限定K5+K6小于或等于K3+K4。只有在K5+K6小于或等于K3+K4的情况下，第三次级绕组层才能被第一次级绕组层阻挡，不与第一电势平衡绕组层或初级绕组层形成寄生电容。下面对此进行相关描述。
如图25所示，图25为本申请实施例中平面变压器的另一个截面示意图。如图25所示，上述平面变压器203包括初级绕组、次级绕组以及电势平衡绕组。初级绕组包括初级绕组层2501。次级绕组包括次级绕组层2503，次级绕组层2504，电势平衡绕组包括电势平衡绕组层2502。当级绕组层2503无法完全遮挡次级绕组层2504时，次级绕组层2504可以跟电势平衡绕组层2502形成寄生电容2506，或/和次级绕组层2504可以跟初级绕组层2501形成寄生电容2505。
因此，本申请实施例中的平面变压器限定了第三次级绕组层的线圈的总匝宽小于或等于第一次级绕组层的线圈的总匝宽。进一步地，限定第三次级绕组层的线圈往第一次级绕组层的投影被第一次级绕组层的线圈覆盖，使得第一次级绕组层的线圈完全阻挡第三次级绕组层的线圈往初级绕组层或电势平衡绕组层的投影。第一电势平衡绕组层和第一次级绕组层的电势接近，方向相同，EMI比较不容易在第一次级绕组层和初级绕组层之间传递。第三次级绕组层与第一次级绕组层的电势不接近和/或方向不相同，EMI容易在第三次级绕组层与第一电势平衡绕组层或初级绕组层之间传递。例如第三次级绕组层和第一次级绕组层串联时，第三次级绕组层与第一次级绕组层的电势不接近。因此，通过上述方法，可以降低甚至完全消除EMI在第三次级绕组层和第一电势平衡绕组层之间传递，从而降低EMI。
在实际应用中，希望第一电势平衡绕组层的线圈的总匝宽与第一次级绕组层的线圈的总匝宽接近甚至相同，因此限定第一电势平衡绕组层的线圈的总匝宽与第一次级绕组层的线圈的总匝宽的差值小于第二阈值，存在以下原因导致第一电势平衡绕组层的线圈的总匝宽不会等于第一次级绕组层的线圈的总匝宽。首先是生产平面变压器时存在误差，其次是第一电势平衡绕组层的线圈的总匝宽在第一次级绕组层的线圈的总匝宽附近波动时，对本申请实施例中提供的平面变压器产生的效果的影响较小。因此出于实际情况的考虑，限定与的差值小于第二阈值。进一步地，第二阈值为1毫米。如图24所示，当第一电势平衡绕组层的线圈的总匝宽和第一次级绕组层的线圈的总匝宽非常接近时，即K1+K2接近K3+K4时，第一电势平衡绕组层才能和第一次级绕组层互相阻挡。
可选地，第一电势平衡绕组层的线圈往第一次级绕组层的投影与第一次级绕组层的线圈相适配，相适配是指接近重合。当第一电势平衡绕组层的线圈往第一次级绕组层的投影与第一次级绕组层的线圈相适配时，可以尽量避免第一次级绕组层与初级绕组层之间形成寄生电容，第一电势平衡绕组层与第三次级绕组层之间形成寄生电容，第三次级绕组层为与第一次级绕组层相邻设置的次级绕组层。
可选地，在N1大于或等于2时，即有多匝线圈的情况下，第一电势平衡绕组层的每匝线圈往第一次级绕组层的投影与第一次级绕组层对应位置的每匝线圈相适配。
可选地，初级绕组层包括第一初级绕组层，第一电势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，第一初级绕组层的线圈的总匝宽与第一电势平衡绕组层的线圈的总匝宽的差值小于第二阈值，存在以下原因导致第一电势平衡绕组层的线圈的总匝宽不会等于第一初级绕组层的线圈的总匝宽。首先是生产平面变压器时存在误差，其次是第一电势平衡绕组层的线圈的总匝宽在第一初级绕组层的线圈的总匝宽附近波动时，对本申请实施例中提供的平面变压器产生的效果的影响较小。因此出于实际情况的考虑，限定与的差值小于第二阈值。进一步地，第二阈值为1毫米。当第一电势平衡绕组层的线圈的总匝宽和第一初级绕组层的线圈的总匝宽接近时，第一电势平衡绕组层才能和第一初级绕组层互相阻挡。
可选地，第一电势平衡绕组层的线圈往第一初级绕组层的投影与第一初级绕组层的线圈相适配，相适配是指接近重合。当第一电势平衡绕组层的线圈往第一初级绕组层的投影与第一初级绕组层的线圈相适配时，可以尽量避免第一初级绕组层与次级绕组层之间形成寄生电容。
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。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：闪存盘、移动硬盘、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

Claims (16)

1.一种平面变压器，其特征在于，包括:
初级绕组,次级绕组和电势平衡绕组；
其中，所述初级绕组包括初级绕组层；
所述次级绕组包括第一次级绕组层，所述第一次级绕组层包括所述次级绕组的位于同一平面上的N1匝线圈，所述N1为正数；
所述电势平衡绕组包括第一电势平衡绕组层，所述第一电势平衡绕组层设置于所述初级绕组层和所述第一次级绕组层之间，且与所述初级绕组层、所述第一次级绕组层相邻，所述第一电势平衡绕组层包括位于同一平面上的M1匝线圈，所述M1为正数，所述M1与所述N1的差值小于第一阈值，所述第一电势平衡绕组的第1匝线圈的第一端连接电源转换电路的初级电路的电位静点，所述第一次级绕组层的第1匝线圈的第一端连接所述电源转换电路的次级电路的电位静点，所述第一电势平衡绕组层的第1匝线圈的第一端与所述第一次级绕组层的第1匝线圈的第一端互为同名端，所述第一电势平衡绕组层的第1匝线圈的第一端与所述第一次级绕组层的第1匝线圈的第一端沿所述平面变压器的磁芯中轴线的相位差的范围为
Figure FDA0002610681040000011
弧度至
Figure FDA0002610681040000012
弧度或
Figure FDA0002610681040000013
弧度至
Figure FDA0002610681040000014
弧度。
2.根据权利要求1所述的平面变压器，其特征在于，所述N1大于或等于2。
3.根据权利要求1或2所述的平面变压器，其特征在于，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包括所述次级绕组的位于同一平面上的第N1+1匝至第N1+N2匝线圈，所述N2为正数，所述次级绕组的第N1+1匝线圈的第一端连接所述次级绕组的第N1匝线圈；
所述电势平衡绕组还包括第二电势平衡绕组层，所述第二电势平衡绕组层设置于所述初级绕组层和所述第二次级绕组层之间，且与所述初级绕组层、所述第二次级绕组层相邻，所述第二电势平衡绕组层包括所述电势平衡绕组的位于同一平面上的第M1+1匝至第M1+M2匝线圈，所述M2为正数，所述M2与所述N2的差值小于所述第一阈值，所述电势平衡绕组的第M1+1匝线圈的第一端连接所述电势平衡绕组的第M1匝线圈，所述电势平衡绕组的第M1+1匝线圈的第一端和所述次级绕组的第N1+1匝线圈的第一端互为同名端，所述电势平衡绕组的第M1+1匝线圈的第一端和所述次级绕组的第N1+1匝线圈的第一端沿所述磁芯中轴线的相位差的范围为
Figure FDA0002610681040000015
弧度至
Figure FDA0002610681040000016
弧度或
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弧度至
Figure FDA0002610681040000018
弧度。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的平面变压器，其特征在于，所述次级绕组还包括第三次级绕组层，所述第一次级绕组层设置于所述第三次级绕组层和所述第一电势平衡绕组层之间，且与所述第三次级绕组层、所述第一电势平衡绕组层相邻，所述第三次级绕组层的线圈的总匝宽小于或等于所述第一次级绕组层的线圈的总匝宽。
5.根据权利要求3或4所述的平面变压器，其特征在于，所述N2等于N1。
6.根据权利要求1或2所述的平面变压器，其特征在于，所述次级绕组还包括第四次级绕组层，所述第四次级绕组层包括所述次级绕组的位于同一平面上的第N1+1匝至第N1+N3匝线圈，所述N3为正数，所述次级绕组的第N1+1匝线圈的第一端和所述次级绕组的第1匝线圈的第一端与所述次级电路的电位静点相连；
所述电势平衡绕组包括第三电势平衡绕组层，所述第三电势平衡绕组层设置于所述初级绕组层和所述第四次级绕组层之间，且与所述初级绕组层、所述第四次级绕组层相邻，所述第三电势平衡绕组层包括所述电势平衡绕组的位于同一平面上的第M1+1匝至第M1+M3匝线圈，所述M3为正数，所述M3与所述N3的差值小于所述第一阈值，所述电势平衡绕组的第M1+1匝线圈的第一端与所述电势平衡绕组的第1匝线圈的第一端与所述初级电路的电位静点相连，所述电势平衡绕组的第M1+1匝线圈的第一端和所述次级绕组的第N1+1匝线圈的第一端互为同名端，所述电势平衡绕组的第M1+1匝线圈的第一端和所述次级绕组的第N1+1匝线圈的第一端沿所述磁芯中轴线的相位差的范围为
Figure FDA0002610681040000021
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弧度。
7.根据权利要求6所述的平面变压器，其特征在于，所述N3等于N1。
8.根据权利要求1至7任意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。
9.根据权利要求1至8任意一项所述的平面变压器，其特征在于，所述第一电势平衡绕组层的线圈的总匝宽与所述第一次级绕组层的线圈的总匝宽的差值小于第二阈值。
10.根据权利要求1至9任意一项所述的平面变压器，其特征在于，所述第一电势平衡绕组层的线圈往所述第一次级绕组层的投影与所述第一次级绕组层的线圈相适配。
11.根据权利要求10所述的平面变压器，其特征在于，在所述N1大于或等于2时，所述第一电势平衡绕组层的每匝线圈往所述第一次级绕组层的投影与所述第一次级绕组层对应位置的每匝线圈相适配。
12.根据权利要求1至11任意一项所述的平面变压器，其特征在于，所述初级绕组层包括第一初级绕组层，所述第一电势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，所述第一初级绕组层的线圈的总匝宽与所述第一电势平衡绕组层的线圈的总匝宽的差值小于第二阈值。
13.根据权利要求1至12任意一项所述的平面变压器，其特征在于，所述第一初级绕组层的线圈往所述第一电势平衡绕组层的投影与所述第一电势平衡绕组层的线圈相适配。
14.根据权利要求1至13任意一项所述的平面变压器，其特征在于，所述第一电势平衡绕组层的第1匝线圈的第一端与所述第一次级绕组层的第1匝线圈的第一端沿所述磁芯中轴线的相位差的范围为
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弧度。
15.一种电源转换电路，其特征在于，包括：如权利要求1至14中任一项所述的平面变压器，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。
16.一种电源适配器，其特征在于，包括如权利要求15所述的电源转换电路。
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