CN114123814A - 变压器及电源电路 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种变压器及电源电路，其中，所述变压器的原边侧具有第一线圈、第一补偿线圈，所述变压器的副边侧具有第二线圈、第二补偿线圈；所述第一线圈、第一补偿线圈相连，且连接端为静点，所述第一线圈、第一补偿线圈的自由端均为动点；所述第一线圈、第二补偿线圈相连，且连接端为静点，所述第二线圈、第二补偿线圈的自由端均为动点。本申请变压器及电源电路可以较彻底的消除共模干扰，效果较好，而且结构很容易实现。

Description

变压器及电源电路

技术领域

本申请涉及电路设计技术领域，具体涉及一种变压器及电源电路。

背景技术

在一般的隔离AC-DC开关电源中，由于电路中的功率开关管一直在高速地开和关，电路中始终存在电位快速跳变的点，称之为动点(相对而言，电位保持稳定不变的点则称之为静点)。这些动点的跳变电压通过变压器原副边之间的耦合寄生电容，产生共模干扰电流，这些共模干扰电流再通过大地形成回路、进入电网中，造成EMI干扰。这种EMI干扰对电网中的其他设备的正常运行造成不良影响。所以现行法规对设备产生的EMI干扰水平有明确的限制要求。而在产品的设计过程中，为了降低传入电网的EMI干扰，电路中通常需要加入专门的EMI滤波器件，以阻隔或减少传入到电网中的EMI干扰。EMI干扰越强，需要的EMI滤波器件体积会越大，从而直接导致电源体积和成本的上升。

除此以外，也可以通过在隔离变压器的原副边绕组之间加一层屏蔽铜箔或者专门的一层屏蔽绕组以起到增大原副边绕组之间的空间距离、减小耦合电容、从而减小传输到电网中的共模干扰噪声的作用。

但是屏蔽铜箔的缺点是成本较高且工艺较复杂，且屏蔽铜箔的宽度也需要经过多次工程验证才能得出最佳选择。在有些拓扑中(比如反激)，最大(铺满一整层)的宽度并不一定是效果最优的方式，有时候可能窄一些反而比较好。而较窄的铜箔宽度在绕制过程中工艺的一致性又比较难保证，所以最终导致EMI一致性也很难保证。

专门的屏蔽绕组层则由于屏蔽绕组本身也是新一个新的干扰源，而由于屏蔽绕组本身用的线材线径一般比较小，即使采用多股并绕的方式，由于工艺限制，并绕的股数一般也不能太多(一般不能超过3～4股)，所以要绕满一层所需要的匝数可能比较多。圈数越多，其引入的新的干扰源则越强。如果并不绕满一层，到底多少匝为最优也需要大量的工程实验、根据实验结果才可以最终确定。

发明内容

本申请的目的在于提供一种共模干扰较少的变压器及电源电路。

为实现上述目的，本申请提供一种变压器，包括：所述变压器的原边侧具有第一线圈、第一补偿线圈，所述变压器的副边侧具有第二线圈、第二补偿线圈；所述第一线圈、第一补偿线圈相连，且连接端为静点，所述第一线圈、第一补偿线圈的自由端均为动点；所述第一线圈、第二补偿线圈相连，且连接端为静点，所述第二线圈、第二补偿线圈的自由端均为动点。

进一步，所述第一线圈、第一补偿线圈的线材相同、圈数相等，所述第二线圈、第二补偿线圈的线材相同、圈数相等。

进一步，所述第一线圈、第一补偿线圈并绕，所述第二线圈、第二补偿线圈并绕。

进一步，所述第一线圈的自由端、第一线圈与第一补偿线圈的连接端、第二线圈的自由端、第二线圈与第二补偿线圈连接端为同名端。

进一步，所述第一补偿线圈的自由端悬空，所述第二补偿线圈的自由端悬空。

一种电源电路，具有输入端和输出端，所述电源电路包括如前所述的变压器；所述第一线圈、第一补偿线圈的连接端作为所述电源电路的输入端，与外部电源相连，所述电源电路的输入端还通过第一电解电容与地相连，所述第一线圈的自由端通过第一MOS管与地相连；所述第二线圈的自由端通过第一二极管作为所述电源电路的输出端，所述电源电路的输出端还通过第二电解电容与地相连，所述第二线圈、第二补偿线圈的连接端与地相连。

一种电源电路，具有输入端和输出端，所述电源电路包括如前所述的变压器；所述第一线圈、第一补偿线圈的连接端通过第一电容与地相连，所述第一线圈的自由端通过第一电感、第一MOS管作为所述电源电路的输入端，与外部电源相连，第一MOS管还通过第二MOS管与地相连，所述电源电路的输入端还通过第一电解电容与地相连；所述第二线圈的自由端通过第一二极管作为所述电源电路的输出端，所述电源电路的输出端还通过第二电解电容与地相连，所述第二线圈、第二补偿线圈的连接端与地相连，第二补偿线圈的自由端通过第二二极管也与所述电源电路的输出端相连。

本申请变压器及电源电路可以较彻底的消除共模干扰，效果较好，而且结构很容易实现。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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是本申请相关一种现有电源电路的结构示意图；

图2是本申请提供的一种变压器的结构示意图；

图3是本申请提供的一种电源电路的结构示意图；

图4是本申请提供的另一种电源电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。此外，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本申请，并不用于限制本申请。在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”、“下”、“左”、“右”通常是指装置实际使用或工作状态下的上、下、左和右，具体为附图中的图面方向。

本申请提供一种变压器，以下分别进行详细说明。需要说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对本申请实施例优选顺序的限定。且在以下实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

请参阅图1所示，为典型反激式电源电路的拓扑结构示意图。在电路中，隔离变压器T1的B、D为静点，A、C为动点。在某一个时刻(如MOS管Q1关断时刻)，A点(原边动点)电位跳变变高，根据同名端关系，则副边C点跳变为高，则A点的跳变电压dv/dt通过原副边的耦合电容，产生一个从原边流入副边的第一共模干扰电流icm1＝c*dv/dt；同理，C点产生一个从副边流入原边的第二共模干扰电流icm2＝c*dv/dt。第一共模干扰电流icm1、第二共模干扰电流icm2这两个共模干扰电流方向是相反的，可以互相抵消一部分的，如果这两个电流的幅值也能相等，则二者可以完全抵消，传入电网的总共模干扰电流为0。但是实际上这两个电流一般是不相等的。在反激应用中，一般来说，都是原边干扰较强。

常见的做法可以在变压器原副边绕组之间加一个专门的屏蔽铜箔层或者屏蔽绕组层。但如前所述，实际的参数难以确定，所以很难保证最终的抗干扰效果。

请参阅图2所示，本申请提供一种变压器，所述变压器的原边侧具有第一线圈N1、第一补偿线圈Ncomp_p，所述变压器的副边侧具有第二线圈N2、第二补偿线圈Ncomp_s；所述第一线圈、第一补偿线圈相连，且连接端B为静点，所述第一线圈、第一补偿线圈的自由端A、S1均为动点；所述第一线圈、第二补偿线圈相连，且连接端D为静点，所述第二线圈、第二补偿线圈的自由端C、S2均为动点。

其中，所述第一线圈N1、第一补偿线圈Ncomp_p的线材相同、圈数相等，所述第二线圈N2、第二补偿线圈Ncomp_s的线材相同、圈数相等。而绕制方法是，所述第一线圈N1、第一补偿线圈Ncomp_p并绕，所述第二线圈N2、第二补偿线圈Ncomp_s并绕。所述第一线圈N1的自由端A、第一线圈与第一补偿线圈的连接端B、第二线圈的自由端C、第二线圈与第二补偿线圈连接端D为同名端。

在某一个时刻点(比如原边MOS关断瞬间)，原边第一线圈N1的自由端A电位变高，即第一线圈N1两端的压差变高，则由于变压器绕组的耦合，第一补偿线圈Ncomp_p两端的压差也要变高，而由于所述第一线圈N1、第一补偿线圈Ncomp_p的连接端B点为静点电位不变，所以第一补偿线圈Ncomp_p的自由端S1点电压相对要变低。且第一线圈N1的自由端A点电位变高的幅度和第一补偿线圈Ncomp_p的自由端S1点变低的幅值是相等的。而又由于第一线圈N1和第一补偿线圈Ncomp_p是并绕的，所以这两个绕组和副边的耦合情况是比较接近的，即耦合寄生电容C比较接近。所以由于第一线圈N1的自由端A点电位变高产生的从原边流向副边的第一共模干扰电流icm1(c*dv/dt)和由于第一补偿线圈Ncomp_p的自由端S1点电位变低而产生的从副边流向原边的第四共模干扰电流icm4(-c*dv/dt)方向相反、大小接近，在很大程度上可以互相抵消掉。

同理，副边第二线圈N2和第二补偿线圈Ncomp_s的圈数相等，且二者并绕。类似上面的分析，这二个线圈产生的共模干扰电流(如图2中的icm2和icm3)也是方向相反、大小接近，在很大程度上也是可以互相抵消掉。

从而本申请变压器可以较彻底的消除共模干扰，效果较好，而且结构很容易实现。

在将本申请变压器用于电源电路时，所述第一线圈的两端与输入电压相连，所述第二线圈的两端与负载相连。而所述第一补偿线圈的自由端则悬空，所述第二补偿线圈的自由端可以悬空，也可以与负载相连。

请参阅图3所示，本申请提供一种电源电路，具有输入端和输出端，所述电源电路包括如前所述的变压器；所述第一线圈N1、第一补偿线圈Ncomp_p的连接端B作为所述电源电路的输入端VBUS，与外部电源相连，所述电源电路的输入端VBUS还通过第一电解电容EC1与地GND相连，所述第一线圈N1的自由端A通过第一MOS管Q1与地GND相连；所述第二线圈N2的自由端C通过第一二极管D1作为所述电源电路的输出端VO+，所述电源电路的输出端VO+还通过第二电解电容EC2与地SGND相连，所述第二线圈N2、第二补偿线圈Ncomp_s的连接端D与地SGND相连，注意此地为信号地SGND，其他的地为电源地GND。所述第一补偿线圈Ncomp_p的自由端S1、第二补偿线圈Ncomp_s的自由端S2悬空即可。本电源电路为典型的反激式拓扑结构。

请参阅图4所示，本申请还提供一种电源电路，具有输入端和输出端，所述电源电路包括如前所述的变压器；所述第一线圈N1、第一补偿线圈Ncomp_p的连接端B通过第一电容C1与地GND相连，所述第一线圈N1的自由端A通过第一电感L1、第一MOS管Q1作为所述电源电路的输入端VBUS，与外部电源相连，第一MOS管Q1还通过第二MOS管Q2与地GND相连，所述电源电路的输入端VBUS还通过第一电解电容EC1与地GND相连；所述第二线圈N2的自由端C通过第一二极管D1作为所述电源电路的输出端VO+，所述电源电路的输出端VO+还通过第二电解电容EC2与地SGND相连，所述第二线圈N2、第二补偿线圈Ncomp_s的连接端D与地SGND相连，注意此地为信号地SGND，其他的地为电源地GND。第二补偿线圈Ncomp_s的自由端S2通过第二二极管D2也与所述电源电路的输出端VO+相连，所述第一补偿线圈Ncomp_p的自由端S1悬空即可。本电源电路为典型的LLC拓扑结构。

本申请变压器及电源电路可以较彻底的消除共模干扰，效果较好，而且结构很容易实现。

以上对本申请所提供一种变压器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (7)

1.一种变压器，其特征在于，所述变压器的原边侧具有第一线圈、第一补偿线圈，所述变压器的副边侧具有第二线圈、第二补偿线圈；所述第一线圈、第一补偿线圈相连，且连接端为静点，所述第一线圈、第一补偿线圈的自由端均为动点；所述第一线圈、第二补偿线圈相连，且连接端为静点，所述第二线圈、第二补偿线圈的自由端均为动点。

2.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述第一线圈、第一补偿线圈的线材相同、圈数相等，所述第二线圈、第二补偿线圈的线材相同、圈数相等。

3.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述第一线圈、第一补偿线圈并绕，所述第二线圈、第二补偿线圈并绕。

4.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述第一线圈的自由端、第一线圈与第一补偿线圈的连接端、第二线圈的自由端、第二线圈与第二补偿线圈连接端为同名端。

5.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述第一补偿线圈的自由端悬空，所述第二补偿线圈的自由端悬空。

6.一种电源电路，具有输入端和输出端，其特征在于，所述电源电路包括如权利要求1-5任意一项所述的变压器；所述第一线圈、第一补偿线圈的连接端作为所述电源电路的输入端，与外部电源相连，所述电源电路的输入端还通过第一电解电容与地相连，所述第一线圈的自由端通过第一MOS管与地相连；所述第二线圈的自由端通过第一二极管作为所述电源电路的输出端，所述电源电路的输出端还通过第二电解电容与地相连，所述第二线圈、第二补偿线圈的连接端与地相连。

7.一种电源电路，具有输入端和输出端，其特征在于，所述电源电路包括如权利要求1-5任意一项所述的变压器；所述第一线圈、第一补偿线圈的连接端通过第一电容与地相连，所述第一线圈的自由端通过第一电感、第一MOS管作为所述电源电路的输入端，与外部电源相连，第一MOS管还通过第二MOS管与地相连，所述电源电路的输入端还通过第一电解电容与地相连；所述第二线圈的自由端通过第一二极管作为所述电源电路的输出端，所述电源电路的输出端还通过第二电解电容与地相连，所述第二线圈、第二补偿线圈的连接端与地相连，第二补偿线圈的自由端通过第二二极管也与所述电源电路的输出端相连。

Images