CN114864240B - 一种采用辅助绕组干扰对消法抑制共模干扰的平面变压器 - Google Patents

一种采用辅助绕组干扰对消法抑制共模干扰的平面变压器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种采用辅助绕组干扰对消法抑制共模干扰的平面变压器；所述平面变压器包括8层PCB绕组，从顶层到底层分别包括：次级绕组N1、供电绕组N2、辅助绕组N3、初级绕组N4、初级绕组N5、辅助绕组N6、供电绕组N7和次级绕组N8；其中，次级绕组N1和N8串联；供电绕组N2和N7串联；辅助绕组N3和N6并联；初级绕组N4和N5串联；所述辅助绕组N3和N6的异名端的电压V3的幅值和辅助绕组的圈数成比例。本发明通过辅助绕组N3和N6的异名端的电压V3的反向跳动电压，抵消变压器原副边的共模干扰。

Description

一种采用辅助绕组干扰对消法抑制共模干扰的平面变压器
技术领域
本发明涉及电子电力领域，尤其涉及一种采用辅助绕组干扰对消法抑制共模干扰的平面变压器。
背景技术
随着电源快充的普及，小型高频化成为开关电源的主要发展趋势。传统的绕线变压器由于体积大、重量大，限制了电源小型化。开关频率的提高可以减小磁性元件的体积和重量。平面变压器由于体积小，工作频率高，更易实现扁平化结构，散热性和一致性好，近年来在开关电源中得到了广泛应用。其中，PCB平面变压器以印制电路板上的印制线作为绕组，印制线绕组称为PCB绕组，是目前应用最为广泛的平面变压器。PCB型平面变压器可以省去绕组骨架，工艺简单，是高功率密度，高频开关电源的首选。
随着频率的提升，尽管平面变压器相对于传统绕线变压器的寄生参数得到很大改善，但是由于功率半导体高频下的快速开关时，会造成很大的du/dt、di/dt，du/dt、di/dt通过线路中寄生电容，杂散电感等多种耦合效应，会产生严重的共模干扰。因此随着小型高频化，电源的共模干扰也变得越来越难以处理。
发明内容
本发明实施例提供了一种采用辅助绕组干扰对消法抑制共模干扰的平面变压器，采用辅助绕组干扰对消的方法，有效抑制共模干扰。
本发明实施例提供了一种采用辅助绕组干扰对消法抑制共模干扰的平面变压器，所述平面变压器包括8层PCB绕组，从顶层到底层分别包括：次级绕组N1、供电绕组N2、辅助绕组N3、初级绕组N4、初级绕组N5、辅助绕组N6、供电绕组N7和次级绕组N8；
其中，次级绕组N1和N8串联；供电绕组N2和N7串联；辅助绕组N3和N6并联；初级绕组N4和N5串联；
所述辅助绕组N3和N6的异名端的电压V3的幅值和辅助绕组的圈数成比例。
优选的，所述供电绕组N2和N7串联接二极管D1和电容C1；
所述初级绕组N4和N5串联接电容C3和开关管Q1；
所述次级绕组N1和N8串联接二极管D2和电容C2；
所述辅助绕组N3和N6并联且两个绕组N3和N6分别接输出电路地。
进一步优选的，所述供电绕组N2的同名端接所述二极管D1的正极，所述二极管D1的负极接所述电容C1的一端，所述电容C1的另一端接所述供电绕组N7的异名端，且接到保护地；
所述开关管Q1为NMOS管，所述初级绕组N5的同名端接所述开关管Q1的漏极，所述开关管Q1源极接保护地；所述初级绕组N4的异名端接电容C3的一端，所述电容C3的另一端也接到保护地；
所述次级绕组N1的同名端接所述二极管D2的正极，所述二极管D2的负极接所述电容C2的一端，所述电容C2的另一端接所述次级绕组N8的异名端；
所述辅助绕组N3和N6的同名端接分别接输出电路地。
进一步优选的，所述辅助绕组N3和N6的异名端的相位与所述供电绕组N2的同名端、初级绕组N5的同名端、次级绕组N1的同名端的相位相反。
进一步优选的，所述辅助绕组N3和N6的异名端的电压V3为：
当开关管Q1导通时，V3＝Ns×Vindc/Npri；其中Ns为辅助绕组圈数，Npri为初级绕组圈数，Vindc为输入直流电压；
当开关管Q1关断时，V3＝-Ns×Vo/Nsec；其中Ns为辅助绕组圈数，Nsec为次级绕组圈数，Vo为副边输出电压。
进一步优选的，所述开关管Q1的栅极通过PMW脉冲宽度调制信号驱动。
进一步优选的，通过所述辅助绕组N3和N6的异名端的电压V3的反向跳动电压，抵消变压器原副边的共模干扰。
进一步优选的，所述电容C3的前级接整流桥，所述整流桥的交流电压输入端接交流输入220Vac，直流输出正极接所述电容C3的一端，直流输出负极接所述电容C3的另一端。
优选的，所述次级绕组N1和N8各一圈；
所述供电绕组N2和N7各两圈；
所述辅助绕组N3和N6各两圈且并联；
所述初级绕组N4和N5各五圈串联。
本发明实施例提供的采用辅助绕组干扰对消法抑制共模干扰的平面变压器，通过从顶层到底层的8层PCB绕组，以次级绕组N1和N8串联、供电绕组N2和N7串联、辅助绕组N3和N6并联、初级绕组N4和N5串联的结构，实现辅助绕组N3和N6的异名端的电压V3的幅值和辅助绕组的圈数成比例，并且能够通过电压V3的反向跳动电压，抵消变压器原副边的共模干扰。由此采用了辅助绕组干扰对消的方法，有效的抑制共模干扰。
附图说明
下面通过附图和实施例，对本发明实施例的技术方案做进一步详细描述。
图1为本发明实施例提出的采用辅助绕组干扰对消法抑制共模干扰的平面变压器的剖面图；
图2为次级绕组N1和N8串联结构示意图；
图3为供电绕组N2和N7串联结构示意图；
图4为辅助绕组N3和N6并联结构示意图；
图5为初级绕组N4和N5串联结构示意图；
图6为采用辅助绕组干扰对消法抑制共模干扰的平面变压器的应用电路图；
图7为电位参考点1、2、3、4四个点的电压波形示意图。
具体实施方式
下面通过附图和具体的实施例，对本发明进行进一步的说明，但应当理解为这些实施例仅仅是用于更详细说明之用，而不应理解为用以任何形式限制本发明，即并不意于限制本发明的保护范围。
本发明的采用辅助绕组干扰对消法抑制共模干扰的平面变压器如图1所示，包括8层PCB绕组，从顶层到底层分别包括：次级绕组N1、供电绕组N2、辅助绕组N3、初级绕组N4、初级绕组N5、辅助绕组N6、供电绕组N7和次级绕组N8；这里的图1为剖面结构。
次级绕组N1和N8串联；结构如图2所示；
供电绕组N2和N7串联；结构如图3所示；
辅助绕组N3和N6并联；结构如图4所示；
初级绕组N4和N5串联；结构如图5所示。
在一个具体实施例中，次级绕组N1和N8各一圈，串联；供电绕组N2和N7各两圈，串联；辅助绕组N3和N6各两圈，并联；初级绕组N4和N5各五圈，串联。
在采用辅助绕组干扰对消法抑制共模干扰的平面变压器的应用中，电路如图6所示。
供电绕组N2和N7串联接二极管D1和电容C1；其中，供电绕组N2的同名端接二极管D1的正极，二极管D1的负极接电容C1的一端，电容C1的另一端接供电绕组N7的异名端，且接到保护地PGND；
初级绕组N4和N5串联接电容C3和开关管Q1；其中，开关管Q1为NMOS管，初级绕组N5的同名端接开关管Q1的漏极，开关管Q1源极接保护地PGND；初级绕组N4的异名端接电容C3的一端，电容C3的另一端也接到保护地PGND；
次级绕组N1和N8串联接二极管D2和电容C2；其中，次级绕组N1的同名端接二极管D2的正极，二极管D2的负极接电容C2的一端，电容C2的另一端接次级绕组N8的异名端；
辅助绕组N3和N6并联且两个绕组N3和N6的同名端分别接输出电路地SGND。
为了方便描述，我们将初级绕组N5的同名端定义为电位参考点1,参考点电压为V1；次级绕组N1的同名端定义为电位参考点2,参考点电压为V2；辅助绕组N3和N6的异名端定义为电位参考点3,参考点电压为V3；供电绕组N2的同名端定义为电位参考点4,参考点电压为V4。辅助绕组N3和N6的异名端的相位与供电绕组N2的同名端、初级绕组N5的同名端、次级绕组N1的同名端的相位相反。
本发明的平面变压器的前级接整流桥RB1，整流桥RB1的交流电压输入端接交流输入220Vac，直流输出正极接电容C3的一端，直流输出负极接电容C3的另一端。
开关管Q1的栅极通过PMW脉冲宽度调制信号驱动。
当开关管Q1导通时，V3＝Ns×Vindc/Npri；其中Ns为辅助绕组圈数，Npri为初级绕组圈数，Vindc为输入直流电压，即电容C3两端电压；
当开关管Q1关断时，V3＝-Ns×Vo/Nsec；其中Ns为辅助绕组圈数，Nsec为次级绕组圈数，Vo为副边输出电压，即电容C2两端电压。
辅助绕组N3和N6的异名端的电压V3的幅值和辅助绕组的圈数成比例，因此可以通过调整辅助绕组的圈数来调整V3电压。
在输入220Vac时，输出满载时候，电位参考点1、2、3、4四个点的电压波形如图7所示。可以看到当变压器在产生共模干扰时，如电位参考点1、2、4电压波形变化所示，辅助绕组N3和N6的异名端的电压V3反向跳动。因此本发明通过辅助绕组N3和N6的异名端的电压V3的反向跳动电压，抵消变压器原副边的共模干扰。
本发明实施例提供的采用辅助绕组干扰对消法抑制共模干扰的平面变压器，通过从顶层到底层的8层PCB绕组，以次级绕组N1和N8串联、供电绕组N2和N7串联、辅助绕组N3和N6并联、初级绕组N4和N5串联的结构，实现辅助绕组N3和N6的异名端的电压V3的幅值和辅助绕组的圈数成比例，并且能够通过电压V3的反向跳动电压，抵消变压器原副边的共模干扰。由此采用了辅助绕组干扰对消的方法，有效的抑制共模干扰。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种采用辅助绕组干扰对消法抑制共模干扰的平面变压器，其特征在于，所述平面变压器包括8层PCB绕组，从顶层到底层分别包括：次级绕组N1、供电绕组N2、辅助绕组N3、初级绕组N4、初级绕组N5、辅助绕组N6、供电绕组N7和次级绕组N8；
其中，次级绕组N1和N8串联；供电绕组N2和N7串联；辅助绕组N3和N6并联；初级绕组N4和N5串联；
所述辅助绕组N3和N6的异名端的电压的幅值和辅助绕组的圈数成比例；
所述供电绕组N2和N7串联接二极管D1和电容C1；
所述初级绕组N4和N5串联接电容C3和开关管Q1；
所述次级绕组N1和N8串联接二极管D2和电容C2；
所述辅助绕组N3和N6并联且两个绕组N3和N6分别接输出电路地。
2.根据权利要求1所述的平面变压器，其特征在于，
所述供电绕组N2的同名端接所述二极管D1的正极，所述二极管D1的负极接所述电容C1的一端，所述电容C1的另一端接所述供电绕组N7的异名端，且接到保护地；
所述开关管Q1为NMOS管，所述初级绕组N5的同名端接所述开关管Q1的漏极，所述开关管Q1源极接保护地；所述初级绕组N4的异名端接电容C3的一端，所述电容C3的另一端也接到保护地；
所述次级绕组N1的同名端接所述二极管D2的正极，所述二极管D2的负极接所述电容C2的一端，所述电容C2的另一端接所述次级绕组N8的异名端；
所述辅助绕组N3和N6的同名端接分别接输出电路地。
3.根据权利要求1所述的平面变压器，其特征在于，所述辅助绕组N3和N6的异名端的相位与所述供电绕组N2的同名端、初级绕组N5的同名端、次级绕组N1的同名端的相位相反。
4.根据权利要求1所述的平面变压器，其特征在于，所述辅助绕组N3和N6的异名端的电压V3为：
当开关管Q1导通时，V3＝Ns×Vindc/Npri；其中Ns为辅助绕组圈数，Npri为初级绕组圈数，Vi ndc为输入直流电压，即电容C3两端电压；
当开关管Q1关断时，V3＝-Ns×Vo/Nsec；其中Ns为辅助绕组圈数，Nsec为次级绕组圈数，Vo为副边输出电压，即电容C2两端电压。
5.根据权利要求4所述的平面变压器，其特征在于，所述开关管Q1的栅极通过PMW脉冲宽度调制信号驱动。
6.根据权利要求1所述的平面变压器，其特征在于，通过所述辅助绕组N3和N6的异名端的电压V3的反向跳动电压，抵消变压器原副边的共模干扰。
7.根据权利要求1所述的平面变压器，其特征在于，所述平面变压器的前级接整流桥，所述整流桥的交流电压输入端接交流输入220Vac，直流输出正极接电容C3的一端，直流输出负极接所述电容C3的另一端。
8.根据权利要求1所述的平面变压器，其特征在于，
所述次级绕组N1和N8各一圈；
所述供电绕组N2和N7各两圈；
所述辅助绕组N3和N6各两圈且并联；
所述初级绕组N4和N5各五圈串联。
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