CN1298189A - 小型磁装置的电磁干扰屏蔽 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种磁结构,尤其是隔离变压器,包括屏蔽以防止发出电磁干扰(EMI)。磁结构包括支撑结构或线架,其上安装由导电体形成的绕组。绕组电连接到提供电磁结构电连接的端接点。磁芯包括在支撑结构中提供装置的最优磁特性。绕组周围包裹由如铜的金属箔形成的EMI屏蔽以防止发出EMI。导电带将EMI屏蔽连到支撑结构中的屏蔽销钉使屏蔽销钉由安全标称电容器电连接到固定电位以提供EMI屏蔽中感应电流的低阻抗路径。

Description

小型磁装置的电磁干扰屏蔽

本发明涉及如变压器这样的小型磁装置。本发明特别涉及这样的装置的电磁干扰(EMI)屏蔽。

如感应器和变压器这样的磁装置用于许多不同类型的包括通信设备和电源的电力装置中。实际上，大多数磁装置由一个或更多个绕组构成，该绕组由例如圆形或矩形断面导线的长导电体、或缠绕或固定到由如塑料这样的绝缘材料形成的线架上的平导电体构成。在一些例子中，电力元件焊接到线架上的末端。另一方面，电力元件也可通过线架直接连接到下面电路板的金属区域上。磁芯可设于线架周围以使磁装置具有较大电抗，从而改变其操作特性。

如上所述，变压器和感应器是开关型电源的很重要部件，即，所述电源使用开关来调整输出电压以解决输入和负载条件的变化。通过其操作和部件的特性，开关型电源通常能产生大量的EMI。EMI从电力设备发出并削弱其他电力设备的功能。磁部件尤其是变压器通常是EMI的主要来源。屏蔽这样的部件能极大地减少由该部件发出的EMI，但是，这样的屏蔽必须注意采取安全规程。

可将导电带包裹到电力变压器上以减少芯部周围杂散磁场的影响，其能导致发出和传导EMI。为了安全的原因，保持磁芯处于浮动状态，即，不在确定的电位上，使得芯部和初级绕组之间、以及芯部和次级绕组之间具有同样的距离。使磁芯保持浮动的缺点在于绕组能通过绕组和芯部之间的寄生电容而容性耦合到芯部。通过导电条和最外面绕组的接近，可进一步增加该容性耦合。另外，如果电力变压器接近其他部件，磁芯可与其耦合，产生能导致EMI的共模电流。

相应地，存在一种对小型磁结构屏蔽的需要，所述磁结构可以将磁芯保持在固定的电位上，同时使得其与线路的初级和次级侧隔离。

本发明提供一种磁结构，尤其是提供一种隔离变压器，其与发出的EMI屏蔽。所述磁结构包括其上安装绕组的支撑结构，所述绕组形成电力部件。绕组终止在支撑结构中的端部销钉。磁芯安装到绕组周围的支撑结构中以使电力部件的磁特性最优化。

在至少一部分磁芯和绕组的周围包裹EMI屏蔽以提供对杂散磁场的屏蔽，该杂散磁场可发出或传导EMI。EMI屏蔽可由铜箔或任何其他合适导电材料形成。通过焊接到EMI屏蔽上的导电条，将EMI屏蔽电连接到安装在支撑结构中的屏蔽销钉上。当磁结构被安装到电路中的印刷线路板上时，通过安全标称电容器，将屏蔽销钉连接到固定电位，优选为连接到变压器的次级侧上的固定电位。该安全标称电容器对于较高频噪声提供低阻抗，同时对于电源较低切换频率提供足够的阻抗以保持EMI屏蔽和固定电位之间的电绝缘。

同时作为本发明的一部分，提供一种将隔离变压器和EMI屏蔽结合的电源。电源可以是交流-直流或直流-直流电源并包括一个输入功率级和一个输出功率级。输入功率级和输出功率级耦合到一起，以及通过上述构造的并具有EMI屏蔽的隔离变压器电隔离，该EMI屏蔽通过连接到屏蔽销钉上的安全标称电容器电连接到输出功率级的接地面。

上述概括并相当广泛地说明了本发明的优选和可替换的特征，从而本领域的普通技术人员可以更好的理解后面对本发明的详细描述。本发明的其他特征将在形成本发明权利要求主题的下文中描述。本领域的普通技术人员可以理解其能容易地使用公开的概念和具体实施例以作为设计或改变用于实施本发明同样目的的其他结构的基础。本领域的普通技术人员也可以理解这样的等同构造不背离本发明最广泛形式的精神和范围。

为了更完整地理解本发明，给出结合附图的以下描述，其中：

图1A是表示根据本发明原理的具有EMI屏蔽的磁结构的透视图；

图1B是图1A的磁结构的侧视图；

图1C是图1A的磁结构的端视图；

图1D是图1A的磁结构的顶视图；以及

图2是包括根据本发明原理的磁结构的电路图。

现在，参考图1A至图1D，示出了根据本发明的磁结构。可以是变压器的磁结构10是分离的电力部件，其适于通过孔或表面安装技术安装到印刷线路板上。磁结构10由支撑结构形成，在此作为线架12示出，其包括整体形成的绕组线轴15和端块16。线架12的绕组线轴15夹持绕组18，绕组18形成变压器单独的初级和次级绕组或适合该具体磁结构10的感应器的绕组。线架12的端块16夹持端部销钉20，其提供到单独绕组18和到印刷线路板(未示)的电连接。磁芯14固定在线架12的周围以提供当电流流过绕组18时所产生的磁通路径。磁芯14使得磁结构的磁特性最优化。

如上所述，例如磁结构10这样的磁部件在正常操作条件下易于产生大量的EMI。为了减少发出的EMI的量，按需要在至少一部分磁芯14和绕组18的上包裹EMI屏蔽28。EMI屏蔽可由任何合适的导电材料形成，如铜或铝箔。通常，形成绕组18的单个导体将涂上绝缘材料以提供绕组18和EMI屏蔽28之间的电绝缘。然而，如果不绝缘绕组18，则EMI屏蔽28可涂上绝缘材料或将绝缘材料包裹在EMI屏蔽28前的绕组18的周围，从而将EMI屏蔽28与绕组18绝缘。

可以是例如铜线的任何合适导电体的带24用于连接EMI屏蔽28和屏蔽销钉22。示出带24通过焊接接头26连接到EMI屏蔽28上，尽管本领域普通技术人员可以理解可以使用确保良好电接触的任何类型的连接。通过沿屏蔽销钉22周围包裹或通过直接焊接到销钉上，带24连接到屏蔽销钉上，只要完成良好的电连接。屏蔽销钉22提供EMI屏蔽28和印刷线路板上适合的接地面之间的连接，磁结构10连接到所述印刷线路板上。屏蔽销钉22必须在其和端部销钉20之间保持适当的距离和漏电要求。

现在参考图2，示出了包括本发明原理的电力变换器30的电路图。电力变换器30是一个隔离的电力变换器，具有一个输入端或初级、与输出端或次级隔离的级32、通过隔离变压器36的级40。根据上述图1A至1D所述的原理构造隔离变压器36。以具有输入电压V_in的具体的直流-直流变换器拓扑结构示出了电力变换器30，但本领域的普通技术人员可以理解这仅为了说明目的，在图2中也可以用使用隔离变压器的任何其他类型的交流-直流或直流-直流变换器拓扑结构来替代，而并不背离本发明的范围。

对于任何的隔离电力变换器，电力变换器10具有连接到初级地34上的输入级32，而其输出级被连接到次级地44上。为了满足安全要求，隔离变压器36具有屏蔽销钉22，如图1A、1B、1C和1D可见，屏蔽销钉22连接到节点38上，该节点38通过安全标称或单独绝缘的电容器42连接到固定电位，优选为隔离变压器36的次级侧上的固定电位，其可以是次级地44。电容器42对在BMI屏蔽42中感应的高频电流提供低阻抗，同时通过对经过隔离变压器的低频开关信号提供高阻抗来保持图1A、1B、1C和1D的EMI屏蔽28和可以是次级地的固定电位之间所需的隔离。隔离变压器36的次级侧上的固定电位，例如次级地44，用于连接到电容器42以避免更多成本加倍的绝缘线和专用的线架，其是连接到初级侧以保持安全和距离要求所需要的。

图1A至1D和图2中所示的所有元件是通用的。尽管对于具体的结构、拓扑结构和材料进行了说明，但本领域的普通技术人员可以理解磁结构10可以以多种形状和大小形成，所有这些都在本发明的宽广范围内。

尽管已详细描述了本发明，但本领域普通技术人员可以理解：他们可进行各种改变、替换和变形而并不背离最广泛形式的本发明的精神和范围。

Claims (15)

1．一种板式可安装的变压器，包括：

一个支撑结构；

绕在支撑结构上的一初级和一次级绕组；

安装在支撑结构中的端接点，其中至少一些端接点提供到初级和次级绕组的电连接；

一电磁屏蔽，沿绕组周围包裹并电连接到端接点之一而不是连接到初级或次级绕组上，其中电磁屏蔽通过一安全标称电容器可电连接到一固定电位。

2．根据权利要求1所述的板式可安装的变压器，其中固定电位是次级接地端。

3．根据权利要求1所述的板式可安装的变压器，其中电磁屏蔽通过焊接到电磁屏蔽上的导电带电连接到端接点。

4．根据权利要求1所述的板式可安装的变压器，还包括由支撑结构夹持的磁芯。

5．根据权利要求1所述的板式可安装的变压器，其中安全标称电容器连接到印刷电路板的次级地和连到电磁屏蔽上的端部销钉之间。

6．一种用于提供由输入电压到调节的输出电压的电源，所述电源具有改善的EMI特性并包括：

一个用于接收输入电压的输入功率级；

一个用于提供输出电压的输出功率级；以及

一个变压器，用于耦合并提供输入功率级和输出功率级之间的电隔离，所述变压器还包括：

具有端块和线轴的线架，该线轴具有一个通孔；

绕在线轴周围的至少两个绕组；

安装在线轴的端块中的端接点，其中多个端接点用于提供到绕组的电连接；

插入到线轴的孔口中磁芯；以及

一个电磁屏蔽，包围至少一部分磁芯并用导电条电连接到屏蔽端接点而不是连接到绕组上，所述绕组通过安全标称电容器电连接到一固定电位。

7．根据权利要求6所述的电源，其中电源是交流-直流电源。

8．根据权利要求6所述的电源，其中电源是直流-直流电源。

9．根据权利要求6所述的电源，其中电磁屏蔽用铜箔形成。

10．根据权利要求6所述的电源，其中固定电位是变压器的次级侧上的接地面。

11．一种屏蔽磁结构而不发出电磁干扰的方法，所述磁结构具有一个支撑结构、一安装在支撑结构中的磁芯、安装在支撑结构上的绕组、以及电连接到绕组并安装到支撑结构中的端接点，该方法包括：

用电磁屏蔽至少部分封闭磁芯；

用导电带将电磁屏蔽连接到安装在支撑结构中的屏蔽销钉；以及

通过安全标称电容器将屏蔽销钉连接到一固定电压。

12．根据权利要求11的方法，其中固定电压是次级接地面。

13．根据权利要求11的方法，其中电磁屏蔽由铜箔形成。

14．根据权利要求11的方法，其中磁结构是用于电源中的隔离变压器。

15．根据权利要求11的方法，其中屏蔽销钉与端部销钉隔离以保持安全距离和漏电要求。

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