CN2870106Y

CN2870106Y - 降低传导性电磁干扰的能量转换装置

Info

Publication number: CN2870106Y
Application number: CN 200520128726
Authority: CN
Inventors: 陈建良
Original assignee: System General Corp Taiwan
Current assignee: Fairchild Taiwan Corp
Priority date: 2005-12-30
Filing date: 2005-12-30
Publication date: 2007-02-14
Anticipated expiration: 2015-12-30

Abstract

本实用新型涉及一种降低传导性电磁干扰的能量转换装置，该能量转换装置包含铁芯、输入绕组、输出绕组与供电绕组，该供电绕组包含遮蔽绕组及辅助绕组。其中输入绕组接收输入电压，通过铁芯由遮蔽绕组与辅助绕组输出供电电压，并由输出绕组输出输出电压。通过遮蔽绕组的线圈匝数与线径的设定，用以稳定能量转换装置两侧接地端之间的电位，可达到降低传导性电磁干扰。本实用新型在不需遮蔽电容、铜箔与增设绕组下，通过改变供电绕组的线径与绕制方式，可有效降低传导性电磁干扰，同时解决绕制空间不足与绕制成本增加的问题。

Description

降低传导性电磁干扰的能量转换装置

技术领域

本实用新型涉及一种能量转换装置，特别涉及一种可降低传导性电磁干扰的能量转换装置。

背景技术

目前的脉宽调变技术中，切换开关在高频切换时所产生的传导性电磁干扰对电子装置的影响已经受到重视。在电源供应器的领域中，降低传导性电磁干扰可以达到各种国际安全规定认证的要求。

请参阅图1，为现有电源供应器的机构电路示意图。以目前揭露的技术来说，电源供应器1通过能量转换装置10中的输入绕组N_P接收输入电压V_IN，当控制器U₁控制切换开关Q₁切换时，电源供应器1的输入端将通过铁芯103传递能量至输出端。输入电压V_IN将根据输入绕组N_P(节点8与节点10之间)、输出绕组N_S(节点1与节点3之间)以及供电绕组N_A(节点7与节点5之间)的线圈匝数比，分别由输出绕组N_S转换成输出电压V_OUT，与供电绕组N_A转换成供电电压V_DD。输入绕组N_P与输出绕组N_S在上述能量转换过程，将因高频切换技术以及输入绕组N_P与输出绕组N_S之间的寄生电容109效应而产生传导性电磁干扰。

再参阅图1，为了减少传导性电磁干扰，现有技术的第一种方式是在能量转换装置10的两侧接地端之间放置一遮蔽电容108来稳定电位，该遮蔽电容108在应用上又称为Y电容。由于该遮蔽电容108有漏电流存在，造成安全性较差，不符合安全规定的要求。此外，对低功率电源供应器来说，增加该遮蔽电容108也相对增加成本。现有技术的第二种方式是在设计能量转换装置10时，利用具有遮蔽效果的铜箔(Copper)设置于输入绕组N_P与输出绕组N_S之间来降低传导性电磁干扰。请参阅图2，为现有能量转换装置的剖面示意图。输入绕组N_P(节点8与节点10之间)、输出绕组N_S(节点1与节点3之间)以及供电绕组N_A(节点7与节点5之间)之间设置铜箔113便是为了减少传导性电磁干扰。当铁芯103与绕线轴(bobbin)(图中未显示)接合时，增设铜箔所增加的体积与空间会使得铁芯103与绕线轴容易发生断裂损坏的状况。

美国专利US6,549,431提出增设绕组(wound component)的方法与装置，用来降低位移电流(displacement current flow)。其主要是在输入绕组(inputwinding)与输出绕组(output winding)上增设删除绕组(cancellationwinding)与平衡绕组(balancing winding)，这是通过增设体积较小的铜线取代铜箔而达到遮蔽效果，从而降低传导性电磁干扰。以上专利所述的增没的删除绕组与平衡绕组，必须是能量转换装置的额外绕制的绕组，因而容易造成绕制空间不足。当铁芯与绕线轴接合时，铁芯与绕线轴可能由于绕制空间不足而断裂损坏。此外，增设的删除与平衡绕组也会增加绕制上的成本。美国专利US6,762,946为上述US6,549,431的延续案。美国专利US6894909为上述US6,549,431与US6,762,946的延续案。此外，美国专利公告号US20040246749以上述US6,549,431为基础，同样提出增设绕组的方法与装置，用来降低位移电流。除了在输出绕组上增设二次侧平衡绕组(secondary balancing winding)外，进一步提出在输入绕组上增设删除绕组与一次侧平衡绕组(primarybalancing winding)，做法上也是通过增设体积较小的铜线取代铜箔而达到遮蔽效果。但是增设更多的绕组使得绕制空间不足与绕制成本增加的问题更加严重。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种降低传导性电磁干扰的能量转换装置及绕制方法，在不需遮蔽电容、铜箔与增设绕组下，通过改变供电绕组的线径与绕制方式，可有效降低传导性电磁干扰，同时解决绕制空间不足与绕制成本增加的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种降低传导性电磁干扰的能量转换装置，设置于一电源供应器中，连接一输入电压，转换输出一输出电压，其特点在于，包含有：一铁芯；一输入绕组，环绕于该铁芯周围，接收该输入电压；一输出绕组，环绕于该铁芯周围，该输出绕组电容性耦接于该输入绕组，输出该输出电压；一供电电压，耦接于一控制器；一遮蔽绕组，环绕于该铁芯周围，该遮蔽绕组电气耦接于该输入绕组，并电容性耦接于该输出绕组；及一辅助绕组，环绕于该铁芯周围，该辅助绕组电气耦接于该遮蔽绕组与该输入绕组，并电容性耦接于该输出绕组；其中该遮蔽绕组与该辅助绕组共同输出该供电电压。

上述能量转换装置，其特点在于，该遮蔽绕组与该辅助绕组的线圈匝数总和，与该输出绕组的线圈匝数的比值，与该供电电压与该输出电压的比值相同。

上述能量转换装置，其特点在于，该遮蔽绕组为线圈绕满一绕线轴的一整层的绕组。

上述能量转换装置，其特点在于，该遮蔽绕组与该输出绕组具有相同的线圈匝数。

上述能量转换装置，其特点在于，该遮蔽绕组与该输出绕组相差一匝的线圈匝数。

上述能量转换装置，其特点在于，该遮蔽绕组与该辅助绕组的相位与该输出绕组的相位相同。

上述能量转换装置，其特点在于，该输入绕组比该遮蔽绕组、该辅助绕组与该输出绕组更接近该铁芯；该辅助绕组比该遮蔽绕组与该输出绕组更接近该铁芯；该遮蔽绕组比该输出绕组更接近该铁芯。

上述能量转换装置，其特点在于，该遮蔽绕组为多线并绕的线圈，为绕满一绕线轴的一整层的线组。

本实用新型的功效在于，在不需遮蔽电容、铜箔与增设绕组下，通过改变供电绕组的线径与绕制方式，可有效降低传导性电磁干扰，同时解决绕制空间不足与绕制成本增加的问题。

以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述，但不作为对本实用新型的限定。

附图说明

图1为现有电源供应器的结构电路示意图；

图2为现有能量转换装置的剖面示意图；

图3为本实用新型降低传导性电磁干扰的能量转换装置运用于电源供应器的电路示意图；及

图4为本实用新型降低传导性电磁干扰的能量转换装置的剖面示意图。

其中，附图标记：

1-电源供应器 10-能量转换装置

103-铁芯 109-寄生电容

111-胶带 113-铜箔

108-遮蔽电容 N_P-输入绕组

N_S-输出绕组 N_A-供电绕组

V_OUT-输出电压 V_IN-输入电压

V_DD-供电电压 U₁-控制器

Q₁-切换开关

40-能量转换装置 401-铁芯

111-胶带 V_IN-输入电压

V_OUT-输出电压 N_P-输入绕组

N_S-输出绕组 N_A-供电绕组

N_A1-遮蔽绕组 N_A2-辅助绕组

U₁-控制器 Q₁-切换开关

具体实施方式

请参阅图3，本实用新型降低传导性电磁干扰的能量转换装置应用于电源供应器的电路示意图。图标中的能量转换装置40为本实用新型的一较佳实施例。能量转换装置40包含一铁芯401；一输入绕组N_P环绕于该铁芯401周围；一输出绕组N_S环绕于该铁芯401周围，该输出绕组N_S电容性耦接于该输入绕组N_P；一供电电压V_DD耦接于一控制器U₁，用以提供工作电源；一遮蔽绕组N_A1环绕于该铁芯401周围，该遮蔽绕组N_A1电气耦接于该输入绕组N_P，并电容性耦接于该输出绕组N_S，通过该遮蔽绕组N_A1与该输出绕组N_S的电容性耦接所产生的电位，来减少输入绕组N_P与输出绕组N_S之间产生的电位差，用以稳定能量转换装置两侧接地端之间的电位，以降低传导性电磁干扰；及一辅助绕组N_A2环绕于该铁芯401周围，该辅助绕组N_A2电气耦接于该遮蔽绕组N_A1与该输入绕组N_P，并电容性耦接于该输出绕组N_S。

输入绕组N_P(节点8与节点10之间)接收该输入电压V_IN，而输入电压V_IN将根据输出绕组N_S(节点1与节点3之间)以及供电绕组N_A(节点7与节点5之间)的线圈匝数比，通过该铁芯401分别由输出绕组N_S转换成输出电压V_OUT，与供电绕组N_A转换成供电电压V_DD。其中，供电绕组N_A(节点7与节点5之间)由辅助绕组N_A2(节点7与节点6之间)与遮蔽绕组N_A1(节点6与节点5之间)所组成。以回扫式转换器的变压器为例，其中上述各绕组的线圈匝数在相位一致时，可通过公式(1)与(2)求得：

\frac{N_{P}}{N_{S}} = \frac{V_{IN}}{V_{O}} - - - (1)

\frac{N_{P}}{N_{A}} = \frac{V_{IN}}{V_{DD}} - - - (2)

其中N_P为输入绕组的线圈匝数，同时也表示输入绕组；N_S为输出绕组的线圈匝数，同时也表示输出绕组；N_A为供电绕组的线圈匝数，同时也表示供电绕组；V_IN、V_O与V_DD则分别为输入电压、输出电压与供电电压。其中辅助绕组N_A是由遮蔽绕组N_A1与辅助绕组N_A2所组成。

上述遮蔽绕组N_A1的设计原则为：遮蔽绕组N_A1的线圈匝数可依据输出绕组N_S设置为相同的线圈匝数，并且依据实际绕制上的需要，同时考量绕线轴的空间与输出电流的大小，当该遮蔽绕组N_A1的线径小于该输出绕组N_S的线径时，该遮蔽绕组N_A1须以多线并绕的方式绕满绕线轴的一整层。上述遮蔽绕组N_A1的另一设计原则为：该遮蔽绕组N_A1与该输出绕组相差一匝的线圈匝数，并且依据实际绕制上的需要，同时考虑绕线轴的空间与输出电流的大小，当该遮蔽绕组N_A1的线径小于该输出绕组N_S的线径时，该遮蔽绕组N_A1须以多线并绕的方式绕满绕线轴的一整层。遮蔽绕组N_A1与输出绕组N_S的线圈，可通过多线并绕的方式分别绕满绕线轴的一整层。换句话说，当遮蔽绕组N_A1采用的线径比输出绕组N_S小时，线圈所占用的高度将大幅减少，可有效减少绕线轴与铁芯401相合时，空间不足而损坏的问题。

该遮蔽绕组N_A1与该辅助绕组N_A2的线圈匝数总和，与该输出绕组N_S的线圈匝数的比值，与该供电电压V_DD与该输出电压V_O的比值相同。也就是说，遮蔽绕组N_A1与辅助绕组N_A2的线圈匝数总和与供电绕组N_A的线圈匝数相同。另外，遮蔽绕组N_A1与辅助绕组N_A2的相位与输出绕组N_S的相位相同。而辅助绕组N_A2、输出绕组N_S、输入绕组N_P的线径选择以及线圈匝数的设计为现有技术，在此不再说明。

输入绕组N_P连接输入电压V_IN，通过铁芯401由输出绕组N_S转换得到与输入电压V_IN等比例的输出电压V_OUT，同时由遮蔽绕组N_A1与辅助绕组N_A2转换出供电电压V_DD。由于遮蔽绕组N_A1与辅助绕组N_A2的线圈匝数总和等于供电绕组N_A的线圈匝数，因而遮蔽绕组N_A1与辅助绕组N_A2输出的电源可做为控制器U₁操作所需的电源。

请参阅图4，本实用新型降低传导性电磁干扰的能量转换装置的剖面示意图。如图所示，各绕组以绕线轴(图中未显示)为轴心依次将输入绕组N_P、辅助绕组N_A2、遮蔽绕组N_A1与输出绕组N_S绕制于绕线轴上，然后再与铁芯401相合，使各个绕组绕设于铁芯401周围。其中，各绕组间以胶带111隔离。

各组绕组与铁芯之间的关系为：输入绕组N_P比辅助绕组N_A2、遮蔽绕组N_A1与输出绕组N_S接近该铁芯401；辅助绕组N_A2比遮蔽绕组N_A1、以及输出绕组N_S接近铁芯401；遮蔽绕组N_A1比输出绕组N_S接近铁芯401。各组绕组之间的耦接关系为：输出绕组N_S与输入绕组N_P为电容性耦接；遮蔽绕组N_A1及辅助绕组N_A2与输出绕组N_S为电容性耦接；辅助绕组N_A2与遮蔽绕组N_A1为电气耦接；遮蔽绕组N_A1及辅助绕组N_A2与输入绕组N_P为电气耦接。

本实用新型将遮蔽绕组N_A1与输出绕组N_S设为相同的线圈匝数，通过遮蔽绕组N_A1与该输出绕组N_S的电容性耦接所产生的电位来减少输入绕组N_P与输出绕组N_S之间产生的电位差，用以稳定能量转换装置两侧接地端之间的电位，以降低上述传导性电磁干扰。本实用新型的能量转换装置使用于电源供应器中，可设置于顺向式转换器的变压器与回扫式转换器的变压器。

本实用新型降低传导性电磁干扰的能量转换装置的制作方法为：在一铁芯周围依次绕制输入绕组N_P、辅助绕组N_A2、遮蔽绕组N_A1及输出绕组N_S。首先，绕制一输入绕组N_P于一铁芯401周围；其次，绕制一辅助绕组N_A2于该输入绕组N_P周围，该输入绕组N_P比该辅助绕组N_A2更接近该铁芯401，并设置一绝缘材料于该输入绕组N_P与该辅助绕组N_A2之间。紧接着，绕制一遮蔽绕组N_A1于该辅助绕组N_A2周围，该辅助绕组N_A2比该遮蔽绕组N_A1更接近该铁芯401，并设置一绝缘材料于该辅助绕组N_A2与该遮蔽绕组N_A1之间。最后，绕制一输出绕组N_S于该遮蔽绕组N_A1周围，该遮蔽绕组N_A1比该输出绕组N_S更接近该铁芯401，并设置该绝缘材料于该遮蔽绕组N_A1与该输出绕组N_S之间。

各组绕组与铁芯401之间的关系为：输入绕组N_P比辅助绕组N_A2、遮蔽绕组N_A1与输出绕组N_S更接近该铁芯401；辅助绕组N_A2比遮蔽绕组N_A1、以及输出绕组N_S接近铁芯401；遮蔽绕组N_A1比输出绕组N_S接近铁芯401。各组绕组之间的耦接关系为：输出绕组N_S与输入绕组N_P为电容性耦接；遮蔽绕组N_A1及辅助绕组N_A2与输出绕组N_S为电容性耦接；辅助绕组N_A2与遮蔽绕组N_A1为电气耦接；遮蔽绕组N_A1及辅助绕组N_A2与输入绕组N_P为电气耦接。

本实用新型提出一种降低传导性电磁干扰的能量转换装置及绕制方法，在不需遮蔽电容、铜箔与增设绕组下，通过改变供电绕组的线径与绕制方式，可有效降低传导性电磁干扰，同时解决绕制空间不足与绕制成本增加的问题。

当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型权利要求的保护范围。

Claims

1、一种降低传导性电磁干扰的能量转换装置，设置于一电源供应器中，连接一输入电压，转换输出一输出电压，其特征在于，包含有：

一铁芯；

一输入绕组，环绕于该铁芯周围，接收该输入电压；

一输出绕组，环绕于该铁芯周围，该输出绕组电容性耦接于该输入绕组，并输出该输出电压；

一供电电压，耦接于一控制器；

一遮蔽绕组，环绕于该铁芯周围，该遮蔽绕组电气耦接于该输入绕组，并电容性耦接于该输出绕组；及

一辅助绕组，环绕于该铁芯周围，该辅助绕组电气耦接于该遮蔽绕组与该输入绕组，并电容性耦接于该输出绕组；

其中该遮蔽绕组与该辅助绕组共同输出该供电电压。

2、根据权利要求1所述的能量转换装置，其特征在于，该遮蔽绕组与该辅助绕组的线圈匝数总和，与该输出绕组的线圈匝数的比值，与该供电电压与该输出电压的比值相同。

3、根据权利要求1所述的能量转换装置，其特征在于，该遮蔽绕组为线圈绕满一绕线轴的一整层的绕组。

4、根据权利要求1所述的能量转换装置，其特征在于，该遮蔽绕组与该输出绕组具有相同的线圈匝数。

5、根据权利要求1所述的能量转换装置，其特征在于，该遮蔽绕组与该输出绕组相差一匝的线圈匝数。

6、根据权利要求1所述的能量转换装置，其特征在于，该遮蔽绕组与该辅助绕组的相位与该输出绕组的相位相同。

7、根据权利要求1所述的能量转换装置，其特征在于，该输入绕组比该遮蔽绕组、该辅助绕组与该输出绕组更接近该铁芯；该辅助绕组比该遮蔽绕组与该输出绕组更接近该铁芯；该遮蔽绕组比该输出绕组更接近该铁芯。

8、根据权利要求1所述的能量转换装置，其特征在于，该遮蔽绕组为多线并绕的线圈，为绕满一绕线轴的一整层的线组。