TW201523655A - 變壓器及使用該變壓器的電源供應電路 - Google Patents

Abstract

本發明係一種變壓器及使用該變壓器的電源供應電路，其中該變壓器主要令其一次側線圈先捲繞於該繞線架上，再於該一次側線圈的非串接節點另一端開始捲繞該第一屏蔽繞組，以疊設於該一次側線圈的第一繞組外；如此，當該電源供應電路控制其切換電路進行高頻切換時，因受到耦合電容反饋二次側訊號而於脈衝波形上升邊緣產生突波電壓，使得該變壓器的第一繞組電流產生很大變化，此時該第一屏蔽繞組會對應該突波電壓感應生成一反相電位，以抑制該第一繞組的高頻切換訊號受到耦合電容反饋二次訊號所生的突波電壓；是以，本發明的電源供應電路使用本案變壓器會具有更佳的電源轉換效率，並減少電磁干擾。

Description

變壓器及使用該變壓器的電源供應電路

本發明係關於一種電源供應器使用的變壓器，尤指一種變壓器的改良結構。

實際變壓器60採三明治繞法，如圖9至圖11所示，將一次側線圈61及二次側線圈62捲繞於繞線架601上，該繞線架再組合一磁芯組602；其中該一次側線圈61與該二次側線圈62之間會產生耦合電容及電壓差，藉由耦合電容抑制變壓器60的漏電感。然而，更層次的繞組，其耦合電容容易將二次側線圈62連接的負載所產生的共模雜訊反饋至一次側線圈所連接的電路，使得使用於交換式電源電路的高頻切換電路下，當其切換電路的主動開關51受高頻切換(PWM訊號)時，會於脈衝波形產生突波電壓及很大的電流變化，故易有電磁干擾現象；特別是愈接近主動開關51的一次側線圈的二個繞組611、612的電磁干擾尤其明顯。

如圖9及圖10所示，一種減少耦合電容的變壓器60結構被提出，主要於三明治繞線結構的一、二次側線圈61、62相鄰層之間夾設有由一屏蔽元件70、70a，各屏蔽元件70、70a係由一電絕緣層71(如絕緣膠帶)包覆且電性接地的金屬箔片72，讓一、二次側線圈61、62的耦合電容減少。然而，此種作法改善電磁干擾成效不大，有必要進一步改良之。

有鑑於上述既有變壓器的技術缺點，本發明主要目的係提供一種變壓器及使用該變壓器的電源供應電路，以有效減低一次側與二次側線圈之耦合電容。

欲達上述目的所使用的主要技術手段係令該變壓器包含有：一繞線架，係呈中空狀；一磁芯組，係穿設在該繞線架；一次側線圈，係包含有一第一繞組及一第二繞組；其中該第一及第二繞組串接節點為一中間抽頭端，該第一繞組係捲繞於該繞線架上；一第一屏蔽繞組，係自第一繞組的非串接節點另一端開始捲繞，並疊設於該一次側線圈的第一繞組外，另一為自由端；二次側線圈，係捲繞並疊設於該第一屏蔽繞組外，又該一次側線圈的第二繞組則捲繞於該二次側線圈上；及一第二屏蔽元件，係夾設於該二次側線圈與該一次側線圈的第二繞組之間。上述本發明變壓器主要令其一次側線圈先捲繞於繞線架上，再於該一次側線圈的非串接節點另一端開始捲繞該第一屏蔽繞組，以疊設於該一次側線圈的第一繞組外；如此，當流入該第一繞組的電流因為高頻切換受到耦合電容反饋二次側訊所產生突波電壓而有大變化時，該第一屏蔽繞組會對應感應生成一反相電位，以抑制該第一繞組的高頻切換訊號受到耦合電容反饋訊號而生的正突波電壓，有效減少一次側線繞組的電磁干擾。

欲達上述目的所使用的主要技術手段係令該電源供應電路包含有：一開關元件；一電源輸入端，用以連接一外部電源；以及一變壓器，係與該電源輸入端及該開關元件電連接，用以接收並轉換該電源信號，該變壓器至少包括：一繞線架，係呈中空狀；一磁芯組，係穿設在該繞線架；一次側線圈，係包含有一第一繞組及一第二繞組；其中該第一及第二繞組串接節點為一中間抽頭端，該第一繞組係捲繞於該繞線架上；一第一屏蔽繞組，係自第一繞組的非串接節點另一端開始捲繞，並疊設於該一次側線圈的第一繞組外，另一為自由端；二次側線圈，係捲繞並疊設於該第一屏蔽繞組外，又該一次側線圈的第二繞組則捲繞於該二次側線圈上；及一第二屏蔽元件，係夾設於該二次側線圈與該一次側線圈的第二繞組之間。由於本發明的電源供應電路係採用上述變壓器結構，故當切換電路的開關元件進行高頻切換時，受到耦合電容反饋二次訊號干擾，使其脈衝波形上升邊緣產生突波電壓，令該第一繞組的電流產生大變化，此時連接該第一繞組的第一屏蔽繞組會對應感應生成一反相電位，以抑制該第一繞組的突波電壓，減少一次側線圈的繞組的電磁干擾。

首先請參閱圖1所示，係為本發明電源供應電路10之一第一較佳實施例，其主要包含有一切換電路(圖中未示)的開關元件11、一連接至一外部電源的電源輸入端Vin及一變壓器20；其中該變壓器20係與該電源輸入端Vin及該開關元件11電連接，該開關元件11受到一高頻切換訊號(如PWM訊號)驅動，進行高頻切換。

上述電源供應電路10的第一較佳實施例所使用的變壓器，以卧式變壓器為例，如圖2所示，其包含有一呈中空狀的繞線架201、一穿設於該繞線架的磁芯組202及依序捲繞於該繞線架上的一次側線圈21及二次側線圈22。圖3所示為卧式變壓器，本發明亦可採用直立式變壓器，不以卧式變壓器為限。

請同時參閱圖1及圖3所示，上述一次側線圈21係包含有一第一繞組211及一第二繞組212；其中該第一及第二繞組211、212的其中一端相互串接，其串接節點為一中間抽頭端A。又，該第一繞組211係首先捲繞於該繞線架201上，最靠近該磁芯組202。接著，自該第一繞組211的非串接節點另一端A1開始捲繞第一屏蔽繞組30，令該第一屏蔽繞組30疊設於該第一繞組211外，該第一屏蔽繞組30的另一為則自由端S1。至於第一屏蔽繞組30的捲繞方向，可與第一繞組相同或相異。如以相同方向捲繞則，如圖1所示，該第一繞組21的圓點端與第一屏蔽繞組30的圓點端恰為相反，意即該中間抽頭端A為第一繞組30的圓點端，則第一屏蔽繞組30的圓點端則是與該第一繞組211連接的非中間抽頭端A1。反之，若以相異方向捲繞，則如圖2所示，該第一屏蔽繞組30’的圓點端則為自由端S2，如圖2所示的變壓器20a。

上述二次側線圈22接著先捲繞於該繞線架(圖中未示)上，以疊設在該第一屏蔽繞組30上；之後，再請配合參閱圖3所示，再疊設一層電性接地的第二屏蔽元件31，將該一次側線圈21的第二繞組212捲繞於該第二屏蔽元件31上；意即，該第二屏蔽元件31夾設於該二次側線圈22與該一次側線圈21的第二繞組212之間，以減少二次側線圈22與第二繞組212的耦合電容。如圖3所示，該第二屏蔽元件31係可為一由絕緣層311包覆的金屬箔片312，其一端亦電性連接到地G；又可如圖4所示，該第二屏蔽元件亦可為一第二屏蔽繞組31’，捲繞於該二次側線圈22外，而疊設於該二次側線圈22上，其一端係電性連接到地。

請參閱圖5所示，係為本發明電源供應電路的第二較佳實施例，其與圖1所示的第一較佳實施例大致相同，惟其變壓器20b的一次側線圈進一步增加一輔助繞組213，以轉換另一組不同電位的感應電壓Vcc。再請同時參閱圖3及圖6所示，本實例所使用的變壓器結構，係將該輔助繞組213捲繞於該二次側線圈22外，以疊設在該二次側線圈22上，其一端係電性連接到地；之後，再設置上述第二屏蔽元件31；反之亦可，如圖7所示，先將該第二屏蔽元件31設置在該二次側線圈22外，再將該輔助繞組213捲繞於該第二屏蔽元件31上。在此再以第二屏蔽繞組作為第二屏蔽元件31’為例詳細說明之，該輔助繞組213可先捲繞於該二次側線圈22外，再自其電性接地的一端A4開始捲繞該第二屏蔽繞組31’，令該第二屏蔽繞組31’疊設在該輔助繞組213上。亦或由該第二屏蔽繞組31’先捲繞於該二次側線圈22外，再於其上捲繞該輔助繞組213。此外，請參閱圖8所示，係為本實施例所使用的另一變壓器結構，也就是可將圖6所示的輔助繞組213及第二屏蔽繞組31’並列捲繞於該二次側線圈22外，即一同疊設於該該二次側線圈22上。

上述圖6及圖7的變壓器，其輔助繞組213一端係電性連接地一次側接地端G，故第二屏蔽元件的一端可與該端連接，而一同電性連接到地，另一端則保持為自由端。

再請參閱圖1及圖5所示，當開關元件受到高頻切換訊號(如PWM訊號)驅動而進行高頻切換時，若受到二次側電路透過耦合電容反饋而來的訊號干擾，則會於脈波上升邊緣產生突波電壓，使得該變壓器一次側線圈電流變化劇增，以第一繞組來說，當電流自輸入端流入中間抽頭端後，會產生一正電位電壓，而與其連接的第一屏蔽繞組則同時會產生一負電位電壓，以抑制該正電位電壓受到二次側線圈磁場感應的突波電壓；又，加上第一屏蔽繞組接近磁芯組，故可更佳地抑制高頻突波電壓，以提升轉換效率。

綜上所述，本發明主要將以三明治捲繞結構的變壓器，以第一屏蔽繞組捲繞於最靠近該繞組架的第一繞組，可於高頻電流輸入至該第一繞組而產生正電位電壓時，同時產生一可抑制該正電位電壓突波的負電位電壓，可主動抑制因一次側及二次側圈之間耦合電容反饋二次側訊號所產生的突波，如此相較被動消除一次側及二次側圈之間耦合電容的穩壓效果來得更佳。此外，可減少電磁干擾，使電源供應器的電磁干擾獲得改善，進而提升轉換效率或不用以絕緣層包覆金屬箔片的遮蔽元件，故於可減少繞製面積，以降低製造成本，而且可減少或完全不必使用人工捲繞金屬箔片的遮蔽元件，直接提高變壓器效能及產能。

10‧‧‧電源供應電路
11‧‧‧開關元件
20、20a、20b‧‧‧變壓器
201‧‧‧繞線架
202‧‧‧磁芯組
21‧‧‧一次側線圈
211‧‧‧第一繞組
212‧‧‧第二繞組
213‧‧‧輔助繞組
22‧‧‧二次側線圈
30、30’‧‧‧第一屏蔽繞組
31‧‧‧第二屏蔽元件
311‧‧‧絕緣層
312‧‧‧金屬箔片
31’‧‧‧第二屏蔽繞組
50‧‧‧電源供應電路
51‧‧‧開關元件
60‧‧‧變壓器
601‧‧‧繞線架
602‧‧‧磁芯組
61‧‧‧一次側線圈
611‧‧‧第一繞組
612‧‧‧第二繞組
613‧‧‧輔助繞組
62‧‧‧二次側線圈
70、70a‧‧‧屏蔽元件
71‧‧‧絕緣層
72‧‧‧金屬箔片

圖1：係本發明電源供應電路之第一較佳實施例的詳細電路圖。圖2：係本發明電源供應電路之第二較佳實施例的詳細電路圖。圖3：係對應圖1變壓器的第一較佳實施例的侷部剖面示意圖。圖4：係對應圖1變壓器的第二較佳實施例的侷部剖面示意圖。圖5：係本發明電源供應電路之第二較佳實施例的詳細電路圖。圖6：係對應圖5變壓器的第三較佳實例的侷部剖面示意圖。圖7：係對應圖5變壓器的第四較佳實施例的侷部剖面示意圖。圖8：係對應圖5變壓器的第五較佳實施例的侷部剖面示意圖。圖9：係既有電源供應電路的詳細電路圖。圖10：係圖9變壓器的侷部剖面示意圖。圖11：係圖10變壓器的立體分解圖。

10‧‧‧電源供應電路

11‧‧‧開關元件

20‧‧‧變壓器

21‧‧‧一次側線圈

211‧‧‧第一繞組

212‧‧‧第二繞組

22‧‧‧二次側線圈

30‧‧‧第一屏蔽繞組

Claims (22)

1. 一種變壓器，包括：一繞線架，係呈中空狀；一磁芯組，係穿設在該繞線架；一次側線圈，係包含有一第一繞組及一第二繞組；其中該第一及第二繞組串接節點為中間抽頭端，該第一繞組係捲繞於該繞線架上；一第一屏蔽繞組，係自第一繞組的非串接節點另一端開始捲繞，並捲繞疊設於該一次側線圈的第一繞組外，另一為自由端；二次側線圈，係捲繞疊設於該第一屏蔽繞組外，又該一次側線圈的第二繞組則捲繞於該二次側線圈上；及一第二屏蔽元件，係夾設於該二次側線圈與該一次側線圈的第二繞組之間。
2. 如請求項1所述之變壓器，上述該第二屏蔽元件係為一電性連接到地的金屬箔片，且由一絕緣外層包覆。
3. 如請求項1所述之變壓器，上述該第二屏蔽元件係為一第二屏蔽繞組，其一端係電性連接到地的，另一端為自由端。
4. 如請求項1所述之變壓器，上述該一次側線圈係進一步包含有一輔助繞組，該輔助繞組係捲繞在第二屏蔽元件外。
5. 如請求項4所述之變壓器，上述該第二屏蔽元件係為一電性接地的金屬箔片，其一端連接至該輔助繞組電性接地的一端。
6. 如請求項4所述之變壓器，上述該第二屏蔽元件係為一第二屏蔽繞組，其一端係與該輔助繞線的電性接地的一端連接。
7. 如請求項1所述之變壓器，上述該一次側線圈係進一步包含有一輔助繞組，該輔助繞組係捲繞在該二次側與該第二屏蔽元件之間。
8. 如請求項7所述之變壓器，上述該第二屏蔽元件係為一電性接地的金屬箔片，其一端連接至該輔助繞組電性接地的一端。
9. 如請求項7所述之高壓變壓器，該輔助繞組係捲繞於該二次側線圈外，以疊設在該二次側線圈之上，而該該第二屏蔽元件係為一第二屏蔽繞組，其自該輔助繞組電性接地一端捲繞於該輔助繞組外，以疊設在該輔助繞組上。
10. 如請求項3所述之變壓器，上述該一次側線圈係進一步包含有一輔助繞組，該輔助繞組與該第二屏蔽繞組一併捲繞於該二次側線圈外；其中該輔助繞組的電性接地與該第二屏蔽元件一端連接。
11. 如請求項1至10中任一項所述之高壓變壓器，上述該一次側線圈的第一繞組的捲繞方向與該第一屏蔽繞組的捲繞方向相同或相反。
12. 如請求項1至10中任一項所述之高壓變壓器，上述該一次側線圈的第一繞組的捲繞方向與該第一屏蔽繞組的捲繞方向相同或相反。
13. 一種電源供應電路，包括：一開關元件；一電源輸入端，用以接收一電源信號；以及一變壓器，係與該電源輸入端及該開關元件電連接，用以接收並轉換該電源信號，該變壓器至少包括：一繞線架，係呈中空狀；一磁芯組，係穿設在該繞線架；一次側線圈，係包含有一第一繞組及一第二繞組；其中該第一及第二繞組串接節點為中間抽頭端，該第一繞組係捲繞於該繞線架上；一第一屏蔽繞組，係自第一繞組的非串接節點另一端開始捲繞，並捲繞疊設於該一次側線圈的第一繞組外，另一為自由端；二次側線圈，係捲繞疊設於該第一屏蔽繞組外，又該一次側線圈的第二繞組則捲繞於該二次側線圈上，且其非串接節點另一端與開關元件連接；及一第二屏蔽元件，係夾設於該二次側線圈與該一次側線圈的第二繞組之間。
14. 如請求項13所述之變壓器，上述該第二屏蔽元件係為一電性連接到地的金屬箔片，且由一絕緣外層包覆。
15. 如請求項13所述之變壓器，上述該第二屏蔽元件係為一第二屏蔽繞組，其一端係電性連接到地的，另一端為自由端。
16. 如請求項1所述之變壓器，上述該一次側線圈係進一步包含有一輔助繞組，該輔助繞組係捲繞在第二屏蔽元件外。
17. 如請求項16所述之變壓器，上述該第二屏蔽元件係為一電性接地的金屬箔片，其一端連接至該輔助繞組電性接地的一端。
18. 如請求項16所述之變壓器，上述該第二屏蔽元件係為一第二屏蔽繞組，其一端係與該輔助繞線的電性接地的一端連接。
19. 如請求項13所述之變壓器，上述該一次側線圈係進一步包含有一輔助繞組，該輔助繞組係捲繞在該二次側與該第二屏蔽元件之間。
20. 如請求項19所述之變壓器，上述該第二屏蔽元件係為一電性接地的金屬箔片，其一端連接至該輔助繞組電性接地的一端。
21. 如請求項19所述之高壓變壓器，該輔助繞組係捲繞於該二次側線圈外，以疊設在該二次側線圈之上，而該該第二屏蔽元件係為一第二屏蔽繞組，其自該輔助繞組電性接地一端捲繞於該輔助繞組外，以疊設在該輔助繞組上。
22. 如請求項15所述之變壓器，上述該一次側線圈係進一步包含有一輔助繞組，該輔助繞組與該第二屏蔽繞組一併捲繞於該二次側線圈外；其中該輔助繞組的電性接地與該第二屏蔽元件一端連接。