TW202207254A - 具有交錯屏蔽繞組之變壓器 - Google Patents

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Abstract

一種變壓器包含以一初級側串聯組合串聯電連接之第一初級繞組及第二初級繞組。該變壓器進一步包含安置在該第一初級繞組與該第二初級繞組之間的一次級繞組。該變壓器進一步包含以一屏蔽串聯組合串聯電連接之第一屏蔽繞組及第二屏蔽繞組。該第一屏蔽繞組安置在該第一初級繞組與該次級繞組之間，且該第二屏蔽繞組安置在該第二初級繞組與該次級繞組之間。

Description

具有交錯屏蔽繞組之變壓器
相關申請案
本申請案主張於2021年7月23日提交之美國非臨時專利申請案第17/443,279號的優先權，該美國非臨時專利申請案主張於2020年7月31日提交且標題為「具有交錯屏蔽繞組之變壓器(Transformer with Interleaved Shielding Windings)」之美國臨時專利申請案第63/059,447號的優先權，該等申請案全部出於所有目的以引用方式整體併入本文。
本發明係有關於具有交錯屏蔽繞組之變壓器。
開關模式電源供應器(「功率轉換器」)係現代電子裝置中之電源管理組件。其尤其向多個負載提供高效且電流隔離之功率。為實現高功率處理效率及/或電流隔離，習知地需要一或多個磁耦合元件、半導體開關及相關聯之閘極驅動器電路。一些功率轉換器(諸如返馳式轉換器)包含一變壓器，該變壓器將功率轉換器之一初級側耦合至功率轉換器之一次級側。在功率轉換器之初級側接收一輸入電壓且在功率轉換器之次級側產生一輸出電壓。
繞組間寄生電容耦合發生在變壓器之初級繞組與變壓器之次級繞組之間。此種繞組間電容允許一共模雜訊電流自功率轉換器之初級側流至功率轉換器之次級側。共模雜訊電流通常經由一接地路徑或寄生電容而自功率轉換器之次級側返回至功率轉換器之初級側，藉此在功率轉換器之一電壓輸入處產生不期望或不允許之電磁干擾(EMI)。
一些應用(諸如USB功率傳送裝置(USB-PD))習知地需要一極低值Y電容器(通常小於470 pF)來進行EMI雜訊濾波。對於此種應用，習知地，一有效且一致之雜訊屏蔽結構對於系統滿足EMI標準要求係必不可少的。
在一些實施例中，一種變壓器包含以一初級側串聯組合串聯電連接之一第一初級繞組及一第二初級繞組，該初級側串聯組合具有一第一初級側端子及一第二初級側端子。該變壓器進一步包含一次級繞組，該次級繞組具有一第一次級側端子及一第二次級側端子並安置在第一初級繞組與第二初級繞組之間。該變壓器進一步包含在一中間屏蔽端子處以一屏蔽串聯組合串聯電連接之一第一屏蔽繞組及一第二屏蔽繞組，該屏蔽串聯組合具有一第一屏蔽端子及一第二屏蔽端子。該第一屏蔽繞組安置在第一初級繞組與次級繞組之間，且第二屏蔽繞組安置在第二初級繞組與次級繞組之間。
在一些實施例中，第一初級側端子經組態以電連接至在一功率轉換器之一初級側處之一第一節點；第二初級側端子經組態以電連接至在該功率轉換器之初級側處之一第二節點；第一次級側端子經組態以電連接至在該功率轉換器之一次級側處之一第一節點；第二次級側端子經組態以電連接至在該功率轉換器之次級側處之一第二節點；中間屏蔽端子經組態以電連接至在該功率轉換器之初級側處之一第三節點；且第一屏蔽端子及第二屏蔽端子經組態為電浮動的。
在一些實施例中，功率轉換器之初級側處之第三節點係一初級側接地節點。在一些實施例中，功率轉換器之初級側處之第一節點為功率轉換器之一主開關之一汲極節點；功率轉換器之初級側處之第二節點為功率轉換器之一輸入電壓之一輸入電壓節點；功率轉換器之次級側處之第一節點為功率轉換器之一次級側開關之一汲極節點；且功率轉換器之次級側處之第二節點為功率轉換器之一輸出電壓之一輸出電壓節點。
在一些實施例中，變壓器亦包含具有一中央磁芯之一圓柱形捲線軸。第一初級繞組纏繞在圓柱形捲線軸之中央磁芯上。第一屏蔽繞組纏繞在第一初級繞組上。次級繞組纏繞在第一屏蔽繞組上。第二屏蔽繞組纏繞在次級繞組上。第二初級繞組纏繞在第二屏蔽繞組上。
在一些實施例中，第一屏蔽繞組及第二屏蔽繞組在次級繞組之相對側上對稱地對準。
在一些實施例中，一種功率轉換器包含上述變壓器。
在一些實施例中，揭示一種形成以上變壓器之方法。
在如USB-PD之需要一極低值Y電容器(通常小於470 pF)以進行EMI雜訊濾波之應用中，一種有效且一致之雜訊屏蔽結構對於系統滿足EMI標準要求係必不可少的。如本文所揭示，一種具有交錯屏蔽繞組之變壓器有利地阻斷共模雜訊電流在變壓器之初級繞組與次級繞組之間流動。因此，使用如本文揭示之變壓器實施的功率轉換器可有利地使用一低電容Y電容器，或甚至不使用Y電容器，且仍符合EMI標準要求。本文揭示之變壓器可有利地使用具有良好重複性及一致性之一簡單方法製造，而不管所使用之特定變壓器製造製程如何。
圖1係在EMI測試下之一習知功率轉換器100的一簡化電路示意圖。功率轉換器100之一些元件在圖1中已被省略以簡化功率轉換器100之描述，但被理解為係存在的。在一線路阻抗穩定網路(LISN) 101處接收一電壓源ACin 。LISN 101用於執行功率轉換器100之經傳導及經輻射之射頻發射及易感性(EMI)測試。基於電壓源ACin 之一電壓源Vin' 由LISN 101提供給功率轉換器100之一輸入側。功率轉換器100之輸入側通常包含一輸入電壓濾波器區塊122、一整流器區塊116、一輸入電壓緩衝器電容器C1、由一脈寬調變(PWM)信號PWMM1 驅動之一主開關M1及一初級側控制器電路(「控制器」)118。輸入電壓濾波器區塊122、整流器區塊116及輸入緩衝器電容器C1向一變壓器102提供一經濾波、經緩衝、經整流或以其他方式調節之輸入電壓Vin (即，一DC輸入電壓)。
變壓器102將功率自功率轉換器100之初級側傳送至功率轉換器100之一次級側且通常包含具有一第一端子130 (「A」)及一第二端子131 (「B」)之初級繞組104。功率轉換器100之次級側通常包含變壓器102的具有一第一端子132 (「C」)及一第二端133 (「D」)之次級繞組106、一輸出緩衝器電路112、一同步整流器開關M2、一同步整流器開關控制器電路(「控制器」)120，且可組態以連接至一負載RL 。
初級繞組104之第二端子131接收DC輸入電壓Vin 。初級繞組104之第一端子130耦合至主開關M1之一汲極節點。主開關M1控制通過初級繞組104之一電流以在功率轉換器100之一開關週期的一第一部分期間對變壓器102之一磁化電感充電。同步整流器開關M2控制通過次級繞組106之一電流流動以在開關週期之一後續部分期間將變壓器102放電至輸出緩衝器電路112及負載RL 。
當在一開關週期之第一部分期間由初級側控制器電路118啟用主開關M1時，電流流過初級繞組104至諸如接地之一電壓偏壓節點，該電壓偏壓節點在圖1中被圖解說明為耦合至主開關M1之一源極節點的三角形。通過初級繞組104之電流流動使能量儲存在變壓器102之磁化電感及一洩漏電感中。當主開關M1在開關週期之一後續部分中被禁用時，一輸出電壓Vout 在輸出緩衝器電路112處產生並提供給負載RL 。
圖2係將通過圖1之功率轉換器100的一共模雜訊電流傳播路徑模型化以進行所傳導雜訊分析之一經模型化功率轉換器200的一簡化示意表示。經模型化功率轉換器200通常包含圖1之變壓器102，該變壓器包含端子130至133。另外，經模型化功率轉換器200包含一初級側共模雜訊源242、一次級側共模雜訊源244、一共模雜訊濾波器電路246、LISN 101之一電阻器RLISN 、一Y電容器CY 、一寄生電容CSE 之一表示及變壓器102之初級側至次級側繞組間寄生電容Cps 之表示。亦展示由於繞組間電容Cps 而流過變壓器102之一共模雜訊電流ips 的一表示。
繞組間電容Cps 係經模型化功率轉換器200之初級側(即，連接至變壓器102之端子130及131的部分)與經模型化功率轉換器200之次級側(即，連接至變壓器102之端子132及133的部分)之間的共模雜訊電流之一重要路徑。圖1之開關M1、M2經模型化為各別電壓源，其體現為初級側共模雜訊源242及次級側共模雜訊源244。圖1之開關M1、M2之效能可分別引入強電壓脈衝
Figure 02_image001
及
Figure 02_image003
。此等強電壓脈衝
Figure 02_image001
及
Figure 02_image003
產生共模雜訊電流ips ，該共模雜訊電流流過繞組間電容Cps ，且然後在次級側未連接至接地時通過寄生電容CSE 或在次級側連接至接地時直接通過一接地迴路而返回至經模型化功率轉換器200之初級側。Y電容器CY 用於藉由為共模雜訊電流ips 提供一替代路徑來減輕接地迴路上之雜訊。
使自變壓器102之初級繞組104至變壓器102之次級繞組106的共模雜訊電流ips 之流動為零可顯著降低在LISN 101之電阻器RLISN 處測得之所傳導雜訊。由電壓脈衝
Figure 02_image005
及
Figure 02_image007
產生之作用在繞組間電容Cps 上之共模雜訊電流ips 通常可被表達為
Figure 02_image009
。因此，為減少或消除共模雜訊電流ips ，可減少或消除繞組間電容Cps ，或可使用電壓平衡技術來最小化電壓脈衝
Figure 02_image005
、
Figure 02_image007
。
圖3A係對圖1之功率轉換器100模型化以進行所傳導雜訊分析之一經模型化功率轉換器300的另一簡化示意表示且圖解說明用於降低共模雜訊電流ips 之一理想化變壓器組態。經模型化功率轉換器300通常包含一變壓器302，該變壓器包含端子330 (「A」)、331 (「B」)、332 (「C」)、333 (「D」)、334 (「S1 」)及335 (「S`1 」)。如由圖例350所指示，變壓器302亦包含初級繞組304、次級繞組306、屏蔽繞組308及繞組間寄生電容Cps 。另外，經模型化功率轉換器300包含一初級側共模雜訊源342、一次級側共模雜訊源344、一共模雜訊濾波器電路346及LISN 101之一電阻器RLISN 。初級側共模雜訊源342、次級側共模雜訊源344及共模雜訊濾波器電路346分別與關於圖2描述之元件242、244及246相同或類似。亦展示由於變壓器302之理想化組態而已減小至0安培之共模雜訊電流ips 的一表示。
類似於如關於圖2所描述，圖1之開關M1、M2經模型化為各別電壓源，其體現為分別引入電壓脈衝
Figure 02_image005
及
Figure 02_image007
之初級側共模雜訊源342及次級側共模雜訊源344。此等電壓脈衝
Figure 02_image005
及
Figure 02_image007
產生共模雜訊電流ips ，該共模雜訊電流流過變壓器302之繞組間電容Cps 。然而，如圖所示，與次級繞組306相比，屏蔽繞組308在數量及對準上係相同的。因此，假設跨繞組306、308產生之電壓沿各別繞組 306、308線性地分佈，則對於屏蔽繞組308上之一特定點，與次級繞組306上之一對應點相比，該點共用相同電壓電位。因此，屏蔽繞組308與次級繞組306之間無電壓差。因為繞組306、308之間無電壓差，故沒有位移電流在繞組306、308之間流動。因此，阻斷共模雜訊電流ips 流過初級繞組304至次級繞組306。
圖3B係圖3A所示之變壓器302的一示意表示360。如參考圖3A所述，變壓器302包含端子330至335、初級繞組304、次級繞組306及屏蔽繞組308。亦展示繞組間電容Cps 及一共模電流ips 之一表示，該共模電流由於變壓器302之理想化組態已減小至0安培。
在變壓器302之一理想實體實施方案中，一捲線軸(諸如圖4所示之一捲線軸470)經纏繞使得屏蔽繞組308之股線與次級繞組306之股線精確對準。作為參考，捲線軸470具有平行於捲線軸470之一第一範圍的一第一維度H 及垂直於第一維度H 之一第二維度W 。
鑑於使用捲線軸470之變壓器302的理想化實施方案，圖5之簡化圖表502及504 (參考圖例550)圖解說明沿捲線軸470之第一維度H 在繞組306、308之每一點處產生之一電壓電位V 。圖表502圖解說明沿捲線軸470之第一維度H 跨變壓器302之屏蔽繞組308產生之電壓V ，且圖表504圖解說明沿捲線軸470之第一維度H 跨變壓器302之次級繞組306產生之電壓V 。如由圖表502、504所示，對於沿捲線軸470之第一維度H 的每一位置，屏蔽繞組308之一電壓電位與次級繞組306之一電壓電位相同。因此，由於屏蔽繞組308與次級繞組306之間無電壓差，故共模雜訊電流ips 無法自屏蔽繞組308流至次級繞組306。
然而，在實踐中，變壓器302之理想化組態無法重複實施，該組態假設在捲線軸470被纏繞時屏蔽繞組308與次級繞組306之間嚴格對準。圖6包含具有與捲線軸470類似之一捲線軸670 (以一剖面展示)之一非理想變壓器602的一簡化表示。變壓器602包含初級繞組(未展示)、屏蔽繞組608、次級繞組606及繞組間寄生電容Cps ，如由一圖例650所指示。屏蔽繞組608包含端子S1 及S`1 ，且次級繞組606包含端子C及D。 捲線軸670具有一第一維度H 及垂直於第一維度H 之一第二維度W 。如圖6所示，實際上，與圖3A之變壓器302類似之一變壓器602的屏蔽繞組608及次級繞組606無法完全對準，且因此，屏蔽繞組608與次級繞組606 之間的一電壓差將導致共模雜訊電流ips 自屏蔽繞組608流至次級繞組606。
圖7中進一步圖解說明變壓器602之非理想性。 圖7之一簡化圖表702 (參考圖例750)圖解說明針對非理想變壓器602之沿捲線軸670之第一維度H 在繞組606、608的各個點處產生之一電壓電位V 。如圖所示，由於繞組606、608之間的未對準，故對於沿捲線軸670之第一維度H 的每一點，跨變壓器602之屏蔽繞組608及變壓器602之次級繞組606產生的電壓V 不相同。皆因為屏蔽繞組608及次級繞組606未沿第一維度H 充分對準，故跨繞組606、608產生之電壓V 在繞組606、608之間產生一位移電流。因此，共模雜訊電流ips 自次級繞組流至屏蔽繞組。
圖8A圖解說明根據一些實施例之具有一大致圓柱形捲線軸870之一變壓器802之一部分的一簡化圖。為簡化描述，僅展示捲線軸870及繞組之一剖面的一部分，因此應理解，一第二部分通常係展示為圍繞底部水平軸線反射之部分的一鏡面反射。在一些實施例中，捲線軸870為變壓器802提供一中央鐵氧體磁芯。類似於如參考圖4之捲線軸470所述， 捲線軸870具有一第一維度H 及垂直於第一維度H 之一第二維度W 。 變壓器802包含具有一端子A之第一初級繞組1 810、具有端子S1 及S`1 之第一屏蔽繞組1 812、具有端子C及D之次級繞組814、具有端子S2 及S`2 之第二屏蔽繞組2 816、具有一端子B之第二初級繞組2 818及被圖解說明為粗黑條之隔離膠帶820。第一初級繞組1 810及第二初級繞組2 818彼此電串聯連接，如由連接繞組810、818之一白線所指示。如圖所示，第一屏蔽繞組1 812沿第一維度H 安置在第一初級繞組1 810與次級繞組814之間。第二屏蔽繞組2 816沿第一維度H 安置在第二初級繞組2 818與次級繞組814之間。因此，屏蔽繞組812、816交錯在變壓器802之初級繞組810、818與次級繞組814之間，藉此有利地消除變壓器802之屏蔽繞組812、816與次級繞組814之間的共模雜訊電流流動，如下所述。在此組態中，第一初級繞組1 810纏繞在捲線軸870之磁芯上，第一屏蔽繞組1 812纏繞在第一初級繞組1 810上，次級繞組814纏繞在第一屏蔽繞組1 812上，第二屏蔽繞組2 816纏繞在次級繞組814上，且第二初級繞組2 818纏繞在第二屏蔽繞組2 816上。
在一些實施例中，兩個單獨屏蔽繞組812、816在捲線軸870之一第一側處在由S`1 及S`2 共用之一端子處開始且在捲線軸870之相對(第二)側處在相同位置結束(在S1 及S2 處)。因此，屏蔽繞組812、816有利地關於次級繞組814對稱地對準。因為屏蔽繞組812、816在次級繞組814之兩側(即，兩個相對側之兩者——內側及外側)上對稱地對準，故對於沿捲線軸870之第一維度H 的每一點，一個屏蔽繞組(例如812)之一電壓與另一屏蔽繞組(例如816)之電壓相同。因此，兩個屏蔽繞組812、816之間無電壓差。因此，自第一屏蔽繞組812流至次級繞組814之位移電流由自第二屏蔽繞組816流至次級繞組814之位移電流抵消。因此，有利地阻斷共模雜訊電流ips 自變壓器802之一初級側流至變壓器802之一次級側。有利地，因為屏蔽繞組812、816對稱地配置在次級繞組814之兩側上，故變壓器802可易於製造，因為屏蔽繞組812、816不必單獨地與次級繞組814精確對準。
圖8B係根據一些實施例之圖8A所示之變壓器802的一簡化示意表示860。如參考圖8A所述，變壓器802包含初級繞組810、818、次級繞組814、屏蔽繞組812、816以及端子A (830)、B (831)、C (832)、D (833)、S1 (834)、S`1 (835)、S2 (836)及S`2 (837)。端子835及837經組態以彼此電連接。端子834、836經組態以為浮動的(例如，端子834、836可由膠帶或另一種電絕緣材料包圍)。亦展示繞組間電容Cps 及一共模雜訊電流ips 之一表示，由於在次級繞組814之兩側上對稱地對準之交錯屏蔽繞組812、816，該共模雜訊電流已有利地減小至0安培。
圖8C之一簡化圖表880 (參考圖例850)圖解說明根據一些實施例之變壓器802之在沿繞組812、814、816及沿捲線軸870之第一維度H 的每一點處產生的一電壓電位V 。亦展示捲線軸870之第二維度W 。如圖所示，由於屏蔽繞組812、816在次級繞組814的兩側上對稱地對準，故自第一屏蔽繞組812至次級繞組814之位移電流由自第二屏蔽繞組816至次級繞組814之位移電流抵消。因此，有利地阻斷共模雜訊電流ips 自變壓器802之一初級側流至變壓器802之一次級側。
圖9係根據一些實施例之使用變壓器802實施圖1之功率轉換器100的一功率轉換器900之一部分的一簡化示意圖。功率轉換器100之一些部分在圖9中已被省略以簡化描述，但被理解為係存在的。功率轉換器900包含接收輸入電壓Vin 之輸入電壓電容器C1 (跨輸入電壓Vin 之一輸入電壓節點及一初級側接地節點電連接)、主開關M1、初級側控制器電路118、跨其產生輸出電壓Vout 之輸出緩衝器電路112 (跨輸出電壓Vout 之一輸出電壓節點及一次級側接地節點電連接)、次級側開關M2及同步整流器開關控制器電路120。功率轉換器900可組態以連接至負載RL 。
如圖所示，變壓器802包含初級繞組810、818、次級繞組814、屏蔽繞組812、816以及端子A (830)、B (831)、C (832)、D (833)、S1 (834)、S`1 (835)、S2 (836)及S`2 (837)。第一初級側端子A (830)經組態以電連接至主開關M1之汲極節點(即，功率轉換器900之初級側處之一第一節點)。主開關M1之源極節點電連接至初級側接地節點。主開關M1之閘極節點電連接至初級側控制器電路118並由該初級側控制器電路控制。第二初級側端子B (831)經組態以電連接至輸入電壓Vin 之輸入電壓節點(即，在功率轉換器900之初級側處之一第二節點)。端子835及837彼此電連接作為中間屏蔽端子且經組態以在電壓偏壓節點(諸如初級側接地節點(即，功率轉換器之初級側處之一第三節點))處電連接至功率轉換器900之初級側。屏蔽繞組812、816之第一屏蔽端子834及第二屏蔽端子836分別經組態以為電浮動的。第一次級側端子C (832)經組態以電連接至次級側開關M2之一汲極節點(即，功率轉換器900之一次級側處之一第一節點)。次級側開關M2之源極節點電連接至次級側接地節點。次級側開關M2之閘極節點電連接至同步整流器開關控制器電路120並由該同步整流器開關控制器電路控制。第二次級側端子D (833)經組態以電連接至輸出電壓Vout 之輸出電壓節點(即，在功率轉換器900之次級側處之一第二節點)。亦展示繞組間電容Cps 及一共模雜訊電流ips 之一表示，由於在次級繞組814之兩側上對稱地對準之交錯屏蔽繞組812、816，該共模雜訊電流已有利地減小至0安培。如圖所示，因為阻斷共模雜訊電流ips 自功率轉換器900之初級側流至功率轉換器900之次級側，故不需要Y電容器(或需要一極小Y電容器)即符合EMI標準。
圖10展示根據一些實施例之變壓器802的例示性變壓器規格細節1000。在實踐中，對於一變壓器，諸如具有兩個屏蔽層之變壓器802，屏蔽繞組之匝數係基於變壓器之次級繞組的數量。在一些實施例中，若屏蔽繞組及次級繞組之起始端子在捲線軸之相對側上，則屏蔽繞組之匝數等於次級繞組之匝數加0.5。在其他實施例中，若屏蔽繞組及次級繞組之起始端子在捲線軸之相同側上，則屏蔽繞組之匝數等於次級繞組之匝數。在一些實施例中，屏蔽繞組之AWG應經選擇為足夠小，使得集膚效應損耗最小。在一些實施例中，屏蔽層應完全填充捲線軸纏繞窗口。在此等實施例中，屏蔽繞組之平行導線股數可計算為，導線股數 =
Figure 02_image011
(1) 其中K 係捲線軸纏繞窗口填充因子，其範圍為0.5至1，取決於纏繞製程。
已經詳細參考所揭示發明之實施例，該等實施例之一或多個實例已在附圖中圖解說明。每一實例已經藉由解釋本技術之方式提供，而非作為對本發明技術之限制。事實上，儘管已經關於本發明之特定實施例詳細描述了說明書，但將了理解，熟習此項技術者在獲得對前述內容之理解後可容易想到此等實施例之更改、變化及等效物。舉例而言，圖解說明或描述為一個實施例之一部分的特徵可與另一實施例一起使用以產生又一實施例。因此，期望本發明標的涵蓋在隨附申請專利範圍及其等效物之範疇內的所有此等修改及變化。在不背離本發明之範疇(其在隨附申請專利範圍中更特定地闡述)之情況下，一般熟習此項技術者可實踐本發明之此等及其他修改及變化。此外，熟習此項技術者將了解，前述描述僅為舉例說明且不欲限制本發明。
100:功率轉換器 101:線路阻抗穩定網路 102:變壓器 104:初級繞組 106:次級繞組 112:輸出緩衝器電路 116:整流器區塊 118:初級側控制器電路 120:同步整流器開關控制器電路 122:輸入電壓濾波器區塊 130:第一端子/端子 131:第二端子/端子 132:第一端子/端子 133:第二端子/端子 200:經模型化功率轉換器 242:初級側共模雜訊源/元件 244:次級側共模雜訊源/元件 246:共模雜訊濾波器電路/元件 300:經模型化功率轉換器 302:變壓器 304:初級繞組 306:次級繞組/繞組 308:屏蔽繞組/繞組 330:端子 331:端子 332:端子 333:端子 334:端子 335:端子 342:初級側共模雜訊源 344:次級側共模雜訊源 346:共模雜訊濾波器電路 350:圖例 360:示意表示 470:捲線軸 502:圖表 504:圖表 550:圖例 602:非理想變壓器/變壓器 606:次級繞組/繞組 608:屏蔽繞組/繞組 650:圖例 670:捲線軸 702:圖表 750:圖例 802:變壓器 810:第一初級繞組1 /繞組/初級繞組 812:第一屏蔽繞組1 /屏蔽繞組/第一屏蔽繞組/交錯屏蔽繞組/繞組 814:次級繞組/繞組 816:第二屏蔽繞組2 /屏蔽繞組/第二屏蔽繞組/交錯屏蔽繞組/繞組 818:第二初級繞組2 /繞組/初級繞組 820:隔離膠帶 830:端子A/第一初級側端子A 831:端子B/第二初級側端子B 832:端子C/第一次級側端子C 833:端子D/第二次級側端子D 834:端子S1 /端子/第一屏蔽端子 835:端子S`1 /端子 836:端子S2 /端子/第二屏蔽端子 837:端子S`2 /端子 850:圖例 860:示意表示 870:大致圓柱形捲線軸/捲線軸 880:圖表 900:功率轉換器 1000:變壓器規格細節 A:第一端子/端子/第一初級側端子 ACin :電壓源 B:第二端子/端子/第二初級側端子 C:第一端子/端子/第一次級側端子 C1:輸入電壓緩衝器電容器/輸入緩衝器電容器/輸入電壓電容器 CPS :繞組間電容/繞組間寄生電容 CSE :寄生電容 CY :Y電容器 D:第二端子/端子/第二次級側端子 H:第一維度 iPS :共模雜訊電流/共模電流 M1:主開關 M2:同步整流器開關/次級側開關 PWMM1 :脈寬調變信號 RL :負載 RLISN :電阻器 S1 :端子 S`1 :端子 S2 :端子 S`2 :端子 Vin :輸入電壓/DC輸入電壓 Vin ':電壓源 Vout :輸出電壓 W:第二維度
圖1係一習知功率轉換器之一簡化示意圖。
圖2係圖1之習知功率轉換器之一簡化模型。
圖3A係圖1之習知功率轉換器之另一簡化模型。
圖3B係用於阻斷共模電流之一理想習知變壓器之一示意表示。
圖4係一習知變壓器捲線軸。
圖5係在沿圖4所示之變壓器捲線軸的各點處在圖3B所示之理想變壓器之繞組處產生之電壓的一圖表。
圖6係用於阻斷共模雜訊電流之一非理想習知變壓器之一表示。
圖7係在沿圖6所示之變壓器捲線軸的各點處在圖6所示之非理想變壓器之繞組處產生之電壓的一圖表。
圖8A係根據一些實施例之用於阻斷共模雜訊電流之一變壓器的一表示。
圖8B係根據一些實施例之用於阻斷共模雜訊電流的圖8A所示之變壓器的一示意表示。
圖8C係根據一些實施例之在沿圖8A所示之變壓器捲線軸之部分的各點處在圖8A所示之變壓器之繞組處產生之電壓的一圖表。
圖9係根據一些實施例之使用圖8A所示之變壓器的一功率轉換器之一簡化示意圖的一部分。
圖10係根據一些實施例之圖8A所示之變壓器的一例示性變壓器規格。
112:輸出緩衝器電路
118:初級側控制器電路
120:同步整流器開關控制器電路
802:變壓器
810:第一初級繞組1 /繞組/初級繞組
812:第一屏蔽繞組1 /屏蔽繞組/第一屏蔽繞組/交錯屏蔽繞組/繞組
814:次級繞組/繞組
816:第二屏蔽繞組2 /屏蔽繞組/第二屏蔽繞組/交錯屏蔽繞組/繞組
818:第二初級繞組2 /繞組/初級繞組
830:端子A/第一初級側端子A
831:端子B/第二初級側端子B
832:端子C/第一次級側端子C
833:端子D/第二次級側端子D
834:端子S1 /端子/第一屏蔽端子
835:端子S`1 /端子
836:端子S2 /端子/第二屏蔽端子
837:端子S`2 /端子
900:功率轉換器
A:第一端子/端子/第一初級側端子
B:第二端子/端子/第二初級側端子
C:第一端子/端子/第一次級側端子
C1:輸入電壓緩衝器電容器/輸入緩衝器電容器/輸入電壓電容器
CPS :繞組間電容/繞組間寄生電容
D:第二端子/端子/第二次級側端子
iPS :共模雜訊電流/共模電流
M1:主開關
M2:同步整流器開關/次級側開關
RL :負載
S1 :端子
S`1 :端子
S2 :端子
S`2 :端子
Vin :輸入電壓/DC輸入電壓
Vout :輸出電壓

Claims (16)

  1. 一種變壓器，其包括： 以一初級側串聯組合串聯電連接之一第一初級繞組及一第二初級繞組，該初級側串聯組合具有一第一初級側端子及一第二初級側端子； 一次級繞組，其具有一第一次級側端子及一第二次級側端子且安置在該第一初級繞組與該第二初級繞組之間； 在一中間屏蔽端子處以一屏蔽串聯組合串聯電連接之一第一屏蔽繞組及一第二屏蔽繞組，該屏蔽串聯組合具有一第一屏蔽端子及一第二屏蔽端子； 其中： 該第一屏蔽繞組安置於該第一初級繞組與該次級繞組之間；且 該第二屏蔽繞組安置於該第二初級繞組與該次級繞組之間。
  2. 如請求項1之變壓器，其中： 該第一初級側端子經組態以電連接至在一功率轉換器之一初級側處之一第一節點； 該第二初級側端子經組態以電連接至在該功率轉換器之該初級側處之一第二節點； 該第一次級側端子經組態以電連接至在該功率轉換器之一次級側處之一第一節點； 該第二次級側端子經組態以電連接至在該功率轉換器之該次級側處之一第二節點； 該中間屏蔽端子經組態以電連接至在該功率轉換器之該初級側處之一第三節點；且 該第一屏蔽端子及該第二屏蔽端子經組態為電浮動的。
  3. 如請求項2之變壓器，其中： 該功率轉換器之該初級側處之該第三節點係一初級側接地節點。
  4. 如請求項3之變壓器，其中： 該功率轉換器之該初級側處之該第一節點為該功率轉換器之一主開關之一汲極節點； 該功率轉換器之該初級側處之該第二節點為該功率轉換器之一輸入電壓之一輸入電壓節點； 該功率轉換器之該次級側處之該第一節點為該功率轉換器之一次級側開關之一汲極節點；且 該功率轉換器之該次級側處之該第二節點為該功率轉換器之一輸出電壓之一輸出電壓節點。
  5. 如請求項1之方法，其進一步包括： 具有一中央磁芯之一圓柱形捲線軸； 其中： 該第一初級繞組纏繞在該圓柱形捲線軸之該中央磁芯上； 該第一屏蔽繞組纏繞在該第一初級繞組上； 該次級繞組纏繞在該第一屏蔽繞組上； 該第二屏蔽繞組纏繞在該次級繞組上；且 該第二初級繞組纏繞在該第二屏蔽繞組上。
  6. 如請求項1之變壓器，其中： 該第一屏蔽繞組及該第二屏蔽繞組在該次級繞組之相對側上對稱地對準。
  7. 一種功率轉換器，其包括請求項1之變壓器，且進一步包括： 一第一開關，其電連接在該第一初級側端子與一初級側接地節點之間；及 一第二開關，其電連接在該第一次級側端子與一次級側接地節點之間； 且其中： 該第二初級側端子電連接至一輸入電壓之一輸入電壓節點；且 該第二次級側端子電連接至一輸出電壓之一輸出電壓節點。
  8. 如請求項7之功率轉換器，其中： 阻斷一共模雜訊電流自該功率轉換器之一初級側流至該功率轉換器之一次級側。
  9. 一種方法，其包括： 形成一變壓器之一第一初級繞組； 形成該變壓器之一第一屏蔽繞組； 形成該變壓器之一次級繞組，該次級繞組具有一第一次級側端子及一第二次級側端子，且該第一屏蔽繞組安置在該第一初級繞組與該次級繞組之間； 形成該變壓器之一第二屏蔽繞組； 形成該變壓器之一第二初級繞組，該次級繞組安置在該第一初級繞組與該第二初級繞組之間，且該第二屏蔽繞組安置在該第二初級繞組與該次級繞組之間； 在一中間初級側端子處以一初級側串聯組合電連接該第一初級繞組及該第二初級繞組，該初級側串聯組合具有一第一初級側端子及一第二初級側端子；及 在一中間屏蔽端子處以一屏蔽串聯組合電連接該第一屏蔽繞組及該第二屏蔽繞組，該屏蔽串聯組合具有一第一屏蔽端子及一第二屏蔽端子。
  10. 如請求項9之方法，其進一步包括： 將該第一初級側端子電連接至在一功率轉換器之一初級側處之一第一節點； 將該第二初級側端子電連接至在該功率轉換器之該初級側處之一第二節點； 將該第一次級側端子電連接至在該功率轉換器之一次級側處之一第一節點； 將該第二次級側端子電連接至在該功率轉換器之該次級側處之一第二節點；及 將該中間屏蔽端子電連接至在該功率轉換器之該初級側處之一第三節點； 其中： 該第一屏蔽端子及該第二屏蔽端子經組態為電浮動的。
  11. 如請求項10之方法，其中： 該功率轉換器之該初級側處之該第三節點係一初級側接地節點。
  12. 如請求項11之方法，其中： 該功率轉換器之該初級側處之該第一節點為該功率轉換器之一主開關之一汲極節點； 該功率轉換器之該初級側處之該第二節點為該功率轉換器之一輸入電壓之一輸入電壓節點； 該功率轉換器之該次級側處之該第一節點為該功率轉換器之一次級側開關之一汲極節點；且 該功率轉換器之該次級側處之該第二節點為該功率轉換器之一輸出電壓之一輸出電壓節點。
  13. 如請求項12之方法，其進一步包括： 提供具有一中央磁芯之一圓柱形捲線軸； 其中： 形成該第一初級繞組包括將該第一初級繞組纏繞在該圓柱形捲線軸之該中央磁芯上； 形成該第一屏蔽繞組包括將該第一屏蔽繞組纏繞在該第一初級繞組上； 形成該次級繞組包括將該次級繞組纏繞在該第一屏蔽繞組上； 形成該第二屏蔽繞組包括將該第二屏蔽繞組纏繞在該次級繞組上；且 形成該第二初級繞組包括將該第二初級繞組纏繞在該第二屏蔽繞組上。
  14. 如請求項9之方法，其進一步包括： 將該第一屏蔽繞組及該第二屏蔽繞組在該次級繞組之相對側上對稱地對準。
  15. 如請求項9之方法，其進一步包括： 將一第一開關電連接在該第一初級側端子與一初級側接地節點之間； 將一第二開關電連接在該第一次級側端子與一次級側接地節點之間； 將該第二初級側端子電連接至一輸入電壓之一輸入電壓節點；及 將該第二次級側端子電連接至一輸出電壓之一輸出電壓節點。
  16. 如請求項15之方法，其進一步包括： 阻斷一共模雜訊電流自該功率轉換器之一初級側流至該功率轉換器之一次級側。
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