TWI306327B - An energy transfer device for reducing a conductivity electromagnetic interference and manufacturing method thereof - Google Patents

Description

1306327 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於-種能量轉換裝置，特別有關於一種可降低傳導 性電磁干擾的能量轉換裝置及其繞製方法。 【先前技術】 • 目前的脈寬調變技術中，切換開關在高頻切換時所產生的傳導性電磁干 擾對電子裝置的衫響已經受到重視。在電源供應器的領域中，降低傳導性電 磁干擾可以達到各種國際安規認證的要求。

I 請參閱第一圖，係為習知電源供應器的架構電路示意圖。以目前揭 露的技術來說，電源供應器1透過能量轉換裝置10中的輸入繞組Np 接收輸入電壓VIN ’當控制器Ui控制切換開關Q!切換時，電源供應器 1之輸入端將透過鐵芯103傳遞能量至輸出端。輸入電壓VIN將根據輸 入繞組NP(節點8與節點10之間）、輸出繞組Ns(節點1與節點3之間） 以及供電繞組NA(節點7與節點5之間）的線圈匝數比，分別由輸出繞 | 組Ns轉換成輸出電壓 V〇UT ’ 與供電繞組NA轉換成供電電壓vDD。輸 入繞組NP與輸出繞組Ns在上述能量轉換過程，將因高頻切換技術以及 輸入繞組NP與輸出繞組Ns之間的寄生電容109效應而產生傳導性電磁 干擾。 復參閱第一圖，為了減少傳導性電磁干擾，習知技術的第一種方式 是在能量轉換裝置10的兩側接地端之間放置一遮蔽電容108來穩定電 位，該遮蔽電容108在應用上又稱為Y電容。由於該遮蔽電容108有 漏電流存在，造成安全性較差，不符合安規之要求。此外，對低功率電 5 1306327 源供應器來說’增加該遮蔽電容108也相對增加成本。習知技術的第二 種方式是在設計能量轉換裝置ίο時’利用具有遮蔽效果的銅箔(c〇pper) 設置於輪入繞組NP與輸出繞組Ns之間來降低傳導性電磁干擾。請參閱 第一圖’係為習知能量轉換裝置的剖面示意圖。輸入繞組節點8與 即點10之間）、輸出繞組Ns(節點1與節點3之間）以及供電繞組na(節 點7與節點5之間)之間設置銅箔113便是為了減少傳導性電磁干擾。 當鐵芯103與繞線轴(bobbin)(圖中未顯示)接合時，增設銅箔所增加的 體積與空間會使得鐵芯103與繞線軸容易發生斷裂損壞的狀況。 美國專利US6,549,431 &出增設繞組(woun(j c〇mp〇nent)的方法與裝 置’用來降低位移電流(displacement current flow)。其主要是在輸入繞組(input winding)與輸出繞組(output winding)上增設刪除繞組(cancellati〇n winding)與 平衡繞組(balancing winding)，這是藉由增設體積較小的銅線取代銅箔而達到 遮蔽效果，進而降低傳導性電磁干擾。以上專利所述之增設的刪除繞組與平 衡繞組，必須是能量轉換裝置之額外繞製的繞組，因而容易造成繞製空間不 足。當鐵芯與繞線軸接合時，鐵芯與繞線軸可能由於繞製空間不足而斷裂損 壞。此外，增設的刪除與平衡繞組也會增加繞製上的成本。美國專利 US6,762,946係為上述US6,549,431之延續案。美國專利US6894909係為上 述US6,549,431與US6,762,946之延續案。此外，美國專利公告號 US20040246749以上述US6,549,431為基礎’同樣提出增設繞組的方法與裝 置，用來降低位移電流。除了在輸出繞組上增設二次側平衡繞組 balancing winding)外’進一步提出在輸入繞組上增設删除繞組與一次側平衡 繞組(primary balancing winding)，做法上也是藉由增設體積較小的鋼線取代 6 1306327 鋼簿而達到遮蔽效果。但是增設衫的繞組使得繞製空間不足與繞製成本增 加的問題更加嚴重。 【發明内容】 有鑑於此’本發明係提供—種降低料性電磁干擾之能量轉換裝置及 繞製方法’在*需遮蔽電容、網與增設繞組下，藉由改變供電繞組之線徑 與繞製方式，可有效降低傳導性電磁干擾，同時解決繞製空間不足與繞製成 本增加的問題。 本發明提供構低料性電磁干狀能量無裝置，使驗—電源供應 器中，係連接-輸入電壓，轉換輪出一輸出電壓，其係包含有：一鐵芯；一 輸入繞組職於纖制圍；—輸规姆繞於觸制圍，該輸織組係 電容性祕於該輸人繞組；—供魏壓耦接於—控㈣，用以提供工作電 源；-遮蔽繞組環驗該鐵芯，該遮蔽繞組係電氣純於該輸入繞組， 並電容性祕於該輸織組，藉由該遮蔽敵與該輸出繞組之電容性輛接所 產生的電位，來減少輸人敵與輸織組之間產生的電位差，用以穩定能量 轉換裝置兩側接地端之間的電位，以降低料性電磁干擾；及—輔助繞組環 繞於該鐵制® ’關助繞_電氣墟於該麵繞組麟輸人繞組，並電 γ輕接於該輸峨組。其巾’該輸人繞轉收該輸人雜，透過該鐵芯用 ^輸出等比例於輸入電壓之該輸出電壓，並由該遮蔽繞組與該輔助繞組輸出 等比例於輸入電壓之該供電電壓。 降低傳導性電磁干擾之能量轉換裝置的製作方法為：繞製一輸入繞組於 、戴。周圍、製輔助繞組於該輪入繞組周圍， 組更接近該·，並設置—觀材·該輸人繞組與該獅驗之間。繞製 ^06327 一遮蔽繞級於 並設置1㈣ 該輔助繞組係比該遮蔽繞組更接近該鐵芯， 蔽繞組周圍^料於該辅助繞組與該遮蔽繞組之間。繞製一輸出繞組於該遮 助繞組輿妙+M ' U ’該輸入繞組係比該遮蔽繞μ、該輔 組更接近該鏽/組更接近該戦；該辅助繞組係比該遮蔽繞組與該輪出繞 該遮蔽繞組係比該輸域組更接近該顧。 之詳细更進—步瞭解本發明之特徵及技抽容，請參閱以下有關本發明 加以限制者》 冬町不發明 【實施方式] 請參閱第三圖，本發日聊低料性電磁干擾之能量觀裝置應用於電源 供齡之f路示意圖，种之能量機錢训林發明之—較佳實施例。 此里轉換裝置4〇包含—鐵芯4〇1 ; 一輸入繞組Np環繞於該鐵芯他周圍； 一輸出繞組NS環繞於該鐵芯侧周圍，該輸出繞組％係電容性触於該輸 入繞組NP; -供電電壓Vdd祕於一控制器^，用以提供工作電源卜遮 蔽繞組NA1觀於該鐵芯401周圍，該遮蔽繞組…係電氣輪於該輸入繞 組Np ’並電容_接於該輸出繞线，藉_遮蔽繞組^與該輸出繞組 Ns之電容性輕接所產生的電位，來減少輸入繞組Np與輸出繞组&之間產生 的電位差’用以歡能量轉換裳置_接地端之間的電位，崎低傳導性電 磁干擾；及-輔助繞組Na2環繞於該鐵以01周圍，該輔助繞組4係電氣 耦接於該遮蔽繞組NA1與該輸入繞組Np，並電容性叙接於該輪出繞組叫。 輸入繞組NP(節點8與節點10之間)接收該輸入賴％，而輸入電壓 1306327

Vm將根據輸出繞組Ns(節點i與節點3之間)以及供電繞組Na(節點7與節 點5之間)的線圈E數比’透過該鐵芯4〇1分別由輪出繞組&轉換成輪出電 壓V〇UT ’與供電繞組NA轉換成供電錢Vdd。其中，供電繞組Na(節點7 與節點5之間)係由輔助繞組Na2(節點7與節點6之間)與遮蔽繞组〜(節點 6與節點5之間)雜成。以返驰式轉換器之變壓^為例，其巾上述各繞組的 線圈匝數在相位一致時，可透過公式(丨)與(2)求得： (1) (2) a

Ns VQ ϋ ΝΑ νΌΌ 其中ΝΡ係為輸人繞_線數，同時也表示輸人繞組；&係為輪出繞組 的線圈E數，同時也表示輸出繞組；Na係為供電繞組的線數，同時也 表示供電繞組；^、V。與Vdd則分別為輸人電壓、輸出電壓與供電電壓。 其中辅助繞組na是由遮蔽繞組Nai與獅敝&所組成。 上述之遮蔽繞組NA1的設計原則為：遮蔽繞組知的線圈匝數可依據輸 出繞組Ns設置為相同的線圈錄，並且依據實際繞製上的需要，同時考量 繞線軸的空間與輸出電流的大小，當該遮蔽繞組Nai之線徑小於該輸出繞 組Ns之線控時’該遮蔽繞組Nai須以多線並繞的方式繞滿繞線轴之—整 層。上述之遮蔽繞組Nai的另—設計原則為：該遮蔽繞組&與該輸出繞 組係相差—E之線數，並且依據實際繞製上的需要，啊考量繞線轴 的空間與輸出電流的大小，當該遮蔽繞組&之線徑小於該輸& 之線徑時’該賴繞組Nai須Μ線並_方式繞滿麟軸之_整層。 遮蔽繞組NA1與輸出繞組Ns之線圈，係'可透過多線並繞的方式分別繞滿繞 9 1306327 線轴之一整層。換言之，當遮蔽繞組Nai採用的線徑比輸出繞組Ns小時， 線圈所佔用的高度將大幅減少，可有效減少繞線軸與鐵芯4〇1相合時，空間 不足而損壞的問題。 該遮蔽繞組na1與該輔助繞組Na2之線圈匝數總和，與該輸出繞組Ns 之線圈匝數之比值，係與該供電電壓VDD與該輸出電壓v〇之比值相同。也 就是說，遮蔽繞組NA1與輔助繞組Ναι的線圈匝數總和與供電繞組Na的線 圈匝數相同。另外’遮賊組Nai與獅敵Na2之相絲與輸出繞組叫 之相位相同。_助繞組Na2、輸錄組Ns、輸人繞組Np之線徑選擇以及 線圈匝數的設計係為習知技術，在此不再贅述。 輸入繞組NPi%錄人霞VlN ’ _歡、4()1由輸織組①轉換得到 ’、輸入電壓VIN等比例之輸出電壓Vqut，同時由遮蔽繞組與輔助繞組 I轉換出供電電壓Vdd。由於遮蔽繞組NA1與輔助繞組Na2的線圈阻數總 和係等於供電繞組Na的線難數韻親繞組&與辅助繞組4輸出 之電源可做為控制器q操作所需之電源。 請參閱第四圖，本發餅轉導《针狀能量轉織置之剖面示意 圖。如圖所示，各繞組係以繞線軸(圖中未顯示)為軸心依序將輸人繞組¥ 辅助繞組〜、麵齡Na]雜滅組％較⑽絲上，紐縣鐵— _相合’使各個繞組繞設雜請觸。其中各繞組間係以膠帶㈣ 、疏_從之__為.狀顿Np〗_助触Na ^蚊祝組Να]、 補組近鐵請；遮蔽繞組化比輸出繞組％接近鐵芯姻 ^ka1^,.^Ns.w^4〇i ； lto^NA2tb^^NA] ；；χ 1306327 各、、且、堯組之間的耗接關係為：輪出繞組A與輸入繞組Np係為電容性祕； 遮蚊繞組na1及獅触Na2軸輸峨組&為電雜祕；細繞組. 與遮蔽繞組na1係為電氣轉接；遮蔽繞組Nai及輔助繞組Na2係與輪入繞組 NP為電氣耦接。 ' 本發鴨遮蔽敝Nai與輪域纟a Ns設為相同的細隨，透過遮蔽 * 、論Na1與該輪出敝Ns之電容性祕所產生的電絲減少輪人繞組NP與 輸出繞組Ns之間產生的電位差，用以穩定能量轉換裝置兩側接地端之間的 電位’以降低上述傳導性電磁干擾。本發明之能量讎裝置使用於電源供應 器中，可设置於順向式轉換器之變壓器與職式轉換器之變壓器。 本發明降低料性f磁干擾之能量雜裝置的製作方法為 :於一鐵芯周 圍依序繞製輸入繞組NP、輔助繞組Na2、遮蔽繞組Nai及輸出繞組Ns。首 先’繞製-輸入繞組NP於-鐵芯4〇1周圍；其次，繞製—輔助繞組—於 u輸入賴NP周® ’該輸錢組Np係比關祕組更接職鐵芯4〇1， 鲁 1。又置一絶緣材料於該輸入繞組NP與該辅助繞組—之間。緊接著，繞製 -遮敝繞組na1於該輔助繞組Na2周圍，該辅助繞組—係比該遮蔽繞組Nai 更接近4鐵芯4(U ’並設置—絕緣材料於該輔助繞組Na2與該遮蔽繞組Nai 之間最後，、繞製—輸出繞組&於該遮蔽繞組Ναι爛，該遮蔽繞組Ναι 係比該輸出繞組Ns更接近該鐵芯4〇1 ’並設置該絕緣材料於該遮蔽繞組4 與該輸出繞組Ns之間。 各組繞組與鐵芯4〇1之間的關係為：輸入繞組Np係比輔助繞組Na2、 遮蔽繞組Nai與輸出繞、組Ns更接近該鐵芯4〇1 ;輔助繞組Na2比遮蔽繞組 na1、以及輸出繞組乂接近鐵芯4〇1;遮蔽繞組…比輸出繞組^接近鐵芯 11 1306327 40卜各組繞組之間的輕接關係為 :輸出繞組Ns與輸入繞組Np係為電容性 祕，遮蔽繞組Nai及辅助繞組Na2係與輸出繞組Ns域容性搞接；輔助 繞組Na2與遮蔽繞級系為電氣叙接；遮蔽繞組〜及輔助繞組、係與 輸入繞組Np為電氣耦接。 ' 本發明提出―種降低料性電斜擾之能#轉換裝置錢製方法，在不 需遮蔽電谷、鋼與增設敝下，藉由改變供電繞組的線徑與繞製方式，可 魯有效降低傳導性電磁干擾’同時解決繞製空間不足與繞製成本增加的問題。 、上所述者縣本發明其巾的触實施綱已，並非絲限定本發明 的實施範圍；即凡依本發明申請專利範圍所作的均等變化與修飾，皆為本發 明專利範圍所涵蓋。 1306327 【圖式簡單說明】 第一圖係為習知電源供應器的架構電路示意圖； 第二圖係為習知能量轉換裝置的剖面示意圖； 第三圖係為本發明降低傳導性電磁干擾之能量轉換裝置運用於電源供應 器之電路示意圖；及 第四圖係為本發明降低傳導性電磁干擾之能量轉換裝置之剖面示意圖。 【主要元件符號說明】 〔習知技術〕 電源供應器1 能量轉換裝置10 鐵芯103 寄生電容109 膠帶111 銅箔113 遮蔽電容108 輸入繞組Np 輸出繞組Ns 供電繞組Να 輸出電壓V〇uT 輸入電壓Vrn 供電電壓Vdd 控制器认 切換開關(^ 〔本發明〕 能量轉換裝置40 鐵芯401 膠帶111 輸入電壓Vin 輸出電壓V〇UT 輸入繞組Np 輸出繞組Ns 供電繞組Να 遮蔽繞組NA1 輔助繞組Να2 13 1306327 控制器Uj

切換開關A

14

Claims (1)

1306327 十、申請專利範圍： 卜-種降低傳導性電磁干擾之能量轉換裝置，使用於一電源供應器中， 係連接一輸入電壓，轉換輸出一輪出電壓，包含有： 一鐵怒， 一輸入繞組，環繞於該鐵芯周圍； 一輸出繞組，賴於賴芯賴，顯__電容_接於該輸入 繞組； -供電電壓’ _於-控制器，用以提供卫作電源； -遮蔽繞組’職職齡，該雜敝係接於該輸入繞 組’並電容性麵接於該輸出繞組，藉由該遮蔽繞組與該輸出繞組 之電容性祕所產生的電位，來齡該輸人繞組與該輸出繞組之 間產生的電位差’用以穩定該能量轉換裝置兩侧接地端之間的電 位，以降低傳導性電磁干擾；及 一輔助繞組，環繞於該鐵芯，該 組與該輸入繞組，並電容性耦接於該輸出繞組； 其中’該輪錢組接收該輸人雙，透過該鐵如以輸出等比例於該 輸入電壓之該輸丨賴’並由該遮蔽繞組無獅繞組輸出等比 例於該輪入電壓之該供電電壓。 月專利範圍第1項所述之能量轉換裝置，其中該遮蔽繞組與該輔 線圈E數總和，與該輸出繞組之線圈阻數之比值，係與該供 電電壓與該輪出電壓之比值相同。 3如申°月專利範圍第1項所述之能量轉換裝置，其中該遮蔽繞組之線圈 15 1306327 係繞滿一繞線軸之一整層。 4、如申請專利範圍第i項所述之能量轉換裳置，其中該遮蔽繞組與該輪 出繞組躺_之__，雜麵她之雜掃雜出繞組之 線徑時，該遮蔽繞_以多線並_方式繞滿該繞線軸之一整層。 • 5、如巾請專纖M1酬述之能量轉換m巾該遮蔽繞組與該輪 - 魏纟赠撼—&之_ ，當該魏敝之線徑彳、於該輸出繞級 之線徑時’該遮蔽繞組須以多線並繞的方式繞滿該繞線轴之一整層。 • 6、如申請專利範圍第1項所述之能量轉換裝置，其中該遮蔽繞組與該輔 助繞組之相位係與該輸出繞組之相位相同。 7、 如申請專利範圍第i項所述之能量轉換裝置，其中該輸入繞組係比該 遮蔽繞組、該輔助繞組與該輸出繞組更接近該鐵芯；該輔助繞組係比 該遮蔽繞轉猶规缺紐_芯；麵峨輸出繞組 更接近該鐵芯。 8、 一種能量轉換裝置製作方法，步驟包括： ❿ 、繞製一輪入繞組於-鐵芯周圍； 繞製一輔職_缝人敵，雜人餘舰賴魏組更接 ▲ _鐵芯，並設置-絕緣㈣於該輸人繞組與該輔助繞組之間； 繞製一遮蔽繞組於該輔助繞組關，賴助繞組係比該遮蔽餘更接 近該鐵芯，並設置-絕緣材料於該辅助繞組與該遮蔽繞组 及 ， 繞製一輪__該舰敝觸，該遮鎌_比該如敝更接 近該鐵芯，並設置該絕緣材料於該遮蔽繞組與該輪出繞組之間。 16 1306327 9、^請專利範圍第8項所述之能f轉換裝置製作方法，其中該遮蔽繞 組與該辅助繞組之線難數總和，與該輪出繞組之線圈应數之比值， 係與一供電電壓與一輸出電壓之比值相同。 如申4利範圍第8項所述之能量轉換裝置製作方法，其中該遮蔽繞 組及該輪出繞組之線數，係分別繞滿-繞線轴之一整層。 11、 ^請專利範圍第8項所述之能量轉換裝置製作方法，其中該遮蔽繞 組與該輪出繞組係為相同之線脈數，當該遮蔽繞組讀徑小於該輸 出繞組之線徑時，該遮蔽繞組須以多線並繞的方式繞滿該繞線袖之一 整層。 12、 如申請專利範圍第8項所述之能量轉換裝置製作方法，其中該遮蔽繞 組與該輸峨組係相差^之軸錄，當該魏繞紅線徑小於該 輪出繞組之線徑時，該遮蔽繞組須以多線並繞的方式繞滿該繞線轴之 一整層。 13、 如申請專利範圍帛8項所述之能量轉換裝置製作方法，其中該遮蔽繞 組與該輔助繞組之相位係與該輸出繞組之相位相同。 17