具有共模电流抑制能力的环形变压器-k8凯发

本发明涉及一种具备共模电流抑制能力的环形变压器，属于电能变换领域。

背景技术：

1、环形变压器因具有较低的高度、良好的散热条件、易于实现软线连接等优点，长期以来广泛应用于高振动等严苛环境，如用作航电设备或星载设备中小功率隔离电源的功率变压器。近年来，环形变压器又因其易于实现超低隔离电容、易于集成至pcb与ic等优点，相关应用日益广泛，许多高性能小功率电源设计均采用环形变压器，如低隔离电容的栅极驱动器辅助电源、高压发生器、3d集成功率模块和高频功率ic等。

2、变压器是隔离电源的共模传导emi噪声的主要传播路径。实际产品设计中，通过改善变压器绕组结构实现共模电流抑制是早期阶段实现共模传导emi噪声抑制的最有效手段之一。然而，现有的相关方法几乎都只适用于绕线变压器或平面变压器，没有针对环形变压器的相关方法。因此，找寻适用于环形变压器的、具备共模电流抑制能力的绕组结构是十分必要的。

3、现有采用环形变压器的变换器，很少通过对变压器绕组结构优化来实现共模噪声抑制，变换器往往需要较大的共模滤波器、y电容才能满足emi法规要求。平衡绕组法(如图1)是环形变压器可采用的传统共模电流抑制方法，图中，1表示w1绕组，共n1匝；2表示w2绕组绕组，共n2匝；3表示平衡绕组。其通过在变压器中增加额外的绕组，引入与原共模噪声反相的电流，实现共模电流抵消进而抑制共模噪声，这一方法的缺陷主要在于：(1)平衡绕组虽然不承担功率变换，但依然占据绕线空间，挤占了主绕组的绕线空间；(2)平衡绕组的引入降低了原副边主绕组之间的耦合，使漏感增大；(3)平衡绕组的匝数、位置不易计算确定，需要通过试错实现。

技术实现思路

1、本发明的目是通过对环形变压器绕组结构的优化，实现其共模电流抑制，以降低开关电源变换器的共模传导emi噪声。

2、为了达到上述目的，本发明的具备共模电流抑制能力的环形变压器的具体技术方案如下：

3、一种具有共模电流抑制能力的环形变压器，包括环形磁芯和至少两个绕组，w1绕组和w2绕组的匝数分别为n1，n2，且n1≥n2，绕制绕组时，先采用单铜线在环形磁芯上均匀绕制(n1-n2)匝，作为w1绕组的一部分；再采用屏蔽线在环形磁芯上均匀绕制n2匝，屏蔽线内芯导体作为w2绕组，屏蔽线外层作为w1绕组的一部分；屏蔽线外层的n2匝通过焊接方式与单铜线绕制的(n1-n2)匝连接，串联构成w1绕组的n1匝线圈；w1绕组为原边绕组，w2绕组为副边绕组；或w1绕组为副边绕组，w2绕组为原边绕组。

4、进一步地，还包括w3绕组，w3绕组为原边辅助绕组，采用单铜线后在环形磁芯上继续绕制n3匝作为w3绕组，其中w1绕组为原边绕组，w2绕组为副边绕组。

5、一种具有共模电流抑制能力的环形变压器，包括环形磁芯和至少两个绕组，w1绕组、w2绕组、w3绕组的匝数分别为n1，n2，n3，其中n1≥n2，n3≥n2，w1绕组为原边绕组、w2绕组为副边绕组、w3绕组为原边辅助绕组，绕制绕组时，先采用单铜线在环形磁芯上均匀绕制(n3-n2)匝，作为w3绕组的一部分；再采用屏蔽线在环形磁芯上均匀绕制n2匝，屏蔽线为双层导体结构，屏蔽线内芯导体作为w2绕组，屏蔽线外层作为w3绕组的一部分；屏蔽线外层的n2匝通过焊接方式与单铜线绕制的(n3-n2)匝连接，串联构成w3绕组的n3匝线圈；最后采用单铜线后在环形磁芯上继续绕制n1匝作为w1绕组。

6、一种具有共模电流抑制能力的环形变压器，包括环形磁芯和至少两个绕组，w1绕组和w2绕组的匝数分别为n1，n2，且n1≥n2，绕制绕组时，先采用单铜线在环形磁芯的一侧单层绕制n2匝，作为w2绕组；再在磁芯相对一侧，采用单铜线单层绕制n2匝绕组，作为w1绕组的一部分，w1绕组剩余(n1-n2)匝采用单铜线叠绕在该侧磁芯单层绕制n2匝上，叠绕采用一层或多层叠绕方式；w1绕组为原边绕组，w2绕组为副边绕组；或w1绕组为副边绕组，w2绕组为原边绕组。

7、进一步地，叠绕时，外层绕组的宽度不超过最内层宽度。若无法满足这一要求，最内层可更换线径更粗的铜线单独绕制，叠绕的绕组则仍采用较细的铜线绕制。

8、一种具有共模电流抑制能力的环形变压器，包括环形磁芯和至少两个绕组，w1绕组和w2绕组的匝数分别为n1，n2，设定一个匝数nc，n1≥n2＞nc，

9、绕制绕组时，先在磁芯一侧采用单铜线单层绕制nc匝，作为w2绕组的一部分，w2绕组剩余(n2-nc)匝采用单铜线叠绕在已绕的nc匝单层绕组上，叠绕采用一层或多层叠绕；最终构成w2绕组；在磁芯另一侧，先采用单铜线单层绕制nc匝绕组，作为w1绕组的一部分，w1绕组剩余(n1-nc)匝采用单铜线叠绕在该侧磁芯的nc匝单层绕组上，叠绕采用一层或多层叠绕，最终构成w1绕组；w1绕组为原边绕组，w2绕组为副边绕组；或w1绕组为副边绕组，w2绕组为原边绕组。

10、进一步地，绕在磁芯一侧和另一侧绕组的，两侧绕组的中心呈180度对称分布；

11、进一步地，叠绕时，外层绕组的宽度不应超过最内层。若无法满足这一要求，最内层可更换线径更粗的铜线单独绕制，叠绕的绕组则仍采用较细的铜线绕制。

12、一种具有共模电流抑制能力的环形变压器，包括环形磁芯和至少两个绕组，包括w1绕组、w2绕组和w3绕组三个绕组，w1绕组、w2绕组和w3绕组的匝数分别为n1，n2，n3，其中n1≥n3≥n2且n1、n3、n2不同时相等；w1绕组、w2绕组和w3绕组三个绕组在磁芯上相间排布；设定一个匝数nc，n1，n2，n3均大于nc；绕制绕组时，三个绕组分别先采用单铜线单层绕制nc匝，每个绕的剩余的绕组与该绕组先绕的nc匝叠绕，叠绕采用单层叠绕或多层叠绕；w1绕组为原边绕组，w2绕组为副边绕组，w3绕组为原边辅助绕组。

13、进一步地，w1绕组、w2绕组和w3绕组三个组绕组的中心呈120均匀排布。

14、本发明相比现有技术具有如下有益效果：

15、1、本发明的具备共模电流抑制能力的环形变压器，应用在相应电路拓扑中，均具备共模电流抑制能力。本发明实现共模电流抑制的原理是通过使变压器原副边绕组间存在容性耦合的部分绕组具有相同的电压变化率dv/dt，即使两者间存在电容，由于其电压变化率相同，不会产生共模电流，由此实现了共模电流的抑制。

16、2、本发明中先采用单铜线绕制，再采用屏蔽线绕制的绕组设计，提高了绕组利用率、增加了原副边绕组耦合，有利于降低绕组铜损、减小变压器漏感，进而提升变换器效率。该设计通过将原副边绕组的一部分采用屏蔽线共同绕制，一定程度上增加了两绕组之间的耦合，因此降低了变压器漏感；同时，由于不再需要额外引入平衡绕组或屏蔽绕组，绕线空间完全被承担功率变换的主绕组占据，因此绕组有效铜面积可相对增大，有利于降低绕组铜损。

17、3、本发明中先采用单铜线绕制，再采用屏蔽线绕制的绕组设计，在抑制共模电流的同时，有望进一步减小变压器隔离电容，有利于减小变换器漏电流。该设计与单层绕制相比，叠绕后原副边绕组对磁芯的正对面积更小，因此通过磁芯产生的耦合电容容值得到减小，即原副边之间的隔离电容变小。

18、4、本发明中各绕组采用相间排布的绕制方式，以及分别叠绕的方式，具备共模电流抑制能力。

19、5、本发明所提出的两种绕组结构，实施简单，易于机器自动化生产；同时，两种结构可推广至多绕组环形变压器应用，具有通用性。