[發明專利]具有調諧漏電感和共模噪聲補償的能量傳遞組件

有效

• 申請號: 201110392506.8
• 申請日: 2011-12-01
• 公開（公告）號: CN102486960A
• 公開（公告）日: 2012-06-06
• 發明（設計）人: J·E·夸德拉;J·R·埃斯塔布魯克斯;R·K·奧爾
• 申請（專利權）人: 電力集成公司
• 主分類號: H01F27/30
• 分類號: H01F27/30;H01F27/28;H03K19/0175
• 代理公司: 北京北翔知識產權代理有限公司 11285
• 代理人: 楊勇;鄭建暉

技術領域

本發明總體涉及能量傳遞(energy?transfer)。更具體而言，本發明涉及可用于諧振功率變換器(resonant?power?converter)中的能量傳遞組件。

背景技術

變壓器在電路中被用作能量傳遞元件，以將來自輸入電路的能量通過磁場以電氣隔離的方式傳遞至輸出電路。通常，電壓器包括初級繞組和次級繞組。初級繞組連接至輸入電路，次級繞組連接至輸出電路。初級繞組和次級繞組被卷繞在公共繞線管的整個長度上，該繞線管被安裝在一個磁芯上。由于磁芯材料的導磁率比周圍空氣高得多，因此在變壓器中傳輸能量的主磁通量穿過磁芯中的磁場。然而，每個繞組的磁通量的一部分還穿過該同一繞組周圍的空氣，這通常被稱為漏磁通量，并且導致被稱為漏電感的自感。在一些情形中，變壓器的漏電感被認為是不希望出現的寄生電感，但在另一些情形中，變壓器的漏電感實際上被用作電路設計的所需電感的一部分。

在已知的變壓器中，初級繞組和次級繞組一般被完全交疊地一個疊一個地卷繞，并且初級繞組和次級繞組中的每一個都基本上覆蓋整個繞線管長度，如果需要的話包括任何邊緣隔離(marginal?isolation)。在其他已知的變壓器中，初級繞組和次級繞組被沿著繞線管的長度并排卷繞，初級繞組和次級繞組中的每一個覆蓋某一百分比的繞線管長度，如果需要的話包括任何邊緣隔離。

當初級繞組和次級繞組被以完全交疊結構卷繞時，每個繞組產生的磁通量的大部分共同位于繞組之間，由此使漏電感最小化。另外，當初級繞組和次級繞組完全交疊時，由于在繞組的相鄰層之間或鄰近層之間的電勢差，在初級繞組和次級繞組之間形成寄生電容(Cparasitic)耦合路徑，該寄生電容耦合路徑在初級繞組和次級繞組之間形成共模(CM)噪聲的低阻抗路徑，所述共模噪聲一般具有處于較高的MHz量級的噪聲頻率(1/C_parasitic＊ω_noise，其中ω_noise＝2πF_noise是CM噪聲頻率的角速度)。CM噪聲同時沿兩條輸入線(input?line)傳播，且供所述CM噪聲返回源的路徑通過地。在初級線圈和次級線圈之間的電容耦合為CM噪聲提供了從初級繞組到次級繞組并且從次級線圈通過次級線圈的寄生電容到地的路徑，通過該路徑，CM噪聲返回至輸入源。這引起電磁干擾(EMI)問題，并且可導致電磁兼容性(EMC)調節測試(regulatory?testing)方面的故障。

在具有以并排結構卷繞的初級繞組和次級繞組的變壓器中，與具有以完全交疊結構卷繞的初級繞組和次級繞組的變壓器相比，在每個繞組周圍產生的穿過空氣的磁通量的相對量較大，且漏磁通量增加。另一方面，初級繞組和次級繞組之間的電容耦合被最小化，這由此使得CM噪聲和EMI問題被最小化。

開關式變換器通常使用變壓器或其他類型的能量傳遞元件。在HF開關式變換器中，變壓器設計通常是一項復雜的任務，因為隨著開關脈沖的頻率增加，諸如在數百kHz的范圍內，變壓器漏泄阻抗變得越來越起主導作用(L_leakage＊ω_switch，其中ω_switch是開關頻率的角速度)。

另外，CM噪聲在具有HF輸入方波脈沖的開關式變換器中也是一個關注點。被發現存在于HF輸入方波脈沖中的銳沿可導致初級繞組中的甚高頻(VHF)噪聲(角速度為ω_noise)，所述甚高頻噪聲通過地形成返回路徑。例如，在HF變壓器隔離的電源中，繞組層之間的寄生電容耦合形成低阻抗路徑(1/C_parasitic＊ω_noise)。帶有VHF噪聲的CM噪聲通過該路徑被從初級繞組傳導到次級繞組。此外，來自次級繞組的噪聲通過次級繞組對地的寄生電容返回至輸入地，這產生EMI噪聲問題——所述EMI噪聲問題在EMI掃描中呈現為開關頻率諧波處的高振幅尖峰，并且是導致EMC調節測試方面的故障的一個常見原因。

發明內容

根據本發明的一方面，提供一種供用于諧振功率變換器的能量傳遞組件，該能量傳遞組件包括：

第一繞組，其繞一個繞線管卷繞，該繞線管被安裝在一個磁芯上，所述第一繞組在沿著所述繞線管的長度最接近于第一末端處具有第一數目的層，所述第一繞組在沿著所述繞線管的長度最接近于第二末端處具有第二數目的層；以及