变压器装置、电路装置和用于操作变压器装置的方法制造方法及图纸

变压器装置包括磁耦合的初级绕组和次级绕组。变压器装置还包括补偿装置，其被电路化以提供初级绕组的端子与次级绕组的端子之间的链路。补偿装置被配置为使得通过初级绕组和次级绕组的磁通的变化在补偿装置中感应电压。补偿装置包括至少一个耦合电容器，其被配置为阻断DC电流并且使由感应电压引起的电流通过。补偿装置被配置为使用由感应电压引起的电流来至少部分地补偿由初级绕组和次级绕组之间的绕组间电容引起的电流。

Transformer device, circuit device and method for operating transformer device

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】变压器装置、电路装置和用于操作变压器装置的方法
根据本专利技术的实施例涉及变压器装置、电路装置和用于操作变压器装置的方法。根据本专利技术的实施例涉及平面变压器的共模噪声消除。
技术介绍
平面变压器用于DC/DC(DC表示直流)功率转换，以提供电平变换、能量传输或电气隔离的目的。在平面变压器中，绕组被实现为铜线以形成必要的绕组。绕组由PCB(印刷电路板)绝缘材料隔开。在操作中，绕组使电压电平交变。初级绕组与次级绕组的接近导致变压器输入和输出之间的电容耦合。这产生AC(AC表示交流)电流，其被视为变压器的初级侧和次级侧之间的共模噪声。共模噪声降低了次级侧供电电路的性能。因此，期望获得在降低共模噪声、效率和成本之间做出更好的折衷的概念。
技术实现思路
根据本专利技术的实施例涉及包括初级绕组和次级绕组的变压器装置。初级绕组和次级绕组是磁耦合的。变压器装置还包括补偿装置。补偿装置被电路化(被电路化也可以理解为被布置或配置)以在初级绕组的端子与次级绕组的端子之间提供链路(例如，这可以是AC链路，或例如DC阻断AC链路)。变压器装置的补偿装置被配置为使得通过初级绕组和次级绕组的磁通的变化在补偿装置中(例如，沿导线)感应电压。补偿装置还包括至少一个耦合电容器(例如，串联连接)，其被配置为阻断DC电流(例如，在初级绕组的端子与次级绕组的端子之间，或者沿链路)并使由感应电压引起的电流(例如，流向次级绕组端子的电流)通过。补偿装置被配置为使用由感应电压引起的电流来至少部分地补偿由初级绕组和次级绕组之间的绕组间电容引起的寄生电流(分别为共模噪声)。因此，可以在不显著增加组件数量或变压器尺寸的情况下显著降低共模噪声。该实施例基于如下的构思，使用补偿装置可有效抵消由初级绕组和次级绕组之间的寄生电容耦合引起的共模噪声，该补偿装置在初级绕组的端子和次级绕组的端子之间提供AC链路，并受到通过初级绕组和次级绕组的公共磁通的变化的影响，因为由补偿装置内感应的电压引起并流过耦合电容器的电流可以调谐以抵消由初级绕组和次级绕组之间的寄生耦合引起的电流。因此，流过补偿装置的电流有效地减小了次级侧的共模失真，因为它至少部分地补偿了由初级绕组和次级绕组之间的寄生电容引起的电流。已经发现，在这种补偿装置中引起的电流的相位非常适合于减小共模失真，该补偿装置包括在第一绕组的端子与第二绕组的端子之间延伸的导体和串联耦合电容器。例如，在补偿装置中感应的电压的相位通常与施加到初级绕组的输入电压呈固定(或近似固定)的相位关系，并且串联耦合电容器具有以下效果：当与由初级绕组和次级绕组之间的寄生电容引起的电流相比时，由补偿装置注入到次级绕组的端子中的电流基本上是180度异相的。例如，可以通过适当选择耦合电容器的电容值以良好的精度调节补偿装置注入(或提供)的电流的绝对值(其中，例如，可以将由耦合电容器注入的电流的绝对值设置为与由寄生电容引起的电流之差不超过30％，或不超过20％)。因此，不再需要用于减少共模失真的替代构思，其通常占用空间或对损耗和效率产生负面影响。相应的变压器装置是基于以下认识的：在变压器的运行中，磁通变化沿补偿装置的导体(例如，可以使用PCB上的铜迹线实现的导线)感应电压。磁通变化与初级绕组(也称为初级绕组集)的电压变化有关。因此，感应的导线电压(例如，在补偿装置中感应的电压)与输入电压变化(或输入电压)确实具有精确的相位和大小关系，而另一方面是绕组间耦合产生共模噪声的原因。导线感应的电压(例如，在补偿装置中感应的电压)作为AC电流经由附加电容器馈送到次级接地侧。换言之，由导线感应的电压引起的AC电流可以作为AC电流经由附加电容器馈送到次级接地侧。如果导线感应的电压的极性(可以由导线延伸的路径确定，并且例如可以取决于导线是在变压器的铁芯的上半部还是下半部中布线的决定，或者例如可以通过设计确定，其中导线按顺时针方向或逆时针方向缠绕)和消除电容器被选择正确，可以通过这些方式(至少部分地)抵消总的共模噪声。(例如通过补偿装置)获取实际的铁芯磁通变化的好处是，无论变压器在什么负载条件下运行，这都是初级电压变化的精确副本。例如，在补偿装置中感应的电压可以是初级电压的精确(可能成比例的)副本。因此，根据本专利技术的装置允许使用经由耦合电容器耦合到次级绕组的电流来补偿由寄生电容感应的电流。因此，不再需要最小化初级绕组和次级绕组之间的寄生电容。因此，根据本专利技术的解决方案优于常规的解决方案。例如，为了避免电容耦合，在现有技术中指出，在布局设计阶段减小绕组间电容。这可以通过在初级绕组和次级绕组之间增加间距或减小横截面来实现。通常，这会导致可用铁芯体积内的铜利用率降低。这会增加铜迹线电阻，其导致更高的功率损耗(DCR)或需要更大的铁芯尺寸以实现目标功率能力。所提出的专利技术不需要在布局期间在PCB变压器中增加层间距，也不需要对初级到次级截面进行特殊处理。其允许充分利用可用的变压器铁芯体积。如果无法通过线圈设计来降低共模噪声，则在相应的电容器添加共模滤波元件(如共模扼流圈)是目前的技术水平。这种方法需要额外的组件，其增加了电路的空间和成本。利用所提出的专利技术，可以避免或减少外部滤波电路。其允许在首次原型制造后调整实际的共模噪声行为。总之，应当注意，本专利技术的变压器装置能够显著降低共模噪声，其中可以放宽初级绕组和次级绕组之间的解耦要求，并且其中变压器装置的布局可以比具有相同效率的现有变压器更小，从而可以降低成本。在变压器装置的优选实施例中，绕组是平面变压器的一部分。这表示绕组的线圈例如位于一个平面层中或多个平面层中，并且如果变压器是多层变压器，则它包括一个以上的具有线圈的平面层。因此，变压器装置可以非常小。此外，由于在平面电容器中绕组之间的寄生电容耦合通常较大，因此在这种平面电容器中使用补偿装置特别有利。此外，例如，可以在这种平面电容器中以较小的努力来实现补偿装置，例如，使用平面层上的迹线作为补偿装置的导体。在变压器装置的优选实施例中，初级绕组和/或次级绕组是中心抽头方式的。中心抽头例如可以是沿变压器绕组的中途的点的接触点。但是中心抽头可能不一定在中点，而可能更靠近一端。变压器装置可以具有例如多层初级绕组和/或多层次级绕组。在这种设计中，例如，一半的线圈连接到绕组的第一端子和中心抽头，而其他层中的另一半线圈连接到绕组的第二端子和中心抽头。这具有的优点是，绕组可以仅设置有至少三个端子，这可能有助于驱动变压器的初级绕组或从变压器的次级绕组获得输出电压。具有中心抽头可以使得能够设计对称电路。例如，补偿装置可以在初级绕组的中心抽头和次级绕组的中心抽头之间被电路化，因此可以帮助避免在初级和次级绕组的中心抽头处的电势之间的动态电势移位。在变压器装置的优选实施例中，中心抽头是基准电势节点。因此，例如，输入电压可以被交替地施加到初级绕组的第一端子和第二端子，这导致磁通方向的变化(例如，不具有相对于输入侧基准电势的不同极性的输入电压)。另外，应当注意，初级侧基准电势和次级侧基准电势可以相对于彼此独立或浮动。因此，补偿装置可以例如通过提供抵消由寄生电容耦合引起的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变压器装置(100；200；300；400；500)，包括：/n初级绕组(110；210，219a，219b；510a，510b)和次级绕组(120；220，229a，229b；520a，520b)，其中，所述初级绕组(110；210，219a，219b；510a，510b)和所述次级绕组(120；220，229a，229b；520a，520b)磁耦合(130；360；530)；以及/n补偿装置(140；230；330；420；540)，其中，所述补偿装置(140；230；330；420；540)被电路化以提供所述初级绕组(110；210，219a，219b；510a，510b)的端子(112；212；340；430；512)与所述次级绕组(120；220，229a，229b；520a，520b)的端子(122；222；350；440；522)之间的链路；/n其中，所述补偿装置(140；230；330；420；540)被配置为使得通过所述初级绕组(110；210，219a，219b；510a，510b)和所述次级绕组(120；220，229a，229b；520a，520b)的磁通(130；360；530)的变化在所述补偿装置(140；230；330；420；540)中感应出电压；并且/n其中，所述补偿装置(140；230；330；420；540)包括至少一个耦合电容器(144；234；336；424；544)，所述至少一个耦合电容器(144；234；336；424；544)被配置为阻断直流电流并且使由所感应的电压引起的电流(146；236；334；546)通过；并且/n其中，所述补偿装置(140；230；330；420；540)被配置为至少部分地补偿由所述初级绕组(110；210，219a，219b；510a，510b)与所述次级绕组(120；220，229a，229b；520a，520b)之间的绕组间电容(152；242；552)引起的电流(150；240；550)。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种变压器装置(100；200；300；400；500)，包括：
初级绕组(110；210，219a，219b；510a，510b)和次级绕组(120；220，229a，229b；520a，520b)，其中，所述初级绕组(110；210，219a，219b；510a，510b)和所述次级绕组(120；220，229a，229b；520a，520b)磁耦合(130；360；530)；以及
补偿装置(140；230；330；420；540)，其中，所述补偿装置(140；230；330；420；540)被电路化以提供所述初级绕组(110；210，219a，219b；510a，510b)的端子(112；212；340；430；512)与所述次级绕组(120；220，229a，229b；520a，520b)的端子(122；222；350；440；522)之间的链路；
其中，所述补偿装置(140；230；330；420；540)被配置为使得通过所述初级绕组(110；210，219a，219b；510a，510b)和所述次级绕组(120；220，229a，229b；520a，520b)的磁通(130；360；530)的变化在所述补偿装置(140；230；330；420；540)中感应出电压；并且
其中，所述补偿装置(140；230；330；420；540)包括至少一个耦合电容器(144；234；336；424；544)，所述至少一个耦合电容器(144；234；336；424；544)被配置为阻断直流电流并且使由所感应的电压引起的电流(146；236；334；546)通过；并且
其中，所述补偿装置(140；230；330；420；540)被配置为至少部分地补偿由所述初级绕组(110；210，219a，219b；510a，510b)与所述次级绕组(120；220，229a，229b；520a，520b)之间的绕组间电容(152；242；552)引起的电流(150；240；550)。


2.根据权利要求1所述的变压器装置(100；200；300；400；500)，其中，所述绕组是平面变压器的一部分。


3.根据权利要求1或权利要求2所述的变压器装置(100；200；300；400；500)，其中，所述初级绕组(110；210，219a，219b；510a，510b)和/或所述次级绕组(120；220，229a，229b；520a，520b)是中心抽头(212；222；340；350；430；440；512；522)方式的。


4.根据权利要求3所述的变压器装置(100；200；300；400；500)，其中，所述中心抽头(212；222；340；350；430；440；512；522)是基准电势节点。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的变压器装置(100；200；300；400；500)，其中，所述初级绕组(110；210，219a，219b；510a，510b)和所述次级绕组(120；220，229a，229b；520a，520b)具有至少一个线圈(218，218a-218j；228，228a-228h)，所述至少一个线圈(218，218a-218j；228，228a-228h)具有至少一匝。


6.根据权利要求5所述的变压器装置(100；200；300；400；500)，其中，所述初级绕组(110；210，219a，219b；510a，510b)和所述次级绕组(120；220，229a，229b；520a，520b)包括被布置在多层结构的不同层中的多个线圈(218，218a-218j；228，228a-228h)，其中，不同的线圈(218，218a-218j；228，228a-228h)形成围绕磁通导体(130；250；360；410；530，570)延伸的绕组。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的变压器装置(100；200；300；400；500)，其中，所述初级绕组(110；210，219a，219b；510a，510b)和所述次级绕组(120；220，229a，229b；520a，520b)是使用E铁芯(250；410；570)耦合的，所述E铁芯(250；410；570)被配置为引导所述磁通(130；360；530)。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的变压器装置(100；200；300；400；500)，其中，由所述补偿装置(140；230；330；420；540)提供的链路是所述初级绕组(110；210，219a，219b；510a，510b)的端子(112；212；340；430；512)与所述次级绕组(120；220，229a，229b；520a，520b)的端子(122；222；350；440；522)之间的DC阻断AC链路。


9.根据权利要求1至8中任一项所述的变压器装置(100；200；300；400；500)，其中，所述补偿装置(140；230；330；420；540)包括与电容器(144；234；336；424；544)串联的导线(142；232；332；422；542)。


10.根据权利要求9所述的变压器装置(100；200；300；400；500)，其中，所述补偿装置(140；230；330；420；540)的导线(142；232；332；422；542)包括至少一半的绕组，所述至少一半的绕组完全位于所述初级绕组(110；210，219a，219b；510a，510b)的线圈(218，218a-218j)的、垂直于布置有线圈(218，218a-218j)的平面的投影中。


11.根据权利要求9至10中任一项所述的变压器装置(100；200；300；400；500)，其中，所述导线(142；232；332；422；542)被缠绕使得通过所述初级绕组(110；210，219a，219b；510a，510b)和所述次级绕组(120；220，229a，229b；520a，520b)的磁通(130；360；530)的变化在所述导线(142；232；332；422；542)的两端之间感应出电压。


12.根据权利要求9至11中任一项所述的变压器装置(100；200；300；400；500)，其中，所述导线(142；232；332；422；542)被布置为至少部分地包围磁铁芯(130；250；360；410；530，570)，所述初级绕组(110；210，219a，219b；510a，510b)和所述次级绕组(120；220，229a，229b；520a，520b)被布置为围绕所述磁铁芯(130；250；360；410；530，570)。


13.根据权利要求10所述的变压器装置(100；200；300；400；500)，其中，所述补偿装置(140；230；330；420；540)的导线(142；232；332；422；542)的绕组方向被配置为使得由所述补偿装置(140；230；330；420；540)中感应的电压引起的电流(146；236；334；546)的极性与由所述初级绕组(110；210，219a，219b；510a，510b)和所述次级绕组(120；220，229a，22...

【专利技术属性】
技术研发人员：安东·托马，
申请(专利权)人：爱德万测试公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP