一种集成Y电容的平面变压器结构制造技术

本发明专利技术公开了一种集成Y电容的平面变压器，涉及电磁兼容和磁性元器件设计领域。一次侧绕组与二次侧绕组交错排列，其寄生电容改善了二次侧整流二极管的噪声传导路径。辅助绕组一端与原边地相连，另一端悬空，与二次侧绕组形成集成Y电容(CY)，改善了一次侧开关管和二次侧整流二极管的噪声传导路径。本发明专利技术在保持完全交叉换位结构平面变压器低漏感、高效率优点的前提下，利用了一次侧绕组与二次侧绕组之间的寄生电容，使其成为了引导噪声的低阻抗路径，几乎消除了级间电容带来的不利影响，可以有效减小开关电源对外的传导噪声干扰。同时通过将Y电容集成，可以进一步减小开关电源的面积，有利于开关电源的小型化，提高了开关电源的功率密度。的功率密度。的功率密度。

【技术实现步骤摘要】
一种集成Y电容的平面变压器结构


[0001]本专利技术涉及开关电源
，尤其涉及电磁兼容和磁性元器件设计。

技术介绍

[0002]随着便携式电子设备的快速发展，人们对于充电设备的充电速度的提高及体积的减小提出了越来越高的要求。提高开关频率是减小体积、提高效率的有效手段，但是会加剧开关电源的EMI问题。
[0003]平面变压器相比于传统变压器而言，在高度、体积和质量上有着显著的优势，同时对于寄生电容的控制更容易，可以加以利用成为噪声回流的路径。平面变压器导体的薄型结构可以降低高频效应带来的影响，从而降低损耗。同时平面变压器结构中原边与副边耦合更为紧密，因此可以降低漏感，减少漏感带来的额外噪声。平面变压器绕组交错排列可以减小变压器的漏感，降低变压器的损耗，但是会带来更大的级间电容，对EMI带来不利影响，同时屏蔽层设计也很困难。
[0004]Y电容可以有效降低高频段的共模干扰，但是添加Y电容往往需要设计额外的回路和使用额外的安规电容，且可能会带来PCB布线上的困难。且较长的PCB走线和电容引脚、接触点等的寄生电感，会降低Y电容的性能。

技术实现思路

[0005]技术问题：本专利技术针对添加Y电容带来的技术问题，提出了一种集成Y电容的平面变压器结构。该结构在保持完全交叉换位结构平面变压器低漏感、高效率优点的前提下，利用了一次侧绕组与二次侧绕组之间的寄生电容，使其成为了引导噪声的低阻抗路径，几乎消除了级间电容带来的不利影响，可以有效减小开关电源对外的传导噪声干扰。同时通过将Y电容集成，可以进一步减小开关电源的面积，有利于开关电源的小型化，提高了开关电源的功率密度。
[0006]技术方案：为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种集成Y电容的平面变压器，该平面变压器包括一次侧绕组，二次侧绕组，辅助绕组、顶部磁芯和底座磁芯；所述一次侧绕组与二次侧绕组交错排列；所述辅助绕组位于二次侧绕组旁，辅助绕组的一端与原边地相连，与二次侧绕组形成集成Y电容；所述一次侧绕组的两个端口分别为第一端口和第二端口，所述第一端口与一次侧外部电路热点相连，所述第二端口与一次侧外部电路冷点相连；所述二次侧绕组的两个端口分别为第三端口和第四端口，所述第三端口与二次侧外部电路冷点相连，所述第四端口与二次侧外部电路热点相连；所述冷点为电路工作时电压没有变化的点，所述热点为电路工作时电压变化的点。
[0007]其中：
[0008]所述的第一端口与第四端口之间形成第一寄生电容，第二端口与第四端口之间形成第二寄生电容，第二端口与第三端口之间形成第三寄生电容，第二寄生电容与第三寄生电容为二次侧整流二极管产生的噪声提供了一条低阻抗的流动路径，噪声电流不经过大地
回流到二次侧整流二极管；所述一次侧绕组与二次侧绕组之间的其他寄生电容均很小，忽略不计。
[0009]所述辅助绕组一个端口与一次侧原边地相连，另一端口悬空；所述辅助绕组和二次侧绕组形成集成Y电容，所述集成Y电容两端分别连接二次侧第三端口：第三端口和一次侧原边地，使得一次侧的开关管通过其他寄生电容流入二次侧冷点的噪声电流通过此集成Y电容回流到开关管。
[0010]所述一次侧绕组与二次侧绕组的每层匝数及层数可调，以满足各种匝比设计。
[0011]所述辅助绕组和二次侧绕组冷点之间的集成Y电容以及一次侧绕组和二次侧绕组之间的其他寄生电容满足平板电容器电容值的计算公式：C＝εS/d。所述绕组之间的正对面积S用圆环的面积计算公式进行估算，所述介电常数ε由选用的PCB板材决定，所述平板间距d由PCB板材的绝缘层厚度决定。
[0012]所述一次侧绕组、二次侧绕组、辅助绕组的每层线宽尽可能大，以获得最低的损耗和最大的寄生电容正对面积S，从而获得最高的效率和最大的寄生电容值。
[0013]所述辅助绕组和二次侧绕组采用多层并联结构互相交错以增大所述集成Y电容的正对面积S，并且适当减小绝缘层厚度d，以提高所述集成Y电容的容值，获得更好的降噪效果。
[0014]所述辅助绕组与二次侧冷点所在第三端口以外的端口之间的寄生电容都很小。
[0015]所述二次侧整流二极管产生的部分噪声，通过辅助绕组形成的集成Y电容、原边地、母线电容、原边正、一次侧与二次侧第二寄生电容回流到二次侧整流二极管。
[0016]有益效果：与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0017]1.将Y电容集成到平面变压器中，不需要使用额外的分离元器件，避免了PCB走线和电容引脚、接触点等的寄生电感，可以减小PCB的面积，有利于开关电源的小型化。
[0018]2.本专利技术充分利用了一次侧绕组与二次侧绕组之间的寄生电容，使其成为了引导噪声的低阻抗路径，几乎消除了级间电容带来的不利影响，可以有效减小开关电源对外的高频传导噪声干扰。
[0019]3.本专利技术还可以在不添加屏蔽层的情况下，保留了一次侧绕组和二次侧绕组完全交叉换位结构低漏感、高效率的优势，从而减小了漏感可能带来的噪声干扰，同时提高了开关电源的效率。
附图说明
[0020]图1为本专利技术一个实施例的集成Y电容的平面变压器结构示意图。
[0021]图2为本专利技术一个实施例的传统分立器件Y电容结构示意图。
[0022]图3为本专利技术一个实施例的平面变压器集成Y电容结构示意图。
[0023]图4为本专利技术一个实施例的噪声主要传导路径示意图。
[0024]图中有：
[0025]1.一次侧绕组；
[0026]2.二次侧绕组；
[0027]3.辅助绕组；
[0028]4.顶部磁芯；
[0029]5.底座磁芯；
[0030]NC.悬空
[0031]A：第一端口；即一次侧绕组和一次侧外部电路热点相连的点；
[0032]B：第二端口；即一次侧绕组和一次侧外部电路冷点相连的点；
[0033]C：第三端口；即二次侧绕组和二次侧外部电路冷点相连的点；
[0034]D：第四端口；即二次侧绕组和二次侧外部电路热点相连的点；
[0035]CY：集成Y电容；即通过辅助绕组和二次侧绕组分布电容形成的集成Y电容；
[0036]PGND：原边地；
[0037]Vin：原边正；
[0038]Cad：第一寄生电容；即第一端口A与第四端口D之间的寄生电容；
[0039]Cbd：第二寄生电容；即第二端口B与第四端口D之间的寄生电容；
[0040]Cbc：第三寄生电容；即第二端口B与第三端口C之间的寄生电容；
[0041]Cac：第四寄生电容；即第一端口A与第三端口C之间的寄生电容；
[0042]Cab：第五寄生电容；即第一端口A与第二端口B之间的寄生电容；
[0043]Ccd：第六寄生电容；即第三端口C与第四端口D之间的寄生电容；
[0044]Q1：开关管；
[0045]D1：整流二极管；
[0046]Lm：励磁电感；
[0047]Lr：漏感；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成Y电容的平面变压器，其特征在于，该平面变压器包括一次侧绕组(1)，二次侧绕组(2)，辅助绕组(3)、顶部磁芯(4)和底座磁芯(5)；所述一次侧绕组(1)与二次侧绕组(2)交错排列；所述辅助绕组(3)位于二次侧绕组(2)旁，辅助绕组(3)的一端与原边地(PGND)相连，与二次侧绕组(2)形成集成Y电容(CY)；所述一次侧绕组(1)的两个端口分别为第一端口(A)和第二端口(B)，所述第一端口(A)与一次侧外部电路热点相连，所述第二端口(B)与一次侧外部电路冷点相连；所述二次侧绕组(2)的两个端口分别为第三端口(C)和第四端口(D)，所述第三端口(C)与二次侧外部电路冷点相连，所述第四端口(D)与二次侧外部电路热点相连；所述冷点为电路工作时电压没有变化的点，所述热点为电路工作时电压变化的点。2.根据权利要求1所述的一种集成Y电容的平面变压器，其特征在于，所述的第一端口(A)与第四端口(D)之间形成第一寄生电容(Cad)，第二端口(B)与第四端口(D)之间形成第二寄生电容(Cbd)，第二端口(B)与第三端口(C)之间形成第三寄生电容(Cbc)，第二寄生电容(Cbd)与第三寄生电容(Cbc)为二次侧整流二极管(D1)产生的噪声提供了一条低阻抗的流动路径，噪声电流不经过大地回流到二次侧整流二极管(D1)；所述一次侧绕组(1)与二次侧绕组(2)之间的其他寄生电容均很小，忽略不计。3.根据权利要求1所述的一种集成Y电容的平面变压器，其特征在于，所述辅助绕组(3)一个端口与一次侧原边地(PGND)相连，另一端口悬空(NC)；所述辅助绕组(3)和二次侧绕组(2)形成集成Y电容(CY)，所述集成Y电容(CY)两端分别连接二次侧第三端口(C)：第三端口(C)和一次侧原边地(PGND)，使得一次侧的...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱钦松，徐诗云，许胜有，孙伟锋，时龙兴，
申请(专利权)人：东南大学—无锡集成电路技术研究所，
类型：发明
国别省市：