一种集成共模电感功能的PCB平面变压器及其设计方法技术

本申请涉及一种集成共模电感功能的PCB平面变压器及其设计方法，属于变压器技术领域，其应用于反激式开关电源中，包括：磁芯、PCB板和噪声抑制电路，所述PCB板嵌装于所述磁芯中，所述噪声抑制电路设置于所述PCB板上，所述噪声抑制电路包括初级绕组、次级绕组和屏蔽绕组；所述屏蔽绕组设置于初级绕组和次级绕组之间，所述屏蔽绕组设有用于平衡初次级之间电流的开口；所述初级绕组和所述次级绕组之间设有加强电容，所述加强电容设置于初级绕组热端和次级绕组热端之间，用于吸收共模噪声电流。本申请具有减少甚至消除共模噪声，提高开关电源噪声抑制性能的效果。噪声抑制性能的效果。噪声抑制性能的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种集成共模电感功能的PCB平面变压器及其设计方法


[0001]本申请涉及变压器设计
，尤其是涉及一种集成共模电感功能的PCB平面变压器及其设计方法。

技术介绍

[0002]近年来，电子通讯终端产品发展迅速，在小功率消费类电子应用中，反激式开关电源由于其结构简单、提交小、效率高、输出稳定好等优而被广泛应用。但是开关电源在工作过程中容易遭受噪声干扰，开关电源遭受的噪声包括来自于外界的噪声，自身开关器件关断和导通产生的噪声，在整流二极管反向恢复产生的噪声，自身电路中的电容、电感以及导线产生的噪声；这些噪声信号会沿着电路网络传导和辐射到用电设备，并会导致该用电设备遭受电磁干扰（electro
‑
magnetic interference , EMI），因此开关电源在面市之前都需要通过EMI测试。
[0003]共模噪声是构成电磁干扰的典型组成部分，共模噪声主要包括由开关电源电路各参数间相互作用而产生的对参考地之间的噪声，平面变压器绕组间存在寄生电容因此在开关电源运行时会产生大量的共模噪声，形成关断电压尖峰；尤其是在追求小、轻、薄的设计的同时，平面变压器在电源设计中的应用更为广泛，因此对抑制共模噪声提出了更高的要求。
[0004]为了减少共模电磁干扰，通常在变压器初级绕组和次级绕组之间（以下简称“初次级之间”）加入法拉第屏蔽层来减少绕组间的电容耦合,但在实际变压器设计和制作中灵活性低且对电磁干扰分析造成影响。

技术实现思路

[0005]为了减少甚至消除共模噪声，提高开关电源噪声抑制性能，本申请提供一种集成共模电感功能的PCB平面变压器及其设计方法。
[0006]第一方面，本申请提供一种集成共模电感功能的PCB平面变压器，采用如下的技术方案：一种集成共模电感功能的PCB平面变压器，其应用于反激式开关电源中，包括：磁芯、PCB板和噪声抑制电路，所述PCB板嵌装于所述磁芯中，所述噪声抑制电路设置于所述PCB板上，所述噪声抑制电路包括初级绕组、次级绕组和屏蔽绕组；所述屏蔽绕组设置于初级绕组和次级绕组之间，所述屏蔽绕组设有用于平衡初次级之间电流的开口；所述初级绕组和所述次级绕组之间设有加强电容，所述加强电容设置于初级绕组热端和次级绕组热端之间，用于吸收共模噪声电流。
[0007]通过采用上述技术方案，通过在屏蔽绕组上设置开口来降低次级对屏蔽地的总杂散电容，以此来对初次级之间的电流进行平衡，设置加强电容来进一步配平共模噪声，降低生产难度，同时提高配平效果；通过开口和加强电容的设计，抑制高频能量，从而达到平衡
传导发射与辐射发射的效果，减少外围EMI抑制器件的使用，降低生产成本，提高开关电源的效率，获得较理想的抑制电磁干扰的效果，缩短开关电源的开发周期，提高开发效率。
[0008]优选地，所述屏蔽绕组与次级绕组之间设有匹配电容，所述匹配电容设置于次级绕组热端和屏蔽地之间，用于吸收初次级之间的共模噪声。
[0009]通过采用上述技术方案，设置匹配电容既可以在屏蔽层设计后在实际生产中导致C
ssh
过小的情况发生时进行修正，同时还可以通过匹配电容吸收初次级之间释放出来的多余能量。
[0010]优选地，所述加强电容和匹配电容为分立可调电容，所述加强电容设置于PCB板顶层或底层，所述匹配电容设置于PCB板顶层或底层。
[0011]通过采用上述技术方案，加强电容和匹配电容可以根据实际生产时所对应的产品部件测试值进行设定调整，以更好地降低生产精度对消除误差产生的影响。
[0012]优选地，所述屏蔽绕组和所述次级绕组的匝数相同、走线宽度一致、绕线方向相反。
[0013]优选地，所述PCB板为多层印刷电路板，其包括绝缘层、副边层、屏蔽层和原边层；所述绝缘层为两层，分别位于PCB顶层和底层；所述屏蔽绕组设置于所述屏蔽层上，所述次级绕组设置于所述副边层上，所述初级绕组设置于所述原边层上。
[0014]通过采用上述技术方案，通过采用PCB平面变压器技术，增强了平面变压器的抑制共模干扰的能力。
[0015]优选地，所述PCB板还设有VCC层，所述VCC层位于所述屏蔽层和所述原边层之间，所述VCC层设有VCC绕组；所述VCC绕组与初级绕组的匝数相同、走线宽度一致、绕线方向相反。
[0016]通过采用上述技术方案，VCC层的设计是针对快充类产品设计的，以提供变压器保护用的电压源和信号。
[0017]优选地，所述PCB板还设有加强屏蔽层，所述加强屏蔽层位于所述屏蔽层和所述原边层之间，所述加强屏蔽层设有加强屏蔽绕组；所述加强屏蔽绕组与初级绕组的匝数相同、走线宽度一致、绕线方向相反。
[0018]通过采用上述技术方案，加强屏蔽层是针对适配电源设计的，通过设置加强屏蔽层绕组的使能量的回流路径最短，起到更好的屏蔽作用。
[0019]第二方面，本申请提供一种基于上述集成共模电感功能的PCB平面变压器的设计方法，一种基于集成共模电感功能的PCB平面变压器的设计方法，包括以下步骤：确定变压器型号，获取变压器结构参数；获取初级噪声电压源、次级噪声电压源、开口与初次级绕组之间杂散电容以及次级绕组与屏蔽层间单线表面间的分布电容；根据能量守恒原理，计算屏蔽绕组开口的角度，获得屏蔽绕组长度；选择屏蔽绕组长度，设置加强电容和匹配电容。
[0020]优选地，所述屏蔽绕组开口的角度计算，包括以下步骤：计算开口与初次级绕组间总表面电荷量；计算次级绕组与屏蔽层间总表面电荷量；
根据能量守恒原理，当开口与初次级绕组间总表面电荷量和次级绕组与屏蔽层间总表面电荷量相等时，共模噪声最小。
[0021]优选地，所述开口与初次级绕组间总表面电荷量为：V
p
*C
ps
=C
psw
*W*（V
p
‑
V
s
）*x/2；所述开口与初次级绕组间总表面电荷量为：V
s
*C
ssh
=C
sshw
*W*V
s
*L/2；其中，V
p
为初级噪声电压源；V
s
为次级噪声电压源；C
ps
为端点2、4间的总杂散电容；C
PSW
为开口与初次级绕组之间杂散电容；C
ssh
为次级对屏蔽地的总杂散电容；C
sshw
为次级绕组与屏蔽层间单线表面间的分布电容；W为骨架窗口宽度；x为屏蔽绕组开口的长度；L为屏蔽绕组的长度。
[0022]综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：1.通过优化屏蔽层设计和增加加强电容配平噪声，抑制高频能量，平衡传导发射与辐射发射，以达到减少甚至消除共模噪声，同时减少外围EMI抑制器件的使用，降低生产成本，提高开关电源的效率；2.通过采用PCB平面变压器设计来增强平面变压器的抑制共模干扰的能力。
附图说明
[0023]图1是现有开关电源的部分电路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成共模电感功能的PCB平面变压器，其应用于反激式开关电源中，其特征在于，包括：磁芯(100)、PCB板(200)和噪声抑制电路，所述PCB板(200)嵌装于所述磁芯(100)中，所述噪声抑制电路设置于所述PCB板(200)上，所述噪声抑制电路包括初级绕组、次级绕组和屏蔽绕组；所述屏蔽绕组设置于初级绕组和次级绕组之间，所述屏蔽绕组设有用于平衡初次级之间电流的开口；所述初级绕组和所述次级绕组之间设有加强电容，所述加强电容设置于初级绕组热端和次级绕组热端之间，用于吸收共模噪声电流。2.根据权利要求1所述的集成共模电感功能的PCB平面变压器，其特征在于：所述屏蔽绕组与次级绕组之间设有匹配电容，所述匹配电容设置于次级绕组热端和屏蔽地之间，用于吸收初次级之间的共模噪声。3.根据权利要求2所述的集成共模电感功能的PCB平面变压器，其特征在于：所述加强电容和匹配电容为分立可调电容，所述加强电容设置于PCB板(200)顶层或底层，所述匹配电容设置于PCB板(200)顶层或底层。4.根据权利要求1所述的集成共模电感功能的PCB平面变压器，其特征在于：所述屏蔽绕组和所述次级绕组的匝数相同、走线宽度一致、绕线方向相反。5.根据权利要求1所述的集成共模电感功能的PCB平面变压器，其特征在于：所述PCB板(200)为多层印刷电路板，其包括绝缘层(201)、副边层(202)、屏蔽层(203)和原边层(206)；所述绝缘层(201)为两层，分别位于PCB顶层和底层；所述屏蔽绕组设置于所述屏蔽层(203)上，所述次级绕组设置于所述副边层(202)上，所述初级绕组设置于所述原边层(206)上。6.根据权利要求5所述的集成共模电感功能的PCB平面变压器，其特征在于：所述PCB板(200)还设有VCC层(205)，所述VCC层(205)位于所述屏蔽层(203)和所述原边层(206)之间，所述VCC层(205)设有VCC绕组；所述VCC绕组与初级绕组的匝数相同、走线宽度一致、绕线方向相反。7.根据权利要求5所述的集成共模电感功能的PCB平面变压器，其特征在于：所述PCB板(200)还设有加强屏蔽层(204)，所述加强屏蔽层(20...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓文，周锐鹏，
申请(专利权)人：深圳亿思腾达集成股份有限公司，
类型：发明
国别省市：