具有调谐漏电感和共模噪声补偿的能量传递组件制造技术

公开了具有调谐漏电感和共模噪声补偿的能量传递组件。供用于谐振功率变换器的示例性能量传递组件包括绕安装在磁芯上的绕线管卷绕的第一绕组。第一绕组在沿绕线管长度最接近第一末端处具有第一数目的层，在沿绕线管长度最接近第二末端处具有第二数目的层。能量传递组件还包括绕绕线管卷绕的第二绕组。第二绕组在沿绕线管长度最接近第一末端处具有第三数目的层，在沿绕线管长度最接近第二末端处具有第四数目的层。第一和第二绕组被绕绕线管卷绕，使得它们中的一个的至少一部分与它们中的另一个的至少一部分绕绕线管交叠。第一和第二绕组之间的交叠度沿绕线管长度在第一和第二末端之间不均匀，使得第一与第三数目之比和第二与第四数目之比不相等。

【技术实现步骤摘要】
具有调谐漏电感和共模噪声补偿的能量传递组件
本专利技术总体涉及能量传递(energytransfer)。更具体而言，本专利技术涉及可用于谐振功率变换器(resonantpowerconverter)中的能量传递组件。
技术介绍
变压器在电路中被用作能量传递元件，以将来自输入电路的能量通过磁场以电气隔离的方式传递至输出电路。通常，电压器包括初级绕组和次级绕组。初级绕组连接至输入电路，次级绕组连接至输出电路。初级绕组和次级绕组被卷绕在公共绕线管的整个长度上，该绕线管被安装在一个磁芯上。由于磁芯材料的导磁率比周围空气高得多，因此在变压器中传输能量的主磁通量穿过磁芯中的磁场。然而，每个绕组的磁通量的一部分还穿过该同一绕组周围的空气，这通常被称为漏磁通量，并且导致被称为漏电感的自感。在一些情形中，变压器的漏电感被认为是不希望出现的寄生电感，但在另一些情形中，变压器的漏电感实际上被用作电路设计的所需电感的一部分。在已知的变压器中，初级绕组和次级绕组一般被完全交叠地一个叠一个地卷绕，并且初级绕组和次级绕组中的每一个都基本上覆盖整个绕线管长度，如果需要的话包括任何边缘隔离(marginalisolation)。在其他已知的变压器中，初级绕组和次级绕组被沿着绕线管的长度并排卷绕，初级绕组和次级绕组中的每一个覆盖某一百分比的绕线管长度，如果需要的话包括任何边缘隔离。当初级绕组和次级绕组被以完全交叠结构卷绕时，每个绕组产生的磁通量的大部分共同位于绕组之间，由此使漏电感最小化。另外，当初级绕组和次级绕组完全交叠时，由于在绕组的相邻层之间或邻近层之间的电势差，在初级绕组和次级绕组之间形成寄生电容(Cparasitic)耦合路径，该寄生电容耦合路径在初级绕组和次级绕组之间形成共模(CM)噪声的低阻抗路径，所述共模噪声一般具有处于较高的MHz量级的噪声频率(1/Cparasitic*ωnoise,其中ωnoise＝2πFnoise是CM噪声频率的角速度)。CM噪声同时沿两条输入线(inputline)传播，且供所述CM噪声返回源的路径通过地。在初级线圈和次级线圈之间的电容耦合为CM噪声提供了从初级绕组到次级绕组并且从次级线圈通过次级线圈的寄生电容到地的路径，通过该路径，CM噪声返回至输入源。这引起电磁干扰(EMI)问题，并且可导致电磁兼容性(EMC)调节测试(regulatorytesting)方面的故障。在具有以并排结构卷绕的初级绕组和次级绕组的变压器中，与具有以完全交叠结构卷绕的初级绕组和次级绕组的变压器相比，在每个绕组周围产生的穿过空气的磁通量的相对量较大，且漏磁通量增加。另一方面，初级绕组和次级绕组之间的电容耦合被最小化，这由此使得CM噪声和EMI问题被最小化。开关式变换器通常使用变压器或其他类型的能量传递元件。在HF开关式变换器中，变压器设计通常是一项复杂的任务，因为随着开关脉冲的频率增加，诸如在数百kHz的范围内，变压器漏泄阻抗变得越来越起主导作用(Lleakage*ωswitch,其中ωswitch是开关频率的角速度)。另外，CM噪声在具有HF输入方波脉冲的开关式变换器中也是一个关注点。被发现存在于HF输入方波脉冲中的锐沿可导致初级绕组中的甚高频(VHF)噪声(角速度为ωnoise)，所述甚高频噪声通过地形成返回路径。例如，在HF变压器隔离的电源中，绕组层之间的寄生电容耦合形成低阻抗路径(1/Cparasitic*ωnoise)。带有VHF噪声的CM噪声通过该路径被从初级绕组传导到次级绕组。此外，来自次级绕组的噪声通过次级绕组对地的寄生电容返回至输入地，这产生EMI噪声问题——所述EMI噪声问题在EMI扫描中呈现为开关频率谐波处的高振幅尖峰，并且是导致EMC调节测试方面的故障的一个常见原因。
技术实现思路
根据本专利技术的一方面，提供一种供用于谐振功率变换器的能量传递组件，该能量传递组件包括：第一绕组，其绕一个绕线管卷绕，该绕线管被安装在一个磁芯上，所述第一绕组在沿着所述绕线管的长度最接近于第一末端处具有第一数目的层，所述第一绕组在沿着所述绕线管的长度最接近于第二末端处具有第二数目的层；以及第二绕组，其绕所述绕线管卷绕，所述第二绕组在沿着所述绕线管的长度最接近于所述第一末端处具有第三数目的层，所述第二绕组在沿着所述绕线管的长度最接近于所述第二末端处具有第四数目的层，其中所述第一绕组和第二绕组中的一个的至少一部分与所述第一绕组和第二绕组中的另一个的至少一部分绕所述绕线管交叠，其中所述第一绕组和第二绕组之间的交叠度沿着所述绕线管的长度在所述第一末端和第二末端之间是不均匀的，使得所述第一数目与所述第三数目的比率和所述第二数目与所述第四数目的比率不相等。根据本专利技术的另一方面，提供一种功率变换器，该功率变换器包括：开关电路，耦合至所述功率变换器的输入；能量传递组件，耦合至所述开关电路，所述能量传递组件包括：第一绕组，其耦合至所述开关电路并且绕一个绕线管卷绕，该绕线管被安装在一个磁芯上，所述第一绕组在沿着所述绕线管的长度最接近于第一末端处具有第一数目的层，所述第一绕组在沿着所述绕线管的长度最接近于第二末端处具有第二数目的层；以及第二绕组，其耦合至所述功率变换器的输出并且绕所述绕线管卷绕，所述第二绕组在沿着所述绕线管的长度最接近于所述第一末端处具有第三数目的层，所述第二绕组在沿着所述绕线管的长度最接近于所述第二末端处具有第四数目的层，其中所述第一绕组和第二绕组中的一个的至少一部分与所述第一绕组和第二绕组中的另一个的至少一部分绕所述绕线管交叠，其中所述第一绕组和第二绕组之间的交叠度沿着所述绕线管的长度在所述第一末端和第二末端之间是不均匀的，使得所述第一数目与所述第三数目的比率和所述第二数目与所述第四数目的比率不相等；以及谐振电路，其耦合至所述开关电路，所述谐振电路包括耦合至所述开关电路的第一电感和第二电感，其中所述第一电感是所述能量传递组件的内部磁电感，以及其中所述第二电感是所述第一绕组的漏电感。根据本专利技术的又一方面，提供一种供用于谐振功率变换器的能量传递组件，该能量传递组件包括：第一绕组，其具有绕一个绕线管卷绕的第一数目的层，该绕线管被安装在一个磁芯上；以及第二绕组，其具有绕所述绕线管卷绕的第二数目的层，其中绕所述绕线管卷绕的所述第一绕组的所述第一数目的层和所述第二绕组的所述第二数目的层沿着所述绕线管的长度而变化，其中所述第一绕组和第二绕组中的一个的至少一部分与所述第一绕组和第二绕组中的另一个的至少一部分绕所述绕线管交叠；以及共模噪声消除电路，其耦合在所述第一绕组和第二绕组之间。附图说明参照以下附图描述本专利技术的非限制性和非穷举性实施方案，除非另有说明，在所有各个视图中，相似的参考数字指代相似的部分。图1A总体示出根据本专利技术教导的一个示例性变压器的横截面，该变压器包括绕绕线管卷绕的第一绕组和第二绕组，该绕线管被安装在磁芯上。图1B总体示出根据本专利技术教导的绕变压器的绕线管卷绕的示例性第一绕组和第二绕组的横截面。图2总体示出根据本专利技术教导的绕变压器的绕线管卷绕的第一绕组和第二绕组的另一实施例的横截面。图3总体示出根据本专利技术教导的绕变压器的绕线管卷绕的第一绕组和第二绕组的又一实施例的横截面。图4总体示出根据本专利技术教导本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2010.12.01 US 12/958,2581.一种供用于谐振功率变换器的能量传递组件，包括：第一绕组，其绕一个绕线管卷绕，该绕线管被安装在一个磁芯上，所述第一绕组在沿着所述绕线管的长度最接近于第一末端处具有第一数目的层，所述第一绕组在沿着所述绕线管的长度最接近于第二末端处具有第二数目的层；第二绕组，其绕所述绕线管卷绕，所述第二绕组在沿着所述绕线管的长度最接近于所述第一末端处具有第三数目的层，所述第二绕组在沿着所述绕线管的长度最接近于所述第二末端处具有第四数目的层，其中所述第一绕组和第二绕组中的一个的至少一部分与所述第一绕组和第二绕组中的另一个的至少一部分绕所述绕线管交叠，其中所述第一绕组和第二绕组之间的交叠度沿着所述绕线管的长度在所述第一末端和第二末端之间是不均匀的，使得所述第一数目与所述第三数目的比率和所述第二数目与所述第四数目的比率不相等；以及一个共模噪声消除电路，该共模噪声消除电路包括：第一电容耦合，其位于耦合至所述第一绕组的一个输入返回端子和耦合至所述第二绕组的一个次级返回端子之间；以及第二电容耦合，其位于耦合至所述第一绕组的所述输入返回端子和耦合至所述第二绕组的一个输出端子之间，其中所述次级返回端子和所述输出端子是不同的端子。2.根据权利要求1所述的能量传递组件，其中所述第一绕组和第二绕组中的一个包括初级绕组，以及其中所述第一绕组和第二绕组中的另一个包括次级绕组。3.根据权利要求1所述的能量传递组件，其中所述第一绕组和第二绕组中的至少一个包括多条金属线。4.根据权利要求1所述的能量传递组件，其中所述第一绕组和第二绕组中的至少一个包括一个中心抽头。5.根据权利要求1所述的能量传递组件，还包括一个共模噪声消除电路，该共模噪声消除电路耦合在所述第一绕组和第二绕组之间。6.根据权利要求1所述的能量传递组件，其中耦合至所述第二绕组的所述输出端子是一个与耦合至所述第一绕组的一个输入端子同相的同相输出端子。7.根据权利要求1所述的能量传递组件，其中耦合至所述第二绕组的所述次级返回端子是一个耦合至所述第二绕组的中心抽头端子。8.根据权利要求1所述的能量传递组件，其中所述第一电容耦合包括具有第一电容的第一Y-cap电容器，所述第二电容耦合包括具有第二电容的第二Y-cap电容器，其中所述第一电容大于所述第二电容。9.根据权利要求1所述的能量传递组件，其中所述第一电容耦合包括第一Y-cap电容器和第一非Y-cap电容器，其中所述第一Y-cap电容器和所述第一非Y-cap电容器在所述输入返回端子和耦合至所述第二绕组的所述次级返回端子之间提供第一总电容，以及其中所述第二电容耦合包括所述第一Y-cap电容器和一个第二非Y-cap电容器，其中所述第一Y-cap电容器和所述第二非Y-cap电容器在所述输入返回端子和耦合至所述第二绕组的所述输出端子之间提供第二总电容，其中所述第一总电容大于所述第二总电容。10.根据权利要求9所述的能量传递组件，其中所述第一Y-cap电容器耦合至一个耦合在所述第一非Y-cap电容器和所述第二非Y-cap电容器之间的节点。11.根据权利要求10所述的能量传递组件，还包括一个衰减元件，该衰减元件耦合至所述第一非Y-cap电容器和所述第二非Y-cap电容器。12.根据权利要求11所述的能量传递组件，其中所述衰减元件包括一个耦合至所述第一非Y-cap电容器和所述第二非Y-cap电容器的阻抗。13.根据权利要求1所述的能量传递组件，其中所述能量传递组件的内部磁电感被用作所述谐振功率变换器的第一电感，其中所述第一绕组的漏电感被用作所述谐振功率变换器的第二电感，以及其中耦合至所述第一绕组的一个电容器被用作所述谐振功率变换器的电容器。14.一种功率变换器，包括：开关电路，耦合至所述功率变换器的输入；能量传递组件，耦合至所述开关电路，所述能量传递组件包括：第一绕组，其耦合至所述开关电路并且绕一个绕线管卷绕，该绕线管被安装在一个磁芯上，所述第一绕组在沿着所述绕线管的长度最接近于第一末端处具有第一数目的层，所述第一绕组在沿着所述绕线管的长度最接近于第二末端处具有第二数目的层；第二绕组，其耦合至所述功率变换器的输出并且绕所述绕线管卷绕，所述第二绕组在沿着所述绕线管的长度最接近于所述第一末端处具有第三数目的层，所述第二绕组在沿着所述绕线管的长度最接近于所述第二末端处具有第四数目的层，其中所述第一绕组和第二绕组中的一个的至少一部分与所述第一绕组和第二绕组中的另一个的至少一部分绕所述绕线管交叠，其中所述第一绕组和第二绕组之间的交叠度沿着所述绕线管的长度在所述第一末端和第二末端之间是不均匀的，使得所述第一数目与所述第三数目的比率和所述第二数目与所述第四数目的比率不相等；以及一个共模噪声消除电路，该共模噪声消除电路包括：第一电容耦合，其位于耦合至所述第一绕组的一个输入返回端子和耦合至所述第二绕组的一个次级返回端子之间；以及第二电容耦合，其位于耦合至所述第一绕组的所述输入返回端子和耦合至所述第二绕组的一个输出端子之间，其中所述次级返回端子和所述输出端子是不同的端子；以及谐振电路，其耦合至所述开关电路，所述谐振电路包括耦合至所述开关电路的第一电感和第二电感，其中所述第一电感是所述能量传递组件的内部磁电感，以及其中所述第二电感是所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·E·夸德拉，J·R·埃斯塔布鲁克斯，R·K·奥尔，
申请(专利权)人：电力集成公司，
类型：发明
国别省市：