一种平面变压器和电源转换电路的制作方法

1.本发明涉及开关电源pcb变压器技术领域，尤其是指一种平面变压器和电源转换电路。


背景技术：

2.平面变压器区别于绕线变压器，是将绕线印制在pcb上，通过层叠压合而成，最后套上磁芯，从而在减小变压器体积同时能够实现与普通绕线式变压器相同的功能。在反激电源中，平面变压器由于层间电容、绕组结构等原因也会存在共模噪声的问题。现有pcb平面变压器和普通绕线变压器类似，调整变压器共模主要是在初级与次级绕组之间增加屏蔽层，使初级绕组至屏蔽层和次级绕组至屏蔽层的共模相抵消接近0从而达到减小共模噪声的目的。但是这种方法会增加pcb的层数，增加成本。
3.需要对现有技术进行改进。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术中的不足，提供一种结构合理，成本较低，能够有效降低共模噪声的平面变压器和电源转换电路。
5.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种平面变压器，包括第一复合绕组层、第二复合绕组层、第三复合绕组层、第四复合绕组层和初级绕组，所述第一复合绕组层、第二复合绕组层、次级绕组、第三复合绕组层和第四复合绕组层由上至下依次设置；
6.所述第一复合绕组层包括第一绕组和第二绕组，所述第一绕组为第一次级绕组，所述第二绕组为次级屏蔽绕组的至少部分绕组；
7.所述第二复合绕组层包括第三绕组和第一反馈绕组，所述第三绕组为初级绕组的至少部分绕组；
8.所述第三复合绕组层包括第四绕组和第二反馈绕组，所述第四绕组为初级绕组的至少部分绕组；
9.所述第四复合绕组层包括第五绕组和第六绕组，所述第五绕组为第二次级绕组，所述第六绕组为次级屏蔽绕组的至少部分绕组。
10.进一步的，所述第一次级绕组为次级绕组的至少部分绕组；第二次级绕组为次级绕组的至少部分绕组。
11.进一步的，所述初级绕组包括第一绕层、第二绕层、第三绕层和第四绕层，所述第一绕层、第二绕层、第三绕层和第四绕层由上至下依次设置，所述初级绕组的第一端头设置于所述第二绕层或第三绕层。
12.进一步的，所述初级绕组的第二端头设置于所述第二复合绕组层或第三复合绕组层。
13.进一步的，所述初级绕组的第一端头与初级电路的电位动点连接，所述初级绕组
的第二端头与初级电路的电位静点连接。
14.进一步的，所述第一反馈绕组的第一端头与次级电路的电位动点连接，所述第一反馈绕组的第二端头与所述第二反馈绕组的第一端头连接，所述第二反馈绕组的第二端头与次级电路的电位静点连接。
15.进一步的，所述第一反馈绕组的绕制方向与所述第二反馈绕组的绕制方向相反。
16.进一步的，所述次级屏蔽绕组的第一端头与次级电路的电位静点连接，所述次级屏蔽绕组的第二端头悬空。
17.进一步的，所述第二绕组设置于所述第一绕组的外侧，所述第六绕组设置于所述第五绕组的外侧。
18.进一步的，所述第一反馈绕组设置于所述第三绕组的外侧，所述第二反馈绕组设置于所述第四绕组的外侧。
19.本发明的有益效果在于：提供了一种结构合理，能够有效抑制共模噪声的平面变压器，该平面变压器在初级次级之间没有设置屏蔽绕组，通过调整次级绕组的结构从而达到降低共模噪声的目的，减少了pcb层数，降低了生产成本，减少了调试时间，具有较好的实用价值和应用价值。
附图说明
20.下面结合附图详述本发明的具体结构：
21.图1为本发明的电路结构示意图；
22.图2为本发明的电源转换电路的一个实施例的电路结构示意图；
23.图3为本发明的电源转换电路的另一个实施例的电路结构示意图；
24.图4为本发明的平面变压器的剖面结构示意图；
25.图5为本发明的平面变压器的l1线emi测试图；
26.图6为本发明的平面变压器的n线emi测试图；
27.1-初级电路；2-次级电路；3-次级屏蔽绕组；4-第一反馈电路；5-第二反馈电路；
28.100-e片；101-i片；
29.211-第一绕组；212-第二绕组；221-第三绕组；222-第一反馈绕组；230-初级绕组；241-第四绕组；242-第二反馈绕组；251-第五绕组；252-第六绕组。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
32.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
33.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
34.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
35.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
36.为了便于了解本技术实施例，下面首先介绍本技术实施例涉及的一些术语。
37.电位静点：在电路网络中，该网络节点上的电压电位幅值在电路工作过程中保持相对恒定，没有高频的跳跃或者震荡。比如：初级侧电路整流后的滤波电容和次级侧电路整流后的滤波电容，这些电容的正极或者负极及直接与其相连接的网络节点即为电位静点。
38.初级电路的动点：可以指在电路拓扑的初级侧随着初级开关管的开通与关断有着电压跳变的电路节点或者网络，如初级绕组与开关管连接的节点。
39.次级电路的动点：可以指在电路拓扑的次级侧随着次级整流开关管(包括二极管)的开通与关断有着电压跳变得电路节点或者网络，如次级绕组与整流二极管连接的节点。
40.请参阅图1，本技术实施例中的电源转换电路通常包括初级电路、次级电路以及平面变压器，平面变压器设置于初级电路与次级电路之间，初级电路通常包括整流单元和初级滤波电容，次级电路通常包括滤波电容和滤波整流单元。
41.当初级一侧的电压vp高于次级，次级一侧会产生负电荷cps；当次级一侧的电压vs高于屏蔽层电压，在次级一侧产生正电荷csp,由于vp*cps与vs*csp的方向相反，当两者电压相等时即可相互抵消。
42.本技术中有两种典型电路，分别如图2所示的电路结构和如图3所示的电路结构。
43.请参阅图2，一种电源转换电路包括初级电路、次级电路、平面变压器以及反馈输出电路。平面变压器设置于初级电路与次级电路之间，平面变压器包括初级绕组np、次级绕组ns和反馈绕组na，平面变压器通过初级绕组np与初级电路连接，通过次级绕组ns与次级
电路连接，通过反馈绕组ns与反馈输出电路连接，其中次级电路包括次级绕组ns整流单元，反馈电路包括反馈绕组na整流单元，所述次级绕组ns整流单元与次级输出负极连接，所述反馈绕组na整流单元与反馈输出负极连接，由于为反激电路，平面变压器的初级绕组的绕制方向与次级绕组的绕制方向相反。
44.具体的，初级电路包括初级开关管qhs、初级开关管qls、谐振电容cr和初级检流电阻rshunt；次级电路包括同步整流sr mos和输出滤波电容cout。
45.当初级开关管qhs导通时，初级开关管qls截止，能量储存在初级绕组和谐振电容cr中，次级绕组截止，当初级开关管qhs关断时，初级开关管qls导通，次级绕组导通，能量经过同步整流sr mos、输出滤波电容cout输出至负载。
46.请参阅图3，一种电源转换电路，包括初级电路1、平面变压器、次级电路2、次级屏蔽绕组3、第一反馈电路4和第二反馈电路5，平面变压器设置在初级电路1与次级电路2之间，平面变压器包括初级绕组np、次级绕组ns、第一反馈绕组t1d和第二反馈绕组t1e，平面变压器通过初级绕组np与初级电路1连接，通过次级绕组ns与次级电路2连接，通过第一反馈绕组t1d与第一反馈电路4连接，通过第二反馈绕组t1e与第二反馈电路5连接，次级屏蔽绕组3连接与次级电路2的静点。次级电路2包括次级绕组ns整流单元，反馈电路包括反馈绕组na整流单元，所述次级绕组ns整流单元与次级输出正极连接，所述反馈绕组na整流单元与反馈输出正极连接，由于为反激电路，平面变压器的初级绕组的绕制方向与次级绕组的绕制方向相反。
47.请参阅图4，一种平面变压器200，包括第一复合绕组层、第二复合绕组层、第三复合绕组层、第四复合绕组层和初级绕组，所述第一复合绕组层、第二复合绕组层、次级绕组、第三复合绕组层和第四复合绕组层由上至下依次设置，平面变压器还包括磁芯，本实施例中，采用的磁芯为ei型磁芯，其中i片101设置于底部，e片100设置于顶部，且气隙远离电路板1.5mm以上，磁芯的e片100的绕线柱上可以设置有多层电路板构成的所述第一复合绕组层、第二复合绕组层、第三复合绕组层、第四复合绕组层和初级绕组；
48.根据电路板的幅宽，可以调整初级绕组的圈数和线宽，使平面变压器可用在6层板、8层板或10层板上。
49.另外，可通过调整电路板的线宽或增加磁芯的方式进行拓展功率，使平面变压器适用于45-200w的反激或混合反激拓扑结构电路。
50.具体的，所述第一复合绕组层包括第一绕组211和第二绕组212，所述第一绕组211为第一次级绕组，所述第二绕组212为次级屏蔽绕组的至少部分绕组。所述第二绕组设置于所述第一绕组的外侧。
51.所述第二复合绕组层包括第三绕组221，所述第三绕组221为初级绕组的至少部分绕组；
52.所述第三复合绕组层包括第四绕组241，所述第四绕组241为初级绕组的至少部分绕组；
53.所述第四复合绕组层包括第五绕组251和第六绕组252，所述第五绕组251为第二次级绕组，所述第六绕组252为次级屏蔽绕组的至少部分绕组。所述第六绕组设置于所述第五绕组的外侧。
54.次级绕组的电压可根据第一绕组211和第五绕组251的圈数确定电压的输出。
55.另外，可根据需要将第一绕组211和第五绕组251设置为串联关系或并联关系。
56.当第一绕组211和第五绕组251为串联关系时，所述第一次级绕组为次级绕组的至少部分绕组；第二次级绕组为次级绕组的至少部分绕组。
57.所述初级绕组包括第一绕层、第二绕层、第三绕层和第四绕层，所述第一绕层、第二绕层、第三绕层和第四绕层由上至下依次设置，所述初级绕组的第一端头设置于所述第二绕层或第三绕层。所述初级绕组的第二端头设置于所述第二复合绕组层或第三复合绕组层。所述初级绕组的第一端头与初级电路的电位动点连接，所述初级绕组的第二端头与初级电路的电位静点连接。
58.本实施例中，所述初级绕组的第一端头设置于所述第二绕层，依次经过第三绕层、第一绕层、第四绕层、第二复合绕组层和设置于第三复合绕组层的初级绕组的第二端头连接。
59.由于初级绕组的第一端头与初级电路的电位动点连接，将初级绕组的第一端头设置在初级绕组的第二绕层可以使电压变化大的层远离次级绕组所在的电路层，有效降低初级与次级之间的干扰。
60.由于第二复合绕组层和第三复合绕组层均为电压静止点，将初级绕组的最后两圈设置在第二复合绕组层和第三复合绕组层，可以起到屏蔽作用，而且由于电压相对较低，与次级感应电场较小，能够显著降低共模干扰。
61.所述第二复合绕组层还设有第一反馈绕组222，所述第一反馈绕组222设置于所述第三绕组221的外侧；所述第三复合绕组层还设有第二反馈绕组242，所述第二反馈绕组242设置于所述第四绕组241的外侧。需要说明的是，上述中的外侧均为远离磁芯的绕线柱的一侧。
62.所述第一反馈绕组222的第一端头与次级电路的电位动点连接，所述第一反馈绕组222的第二端头与所述第二反馈绕组242的第一端头连接，所述第二反馈绕组242的第二端头与次级电路的电位静点连接。
63.可通过反馈绕组提供额外电压供应，例如为主控芯片等小功率器件供电，根据主控芯片需要的供电电压确定反馈绕组的圈数，其中，反馈绕组圈数＝(供电电压*次级绕组圈数)/输出电压。
64.为了抵消共模电流，所述第一反馈绕组222的绕制方向与所述第二反馈绕组242的绕制方向相反。
65.所述次级屏蔽绕组的第一端头与次级电路的电位静点连接，所述次级屏蔽绕组的第二端头悬空。
66.次级屏蔽绕组可调节初级、次级之间的结电容，使之相互抵消。
67.本实施例中，初级绕组、第一反馈绕组222和第二反馈绕组242根据相位绕制，可按顺时针方向绕制，也可按逆时针方向绕制。
68.可根据初级绕组与次级绕组的共模电流调节次级屏蔽绕组的圈数与长度.从而实现更好的共模噪音抑制效果。
69.从上述描述可知，本发明的有益效果在于：提供了一种结构合理，能够有效抑制共模噪声的平面变压器，该平面变压器在初级次级之间没有设置屏蔽绕组，通过调整次级绕组的结构从而达到降低共模噪声的目的，减少了pcb层数，降低了生产成本，减少了调试时
间，具有较好的实用价值和应用价值。
70.实验例
71.次级屏蔽绕组的长度与共模值的关系如表1所示：
[0072][0073]
表1
[0074]
因此当次级屏蔽绕组的圈数为1.5圈时，共模抑制最佳，同时传导最优测试结果大于6db。
[0075]
请参阅图5和图6，图5为当输出电压为230v，负载为满载20v6a@120w输出时，平面变压器的l1线的emi测试的波形图；
[0076]
图6为当输出电压为230v，负载为满载20v6a@120w输出时，平面变压器的n线的emi测试的波形图。
[0077]
l1线和n线的emi测试结果如表2所示：
[0078][0079]
表2
[0080]
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。