专利名称：电源转换装置及其变压器的制作方法
技术领域：
本发明关于一种电源转换装置及其变压器。
背景技术：
近年来电子电路应用于电子装置，例如电源转换装置，即电源供应器或 电能转换器愈渐广泛。然而，由于此类的电路常操作于高频切换，因此容易
产生电磁干扰(Electro-Magnetic Interference, EMI),进而影响电子装置，其 中依据传递方式的不同，电^l干扰可区分为辐射性(Radianted)与传导性
(Conducted)两类，辐射性电磁干扰系直接由开放空间传递，传导性电磁 干扰经由导线来传递。
传导性电磁干扰依据噪声电流传导路径的不同，又可区分为共模噪声
(Common-mode noise )与差模噪声(Differential-mode noise ), 其中差才莫噪 声是当两条导线的电流方向互为相反时发生的；而共模噪声是当所有的导线 的电流方向相同时发生的。
为了有效消除电磁干扰，通常依据需要消除的噪声种类，而在电子装置 中对应装设消除此种噪声的电感器，例如欲消除共模噪声，则是在电子装置 中设置一共模电感器及一电容器，以消除共模噪声，若欲同时消除差模噪声， 则需再于电子装置中，增设一差模电感器及另一电容器，以消除差模噪声。 然而，随着电子技术发展，各种电子装置的功能要求越来越高，且功率密度 越来越大，相对的则要求电感器的体积尽可能的小，而减少电感器的体积及 成本最有效的方法即为减少电子装置的原始噪声。就共^t电感器而言，因市
面上的共模电感器的制作工艺复杂且体积大，故目前则以减少共模噪声为提 升电源转换装置的重要项目之一。
请参照图1所示，为一种传统的电源转换装置1的等效电路图，该电源 转换装置1包括一变压器11、 一桥式整流器12、 一电容器13以及一晶体管 14,并相互电性连接，而该变压器11的结构为一次侧绕组111绕设于一磁 性组件(图未显示)的外侧，而二次侧绕组112绕设在于一次侧绕组111的
外侧所构成；该电源转换装置1接收外部输入的交流电压VI至该桥式整流 器12，并经由整流后的整流电压送至该晶体管14,该晶体管14借由一外部 输入的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation, PWM )信号PI以作切换开关 的动作，将该整流电压送至该变压器11,以产生一直流电压V2输出。就共 模噪声而言，通常由该变压器11的该二次侧绕组112或该一次侧绕组111 产生的电压跳变或寄生参数的耦合造成。
请参照图2所示，是自该电源转换装置1取得的共模噪声测量结果，目 前标准电磁干扰的频率范围为0.15 MHz至30 MHz之间，而由图中所示系 可得知该电源转换装置1的共模噪声值约为76 dB。
传统技术主要是以下列二种方式消除共模噪声。请参照图3所示， 一种 消除共模噪声的方式是在该变压器11中增加一绕组113于该一次侧绕组111 与该二次侧绕组112之间，且该绕组113并与一电容器15电性连接，以于 该一次侧绕组111与该二次侧绕组112之间产生一相位互补电压，并利用该 相位互补电压产生一共^^莫电流，以^氏消该变压器11的共才莫电流。然而，此 种方式不仅该变压器11的设计亦因增设该绕组113而更加复杂，同时亦提 升制作成本。
请参照图4所示，另一种消除共模噪声的方式是在该电源转换装置1的 该变压器11中增加一法拉第屏蔽层M，其包覆于该二次侧绕组112外且电 性连4妄至该一次侧绕组111,以减少该一次侧绕组111流向该二次侧绕组112 的共模电流。然而，此种方式却增加该二次侧绕组112对该一次侧绕组111 的电容值，故对于抑制共模噪音还是十分困难。
因此，如何提供一种能够消除共模噪声，以减少体积及制作成本，并同 时提升功率密度的电源转换装置及其变压器，已成为重要课题之一。
发明内容
有鉴于上述课题，本发明的目的为提供一种能够消除共模噪声，以减少 体积及制作成本，并同时提升功率密度的电源转换装置及其变压器。
缘是，为达上述目的，依据本发明的一种变压器包括一磁性组件、 一第 一绕组、 一第二绕组以及一屏蔽组件。该第一绕组绕设在该^磁性组件之外， 该第二绕组绕设在该第一绕组之外，该屏蔽组件设置在该第一绕组与该第二 绕组之间。
为达上述目的，依据本发明的一种电源转换装置包括一变压器以及一第 一电容器。该变压器系包括一磁性组件、 一第一绕组、 一第二绕组及一屏蔽
组件；该第一绕组绕设该磁性组件之外，该第二绕组绕设该第一绕组之外， 该屏蔽组件设置在该第一绕组与该第二绕组之间，该第一电容器与该屏蔽组 件电性连接。
承上所述，因依据本发明的 一种变压器是借由 一屏蔽组件设置在一第一 绕组与一第二绕组之间，而依据本发明的一种电源转换装置更借由该屏蔽组 件与该第一绕组之间串接一第一电容器，且该第一电容器并与该第一绕组电 性连接。与传统技术相较，本发明借由该屏蔽组件与该第一电容器相配合， 以平衡该第一绕组及该第二绕组之间的共模电流，以降低共模噪声，更能够 减少该电源转换装置中所需额外加入的共模滤波器的体积及成本，以改善损 耗并同时提升功率密度，进而达到提升使用效能的功效。
图1为一种传统的电源转换装置的等效电路图2为图1的电源转换装置的共模噪声及标准电磁干扰的频率范围关系 的示意图3为一种传统消除共模噪声的电源转换装置的示意图4为另一种传统消除共模噪声的电源转换装置的示意图5为依据本发明优选实施例的一种变压器的示意图6为图5的变压器沿着A-A'线段的剖面图7为依据本发明优选实施例的一种电源转换装置的等效电路图8为图7的电源转换装置连接一电源传输阻抗稳定网络的示意图；以
及
图9为图7的电源转换装置的共模噪声及标准电磁干扰的频率范围关系 的示意图。
组件符号说明 1、 3 电源转换装置 111 一次侧绕组 113 绕组 13、 15 电容器
11、 2 、 31 变压器 112 二次侧绕组 12 桥式整流器
14、 Q 晶体管
21;兹性组件22、 311第一绕组
23、 312第二绕组24、 313屏蔽组件
32整流器
A-A'线段Cl第一电容器
C2第二电容器C3第三电容器
D漏极Dl二极管
G栅极S源极
VI输入电压VO输出电压
VI交流电压V2直流电压
M法拉第屏蔽层
电源传输阻抗稳定网络
Pl、 P2脉沖宽度调制信号
具体实施例方式
以下将参照相关附图，说明依据本发明优选实施例的一种电源转换装置 及其变压器，其中相同的组件将以相同的参照符号加以说明。
请参照图5与图6所示，依据本发明优选实施例的一种变压器2包括一 磁性组件21、 一第一绕组22、 一第二绕组23以及一屏蔽组件24,该变压器 2可应用于一开关电源装置或一逆变器。在本实施例中，该^磁性组件21的材 质并无限制，例如》兹铁、f兹石或f兹带，而该》兹性组件21形状亦无限制，在 此是以一圓柱形为例。
该第一绕组22绕设在该;兹性组件21之外，而该第二绕组23绕设在该 第一绕组22之外；该第一绕组22及该第二绕组23可以单一导电线材绕设 而成，或分别以一导电线材绕设而成。在此是以该第一绕组22为一次侧绕 组，而该第二绕组23则为二次侧绕组为例；该第二绕组23亦可为 一次侧绕 组，而该第一绕组22则为二次侧绕组。
该屏蔽组件24设置在该第一绕组22与该第二绕组23之间，并使该第 一绕组22与该第二绕组23并不互相接触，而该屏蔽组件24的材质并无限 制，但须为导电材质，例如为铜。
以下将以该变压器2应用于电源转换装置为例加以说明。请参照图7所 示，为依据本发明优选实施例的一种电源转换装置3的等效电路图，该电源
转换装置3包括一变压器31以及一第一电容器C1。本实施例的该电源转换 装置3的应用并无限制，在实施上可应用在电路拓朴(Topology),例如一 正激变换器、 一半桥变换器或一全桥变换器。
于本实施例中，该变压器31包括一磁性组件(未示出)、 一第一绕组311、 一第二绕组312以及一屏蔽组件313,而本实施例的该变压器31与上述实施 例中的该变压器2(如图5及图6所示)具有相同构成、特征、功能及态样， 故在此不再赘述。
该第一电容器C1的一端与该屏蔽组件313电性连4矣，而该第一电容器 Cl的另一端与该第一绕组311电性连接。另外，该第一电容器C1亦可与该 第二绕组312电性连接(未示出)。
该电源转换装置3还包括一整流器32、一第二电容器C2及一晶体管Q。 该整流器32的二端分别与该第一绕组22的一端及该第一电容器Cl的该另 端电性连接，而该整流器32接收外部的一输入电压VI,该输入电压VI在 此是以一交流电压为例；本实施例的该整流器32为桥式整流器，而该桥式 整流器可为全桥式电路或一半桥式电路，在此是以一全桥式电路为例。
该第二电容器C2的一端与该第一绕组311的该端电性连接，该第二电 容器C2的另一端与该第一电容器Cl的该另端电性连接，本实施例的该第 二电容器C2在此具有滤波及稳定该直流电压的功效。
另外，该晶体管Q设置在该第一绕组311及该第一电容器C1之间，即 该晶体管Q的漏极D与该第一绕组311的该另端电性连接，该晶体管Q的 源极S与该第一电容器Cl的该另端电性连接，该晶体管Q的栅极G接收外 部的一脉沖宽度调制信号P2;本实施例的该晶体管Q并无限制，在实施上 可为金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)。
当该脉沖宽度调制信号P2控制该晶体管Q作切换开关的动作时，则该 直流电压借由该晶体管Q的导通及不导通，而转变为一串电压脉波并输出至 该第一绕组311;此时，该第一绕组311接收该电压脉波，并利用该磁性组 件产生电流》兹效应，使该第二绕组312产生感应，再借由电^f兹感应原理及电 流磁效应，而输出一感应电压。故本实施例中的该变压器31，在实施上具有 借由该脉波宽度调制信号P2以调整输入的功率大小，进而达到供应适当的 负载所需的功效。
该电源转换装置3还包括一二极管Dl及一第三电容器C3。该二极管
Dl设置在该第二绕组312与该第三电容器C3之间，即该二极管Dl的一端 与该第三电容器C3的一端电性连接，该二极管Dl的另一端与该第二绕组 312的一端电性连接；在本实施例中，该二极管Dl并无限制，在实施上为 整流二极管或 一快速二极管。而该第三电容器C3的另 一端与该第二绕组312 的另一端电性连接，本实施例的该第三电容器C3用以滤除该转换直流电压
的紋波成分，以#r出 一直流输出电压vo。
另外，该电源转换装置3中的共模噪声由该晶体管Q、该二极管D1及 该变压器31上的寄生电容和杂散电容所造成。故请参照图8所示，是在该 电源转换装置3的该输入电压VI与该整流器32之间电性连接一电源传输阻 抗稳定网络(LISN) L,以作为传导性电磁干扰的测量工具，并可借由该电 源传输阻抗稳定网络L取得该电源转换装置3的共模噪声值与频率的关系。
请参照图9所示，当利用该电源传输阻抗稳定网络L测量该电源转换装 置3时，可测量得知该电源转换装置3的共模噪声测量结果，并取得该电源 转换装置3的共模噪声值约为60 dB。与传统的该电源转换装置1 (如图1 所示)的共模噪声测量结果(如图2所示)比较，本实施例的该电源转换装 置3能够有效减少共模噪声值约16dB。
综上所述，因依据本发明的一种变压器是借由一屏蔽组件设置在一第一 绕组与一第二绕组之间，而依据本发明的一种电源转换装置是更借由该屏蔽 组件与该第一绕组之间串接一第一电容器，且该第一电容器并与该第一绕组 电性连接。与传统技术相较，本发明借由该屏蔽组件与该第一电容器相配合， 以平衡该第一绕组及该第二绕组之间的共模电流，以降低共模噪声，更能够 减少该电源转换装置中所需额外加入的共模滤波器的体积及成本，以改善损 耗并同时提升功率密度，进而达到提升使用效能的功效。
以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范 畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包括在本发明范围中。
权利要求
1、一种变压器，包括一磁性组件；一第一绕组，绕设在该磁性组件之外；一第二绕组，绕设在该第一绕组之外；以及一屏蔽组件，设置在该第一绕组与该第二绕组之间。
2、 根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，该石兹性组件的材质为 磁铁、磁石或磁带。
3、 根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，该磁性组件的形状为 圓柱形。
4、 根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，该屏蔽组件的材质为 导电材质或为铜。
5、 根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，该第一绕组为一次侧 绕组，该第二绕组为二次侧绕组，或者该第一绕组为二次侧绕组而该第二绕 组为一次侧绕组。
6、 根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，其应用于一开关电源 装置或一逆变器。
7、 一种电源转换装置，包括一变压器，包括一磁性组件、 一第一绕组、 一第二绕组及一屏蔽组件， 该第一绕组绕设在该磁性组件之外，该第二绕组绕设在该第一绕组之外，该 屏蔽组件设置在该第一绕组与该第二绕组之间；以及一第一电容器，与该屏蔽组件电性连接。
8、 根据权利要求7所述的电源转换装置，其特征在于，该第一绕组为 一次侧绕组，该第二绕组为二次侧绕组，或者该第一绕组为二次侧绕组而该 第二绕组为一次侧绕组。
9、 根据权利要求8所述的电源转换装置，其特征在于，该第一电容器 与该第一绕组电性连接。
10、 根据权利要求7所述的电源转换装置，其特征在于，该屏蔽组件的材质为导电材质或为铜。
11、 根据权利要求7所述的电源转换装置，其特征在于，还包括一整流器，该整流器的二端分别与该第一电容器及该第一绕组电性连接。
12、 根据权利要求11所述的电源转换装置，其特征在于，还包括一电 源传输阻抗稳定网络(LISN)，该电源传输阻抗稳定网络电性连接于一输入 电压与该整流器之间。
13、 根据权利要求11所述的电源转换装置，其特征在于，该整流器为 桥式整流器、 一全桥式电路或一半桥式电路。
14、 根据权利要求7所述的电源转换装置，其特征在于，还包括一第二 电容器，该第二电容器的二端与该第一绕组及第一电容器电性连接。
15、 根据权利要求8所述的电源转换装置，其特征在于，还包括一晶体 管或一金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET),设置在该第一绕组与该 第一电容器之间。
16、 根据权利要求7所述的电源转换装置，其特征在于，还包括一第三 电容器，与该第二绕组的二端电性连接。
17、 根据权利要求16所述的电源转换装置，其特征在于，还包括一二 极管、 一整流二极管或一快速二极管，设置在该第二绕组其中一端与该第三 电容器一端之间。
18、 根据权利要求7所述的电源转换装置，其特征在于，该变压器应用 于一开关电源装置或一逆变器。
19、 根据权利要求7所述的电源转换装置，其特征在于，应用于一正激 变换器、 一半桥变换器或一全桥变换器。
20、 根据权利要求7所述的电源转换装置，其特征在于，该第一电容器 与该第二绕组电性连接。
全文摘要
一种变压器，包括一磁性组件、一第一绕组、一第二绕组以及一屏蔽组件。该第一绕组绕设在该磁性组件之外，该第二绕组绕设在该第一绕组之外，该屏蔽组件设置在该第一绕组与该第二绕组之间。
文档编号H02M7/537GK101114541SQ20061011001
公开日2008年1月30日 申请日期2006年7月28日 优先权日2006年7月28日
发明者卢增艺, 为 陈 申请人:台达电子工业股份有限公司