开关电源及其变压器的制作方法

1.本发明涉及电源技术领域，具体涉及一种开关电源及其变压器。


背景技术：

2.随着电力电子技术的快速发展，人们对充电器的充电速度和体积都提出越来越高的要求，即要求充电速度越来越快以及体积越来越小，其中，提高开关电源的工作频率是解决充电速度和体积的有效手段，但是其会加剧开关电源的电磁干扰(emi)。
3.变压器是开关电源中不可或缺的基本组成器件，平面变压器的绕组采用多层印刷电路板叠绕而成，具有一致性好、成本低的优势。平面变压器在高度和体积上也有优势，其导体的薄型结构可以降低高频效应带来的影响从而降低功耗；以及原边绕组与副边绕组的耦合紧密可以降低漏感从而可以降低损耗，但是会带来更大的层间电容从而加剧电磁干扰。
4.现有技术中，一般通过在初级绕组层和次级绕组层之间设置屏蔽层或者在初级绕组层或次级绕组层设置屏蔽层以降低电磁干扰的影响，但是调整屏蔽层上屏蔽绕组的匝数并不能很好的平衡传导发射与辐射发射的效果，无法获得理想的抑制电磁干扰的效果，倒追开关电源的开发周期延长，开发效率降低。在初级绕组层或次级绕组层设置屏蔽层时，需要采用6层以上的pcb板，成本高。


技术实现要素：

5.因此，本发明所要解决的技术问题为如何只采用初级绕组和次级绕组来降低电磁干扰。
6.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.根据本发明的一方面，提供一种变压器，包括初级绕组和次级绕组，其中，所述初级绕组包括第一绕组和供电绕组，所述第一绕组和所述供电绕组串联连接，且开关管的第一端与所述第一绕组和所述供电绕组之间的节点连接；所述次级绕组包括第二绕组和第三绕组，其中，所述第三绕组和所述第二绕组经由二极管串联连接。
8.优选地，所述第一绕组的第二端作为所述初级绕组的第二端，所述供电绕组的第一端作为所述初级绕组的第一端。
9.优选地，所述第一绕组的第二端经由第一电容与初级地连接，第一端与开关管的第一端连接。
10.优选地，所述供电绕组包括第四绕组和第五绕组，所述第五绕组和所述第四绕组串联连接。
11.优选地，所述第四绕组的第一端与初级地连接，所述第四绕组的第二端与所述第五绕组的第一端连接，且所述第五绕组的第一端经由第一二极管和第二电容与所述第五绕组的第二端连接，所述第五绕组的第二端与芯片地连接。
12.优选地，所述第二绕组的第一端作为次级绕组的第一端，所述第三绕组的第二端
作为所述次级绕组的第二端，所述第三绕组的第二端与次级地连接。
13.优选地，所述第三绕组的第一端经由第二开关管与所述第二绕组的第二端连接，所述第二开关管的正极与所述第三绕组的第一端连接，所述第二开关管的负极与所述第二绕组的第二端连接。
14.根据本发明的另一方面，提供一种开关电源，包括：主电路，用于将输入电压转换成输出电压，所述主电路包括上述所述的变压器、开关管、第二开关管以及第三电容；控制电路，所述控制电路包括驱动端、电流采样端以及电源端；所述开关管串联连接在所述第一绕组的第一端和所述控制电路的电流采样端之间；所述开关管的控制端与所述控制电路的驱动端连接，所述供电绕组经由第一二极管与所述控制电路的电源端连接以向所述控制电路供电。
15.优选地，所述第四绕组和第五绕组中的至少一个作为供电绕组向所述控制电路供电。
16.本发明的有益效果在于：
17.本发明实施例提供的开关电源及其变压器，变压器的初级绕组包括经由开关管串联连接的第一绕组和供电绕组，次级绕组包括经由二极管串联连接的第二绕组和第三绕组，第一绕组和供电绕组相互抵消初级到次级的共模噪声电流，第二绕组和第三绕组相互抵消次级到初级的共模噪声电流，降低电磁干扰。
18.进一步地，变压器只有初级绕组和次级绕组，不仅结构简单，还能实现对控制电路的供电。
19.进一步地，变压器无需单独设置屏蔽绕组和供电绕组，可以采用4层或4层以下的pcb电路板，降低生产成本。
20.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
21.图1示出现有技术中变压器的结构示意图；
22.图2示出现有技术中变压器应用的开关电源的电路示意图；
23.图3示出本发明实施例提供的变压器的结构示意图；
24.图4示出本发明实施例变压器应用的开关电源的电路示意图。
具体实施方式
25.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
26.图1示出现有技术中变压器的结构示意图；图2示出现有技术中变压器应用的开关电源的电路示意图。如图1和图2所示，现有技术中的开关电源包括主电路110以及控制电路120，其中，主电路110包括变压器t1、开关管q、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3以及第一二极管d1和第二开关管。变压器t1包括初级绕组、辅助绕组n2、次级绕组n3以及屏蔽绕组n4，其中，初级绕组包括第一绕组n1和第五绕组n5。
27.第一绕组n1的第一端与第五绕组n5的第二端连接，第一绕组n1的第二端作为初级
绕组的第二端；第五绕组的第一端作为初级绕组的第一端。第一端为同名端，第二端为异名端，但并不局限于此。
28.其中，变压器t1的初级绕组的第一端经由开关管q与控制电路的电流采样端cs连接，初级绕组的第二端经由第一电容c1与初级地gnd连接。开关管q的控制端与控制电路的驱动端gate连接。辅助绕组n2的第一端经由第一二极管d1和第二电容c2与初级地gnd连接，第二端与初级地gnd连接，第一二极管d1和第二电容c2之间的节点与控制电路的电源端vdd连接以向控制电路提供供电电压vdd。屏蔽绕组n4的第一端与初级地gnd连接，第二端悬置以降低电磁干扰。变压器t1的次级绕组n3的第一端经由第二开关管以及第三电容c3与次级地sgnd连接，次级绕组n3的第二端与次级地sgnd连接。
29.现有技术中的变压器采用三明治结构，且需单独设置屏蔽绕组和辅助绕组，结构复杂，成本高。
30.图3示出本发明实施例提供的变压器的结构示意图；图4示出本发明实施例变压器应用的开关电源的电路示意图。如图3和图4所示，开关电源包括主电路210以及控制电路220。
31.其中，主电路210包括变压器t2、开关管q、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3以及第一二极管d1和第二开关管。变压器t2包括初级绕组pri和次级绕组sec。
32.在本实施例中，所述初级绕组pri包括第一绕组n1和供电绕组，所述第一绕组n1和所述供电绕组串联连接；所述次级绕组sec包括第二绕组n2和第三绕组n3，其中，所述第三绕组n3和所述第二绕组n2经由二极管d串联连接。
33.具体地，所述初级绕组pri的中心抽头出串联连接的第一绕组n1和供电绕组，所述次级绕组sec的中心抽头出串联连接的第二绕组n2和第三绕组n3。第一绕组n1和供电绕组的线圈匝数相同且线径相同；第二绕组n2和第三绕组n3的线圈匝数相同且线径相同。
34.在本实施例中，第一绕组n1的第二端作为初级绕组pri的第二端，所述供电绕组的第一端作为所述初级绕组pri的第一端。绕组的第一端为同名端，第二端为异名端，但并不局限于此。
35.第一绕组n1的第二端经由第一电容c1与初级地gnd连接，第一端与开关管q的第一端连接。开关管q的第二端与控制电路220的电流采样端cs连接。
36.在本实施例中，所述供电绕组包括第四绕组n4和第五绕组n5，所述第五绕组n5和所述第四绕组n4串联连接。具体地，所述第四绕组n4的第一端与初级地gnd连接，所述第四绕组n4的第二端与所述第五绕组n5的第一端连接，且所述第五绕组n5的第一端经由第一二极管d1和第二电容c2与所述第五绕组n5的第二端连接，所述第五绕组n5的第二端与芯片地连接。
37.所述第二绕组n2的第一端作为次级绕组sec的第一端，所述第三绕组n3的第二端作为所述次级绕组sec的第二端，所述第三绕组n3的第二端与次级地sgnd连接。所述第三绕组n3的第一端经由第二开关管与所述第二绕组n2的第二端连接，所述第二开关管的正极与所述第三绕组n3的第一端连接，所述第二开关管的负极与所述第二绕组n2的第二端连接。在本实施例中，第二开关管例如为第二二极管d2。
38.控制电路220包括驱动端gate、电流采样端cs、电源端vdd以及接地端gnd。
39.在本实施例中，所述开关管q串联连接在所述第一绕组n1的第一端和所述控制电
路220的电流采样端cs之间；所述开关管q的控制端与所述控制电路220的驱动端gate连接，所述供电绕组经由第一二极管d1与所述控制电路的电源端vdd连接以向所述控制电路220供电。
40.所述第四绕组n4和第五绕组n5中的至少一个作为供电绕组向所述控制电路220供电。第四绕组n4和第五绕组n5的线圈匝数可以不同，根据所提供的供电电压的大小设置不同的圈数比。本发明实施例采用两个绕组结构，初级绕组通过中心抽头形成第一绕组和供电绕组，次级绕组通过抽头形成第二绕组和第三绕组。第一绕组n1和供电绕组的匝数相同，线径一致，可以相互抵消初级到次级的共模噪声电流；第二绕组n2和第三绕组n3的匝数相同，线径一致，可以相互抵消次级到初级的共模噪声电流，从而降低电磁干扰。参见图4，初级到次级的共模噪声电流从第一共模寄生电容cps1流出，然后流入第二共模寄生电容电容cps2，在变压器内部形成共模电流回路，使得共模噪声电流不会进入电网，从而可以降低电磁干扰。
41.本发明实施例提供的开关电源及其变压器，变压器的初级绕组包括经由开关管串联连接的第一绕组和供电绕组，次级绕组包括经由二极管串联连接的第二绕组和第三绕组，第一绕组和供电绕组相互抵消初级到次级的共模噪声电流，第二绕组和第三绕组相互抵消次级到初级的共模噪声电流，降低电磁干扰。
42.进一步地，变压器只有初级绕组和次级绕组，不仅结构简单，还能实现对控制电路的供电。
43.进一步地，变压器无需单独设置屏蔽绕组和供电绕组，可以采用4层或4层以下的pcb电路板，降低生产成本。
44.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
45.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种变压器，其特征在于，包括初级绕组和次级绕组，其中，所述初级绕组包括第一绕组和供电绕组，所述第一绕组和所述供电绕组串联连接，且开关管的第一端与所述第一绕组和所述供电绕组之间的节点连接；所述次级绕组包括第二绕组和第三绕组，其中，所述第三绕组和所述第二绕组经由二极管串联连接。2.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述第一绕组的第二端作为所述初级绕组的第二端，所述供电绕组的第一端作为所述初级绕组的第一端。3.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述第一绕组的第二端经由第一电容与初级地连接，第一端与开关管的第一端连接。4.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述供电绕组包括第四绕组和第五绕组，所述第五绕组和所述第四绕组串联连接。5.根据权利要求4所述的变压器，其特征在于，所述第四绕组的第一端与初级地连接，所述第四绕组的第二端与所述第五绕组的第一端连接，且所述第五绕组的第一端经由第一二极管和第二电容与所述第五绕组的第二端连接，所述第五绕组的第二端与芯片地连接。6.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述第二绕组的第一端作为次级绕组的第一端，所述第三绕组的第二端作为所述次级绕组的第二端，所述第三绕组的第二端与次级地连接。7.根据权利要6所述的变压器，其特征在于，所述第三绕组的第一端经由第二开关管与所述第二绕组的第二端连接，所述第二开关管的正极与所述第三绕组的第一端连接，所述第二开关管的负极与所述第二绕组的第二端连接。8.一种开关电源，其特征在于，包括：主电路，用于将输入电压转换成输出电压，所述主电路包括如权利要求1-7中任一项所述的变压器、开关管、第二开关管以及第三电容；控制电路，所述控制电路包括驱动端、电流采样端以及电源端；所述开关管串联连接在所述第一绕组的第一端和所述控制电路的电流采样端之间；所述开关管的控制端与所述控制电路的驱动端连接，所述供电绕组经由第一二极管与所述控制电路的电源端连接以向所述控制电路供电。9.根据权利要求8所述的开关电源，其特征在于，所述第四绕组和第五绕组中的至少一个作为供电绕组向所述控制电路供电。

技术总结
本发明提供一种变压器，包括初级绕组和次级绕组，其中，所述初级绕组包括第一绕组和供电绕组，所述第一绕组和所述供电绕组串联连接，且开关管的第一端与所述第一绕组和所述供电绕组之间的节点连接；所述次级绕组包括第二绕组和第三绕组，其中，所述第三绕组和所述第二绕组经由二极管串联连接。本发明还提供一种开关电源，其变压器的第一绕组和供电绕组相互抵消初级到次级的共模噪声电流，第二绕组和第三绕组相互抵消次级到初级的共模噪声电流，降低电磁干扰。低电磁干扰。低电磁干扰。


技术研发人员：叶玮 隋晶 张彤 翟继金
受保护的技术使用者：启东力生美集成电路有限公司
技术研发日：2023.07.11
技术公布日：2023/10/15