[发明专利]优化变压器结构以降低反激式开关电源传导共模干扰的方法

权利要求书

1.一种优化变压器结构以降低反激式开关电源传导共模干扰的方法，其特征在于：通过增大反激式开关电源中的变压器的初级绕组与次级绕组之间的物理距离来减小它们之间的寄生电容，降低传导共模干扰；

将反激式开关电源中的变压器的辅助绕组放置在初级绕组与次级绕组之间，初级绕组在变压器的最内层，辅助绕组在变压器的中间层，次级绕组在变压器的最外层；

在初级绕组和辅助绕组之间增设屏蔽绕组，所述屏蔽绕组的起点连接到初级绕组非靠近辅助绕组的一端，即为B点，屏蔽绕组的端点与任何电气节点断开；

所述的变压器三个绕组每两层之间分布有寄生电容，所述的寄生电容由下式计算：

其中，ε_r是层间绝缘材料的介电常数，Δl是绕组层的高度，d是两个绕组层之间的距离；

初级绕组均匀分成三层，同时，辅助绕组和次级绕组对称分布在一个独立的层中；A、D和F都是变压器虚线端子，通过两个绕组层之间的电压从高到低识别正电流方向；假设正电流方向是从一次侧到二次侧，如果电流方向与正电流方向相反，则在总电流之前加上一个负号；

当Q₁处于开通状态时，把A点作为从开通状态到关断状态的幅值为V_A的脉冲电压源，可以表示为：

其中，V_BUS是反激式变换器的整流电压，V_O是反激式变换器的输出电压，N_P和N_S分别是初级绕组和次级绕组的匝数；

类似地，D点也可以看作是幅值为V_D从导通状态到关断状态的脉冲电压源，

可以表示为：

同理，F点可以表示为：

其中：N_A是辅助绕组的匝数；

当Q₁关断状态时，A、F和D点的电压分别相对于点B、E和C点上升；

所以初级绕组与次级绕组之间的位移电流为：

其中：N_P1、N_P2和N_P3分别是从内到外的三个初级绕组层，C_p1s#1、C_p2s#1和C_p3s#1分别是三个初级绕组之间从内到外与次级绕组之间的寄生电容，Δt是电压跳变的瞬态时间；

辅助绕组和次级绕组之间的位移电流基于相同的方法计算如下：

其中C_as#1是辅助绕组和次级绕组之间的寄生电容；

根据不同绕组层之间的物理距离简化公式如下：

将(8)式分别代入(6)和(7)式，得到一次侧到二次侧的总位移电流为：

为了减小位移电流，根据公式(2)可知，虽然它们之间的电压脉动非常大，但是通过增加初级绕组与次级绕组间的物理距离来减小它们之间的寄生电容；为了解决这个问题，将辅助绕组放置在中间层，通过这种方法，考虑到不同绕组层之间的物理距离，作出一些假设以简化公式：

因此，一次侧到二次侧的总位移电流公式可表示为：

比较I_cm#1和I_cm#2，C_as#2等于C_as#1，在N_S/N_P＜17/27的情况下，在一般的低电压输出应用中N_S＜＜N_P，位移电流大大降低；因此，将辅助绕组置于初级绕组和次级绕组的中间，是减小CM噪声的有效方法；

为了进一步减小位移电流，在变压器#2的初级绕组和辅助绕组之间插入屏蔽绕组；屏蔽绕组的起点连接到B点，端点与任何电气节点断开；根据类似的计算方法，初级绕组和次级绕组之间的位移电流可以表示为：

辅助绕组与次级绕组之间的位移电流与(7)式相同：

在新的电源结构中，屏蔽绕组和次级绕组之间形成额外的位移电流，以抵消位移电流，其计算公式如下：

其中C_sds#3是屏蔽绕组和次级绕组之间的寄生电容；

为了简化，可以根据绕组层间距离对寄生电容进行如下假设：

屏蔽绕组和次级绕组之间的位移电流I_{cm_sds#3}从次级侧流向初级侧，具有不同的电流取向，可以消除部分电流；因此，从一次侧和二次侧的总位移电流公式可以表示为：

比较I_cm#3和I_cm#2，C_cm#3等于上述理论中C_cm#2，I_cm#3远小于I_cm#2，并且位移电流已经降低很多。