具有減小的漏電感的功率轉換器變壓器制造技術

一種在功率轉換器中使用的變壓器包括第一繞組，該第一繞組包括圍繞磁芯纏繞的多個層。第一排斥繞組圍繞磁芯纏繞，形成第一排斥繞組層。第一繞組的多個層中的第一部分比第一排斥繞組層更靠近磁芯的中心纏繞。第二排斥繞組圍繞磁芯纏繞，形成第二排斥繞組層。第一排斥繞組和第二排斥繞組具有圍繞磁芯的相同數量的匝。第一繞組的多個層中的第二部分圍繞磁芯纏繞在第一排斥繞組層和第二排斥繞組層之間。

Power converter transformer with reduced leakage inductance

A transformer for use in a power converter includes a first winding including a plurality of layers wound around a magnetic core. The first repulsion winding is wound around the core to form a first repulsion winding layer. The first portion of the plurality of layers of the first winding is closer to the center of the magnetic core than the first rejection winding layer. Second the repulsion winding wound around the core to form a second repulsion winding layer. The first repulsion winding and the second rejection winding have the same number of turns around the magnetic core. The second portion of the plurality of layers of the first winding is wound around the core between the first repulsion winding layer and the second repulsion winding layer.

【技術實現步驟摘要】
具有減小的漏電感的功率轉換器變壓器相關申請的交叉引用本申請要求于2015年10月23日提交的美國臨時申請No.62/245,755的權益，該申請的內容通過引用納入本文中。
本專利技術大體上涉及變壓器，更具體地涉及在功率轉換器中使用的變壓器。
技術介紹
電子設備使用電力進行操作。用于電子設備的電源通常使用開關模式功率轉換器來實現高效率、小尺寸和輕重量。反激式轉換器是一種使用變壓器和半導體開關來產生電子設備通常所需的電壓和電流的開關模式功率轉換器。反激式轉換器通常在變壓器的繞組兩端使用箝位電路，以保護開關免受可能由與變壓器相關聯的漏電感產生的過電壓。在滿足針對高效率和其他規定要求的標準的情況下，箝位電路中部件的減少或消除可以降低開關模式電源的成本。
技術實現思路
本專利技術通過提供一種變壓器和包括該變壓器的反激式功率轉換器來解決上述問題至少之一。一方面，本專利技術提供一種在功率轉換器中使用的變壓器，包括：第一繞組，所述第一繞組包括圍繞磁芯纏繞的多個層；第一排斥繞組，所述第一排斥繞組形成第一排斥繞組層，其中，所述第一繞組的所述多個層中的第一部分比所述第一排斥繞組層更靠近所述磁芯的中心纏繞；以及第二排斥繞組，所述第二排斥繞組圍繞所述磁芯纏繞，形成第二排斥繞組層，其中，所述第一排斥繞組和所述第二排斥繞組具有圍繞所述磁芯的相同數量的匝，其中，所述第一繞組的所述多個層中的第二部分圍繞所述磁芯纏繞在所述第一排斥繞組層與所述第二排斥繞組層之間。另一方面，本專利技術提供一種反激式功率轉換器，包括：耦合在所述功率轉換器的輸入與所述功率轉換器的輸出之間的變壓器，所述變壓器包括：初級繞組，所述初級繞組包括圍繞磁芯纏繞的多個層；第一排斥繞組，所述第一排斥繞組圍繞所述磁芯纏繞、形成第一排斥繞組層，其中，所述初級繞組的所述多個層中的第一部分比所述第一排斥繞組層更靠近所述磁芯的中心纏繞；和第二排斥繞組，所述第二排斥繞組圍繞所述磁芯纏繞、形成第二排斥繞組層，其中，所述第一排斥繞組和所述第二排斥繞組具有圍繞所述磁芯的相同數量的匝，其中，所述初級繞組的所述多個層中的第二部分圍繞所述磁芯纏繞在所述第一排斥繞組層與所述第二排斥繞組層之間，其中，所述第一排斥繞組和所述第二排斥繞組減小漏電感，其中，所述第一排斥繞組和所述第二排斥繞組并聯地耦合以提供第一次級繞組和第二次級繞組，所述第一次級繞組和第二次級繞組被耦合以向耦合至所述功率轉換器的所述輸出的負載提供功率；功率開關，所述功率開關耦合至所述初級繞組和所述功率轉換器的輸入；以及控制器，所述控制器被耦合成：響應于表示所述功率轉換器的所述輸出的反饋信號生成用以控制所述功率開關的切換的驅動信號，以調節從所述功率轉換器的輸入到所述功率轉換器的所述輸出的能量傳遞。附圖說明參照以下附圖描述本專利技術的非限制性和非窮舉性實施方案，其中除非另有說明，否則相同的附圖標記在各個視圖中指代相同的部分。圖1是示出具有根據本專利技術的教導的包括一對排斥繞組(exclusionarywindings)的變壓器的電源的示意圖。圖2A是根據本專利技術的教導的變壓器的示出一對排斥繞組的示意圖。圖2B是根據本專利技術的教導的、表示在圖2A的示意圖中的變壓器的截面圖，該截面圖示出了一對排斥繞組。圖3A是示出根據本專利技術的教導的、也作為兩個次級繞組的一對排斥繞組的示意圖。圖3B是根據本專利技術的教導的、表示在圖3A的示意圖中的變壓器的截面圖。圖4A是根據本專利技術的教導的變壓器的示意圖，該示意圖示出初級繞組、偏置繞組以及也作為次級繞組的一對排斥繞組。圖4B是根據本專利技術的教導的、表示在圖4A的示意圖中的變壓器的截面圖。圖5A是根據本專利技術的教導的變壓器的截面圖，該截面圖示出具有z型纏繞層的初級繞組、偏置繞組以及示為兩個次級繞組的一對排斥繞組。圖5B是根據本專利技術的教導的變壓器的截面圖，該截面圖示出具有c型纏繞層的初級繞組、偏置繞組以及示為兩個次級繞組的一對排斥繞組。圖6A是根據本專利技術的教導的變壓器的截面圖，該截面圖示出初級繞組、第一次級繞組、偏置繞組和第二次級繞組。圖6B是根據本專利技術的教導的變壓器的截面圖，該截面圖示出第一次級繞組、初級繞組、偏置繞組和第二次級繞組。圖6C是根據本專利技術的教導的變壓器的截面圖，該截面圖示出初級繞組、第一次級繞組、偏置繞組和第二次級繞組。圖6D是根據本專利技術的教導的變壓器的截面圖，該截面圖示出第一次級繞組、初級繞組、第一偏置繞組、第二偏置繞組和第二次級繞組。圖7是示出根據本專利技術的教導的具有被示為兩個次級繞組的一對排斥繞組的電源的示意圖。在附圖的全部若干視圖中，相應的附圖標記指示相應的部件。本領域技術人員將理解的是，附圖中的元件是為了簡化和清楚而示出的，并且不一定按比例繪制。例如，附圖中的一些元件的尺寸可能會相對于其他元件被放大以幫助提高對本專利技術的各實施方案的理解。而且，在商業上可行的實施方案中有用或必需的那些常見但公知的元件通常未被描繪，以便較少地妨礙對本專利技術的這些實施方案的觀察。具體實施方式本文描述了可以包括在功率轉換器中的具有一對排斥繞組的變壓器的實施例。在下面的描述中，闡述了許多具體細節以提供對本專利技術的透徹理解。然而，本領域普通技術人員將明了不必需采用這些具體細節來實施本專利技術。在其他情況下，沒有詳細描述公知的材料或方法以避免模糊本專利技術。貫穿本說明書提及的“一個實施方案”、“實施方案”、“一個實施例”或“實施例”意味著結合該實施方案或實施例描述的具體特征、結構或特性包括在本專利技術的至少一個實施方案中。因此，貫穿本說明書在各個地方出現的措辭“在一個實施方案中”、“在實施方案中”、“一個實施例”或“實施例”不一定都指代相同的實施方案或實施例。此外，具體的特征、結構或特性可以在一個或多個實施方案或實施例中以任何合適的組合和/或子組合相結合。具體的特征、結構或特性可以包括在提供所描述的功能的集成電路、電子電路、組合邏輯電路或其他合適的部件中。另外，要理解的是，本文提供的附圖是為了向本領域普通技術人員進行說明的目的，并且附圖不一定按比例繪制。根據本專利技術的教導的示例變壓器減小了漏電感，使得可以減少或消除電源中的箝位電路。具有減小的漏電感的變壓器可以通過消除箝位電路或通過降低其復雜性來提高效率并降低電源的成本。變壓器為具有至少兩對端子的無源電氣元件，所述無源電氣元件依賴于磁場的特性來確定端子處的電流和電壓之間的關系。變壓器的每個繞組具有對應于一對端子的兩個端部。繞組可以傳導電流并在繞組的端部之間產生電壓。存儲能量并且還在繞組之間傳遞能量的變壓器有時被稱為耦合電感器。在本公開文本中，術語變壓器包括耦合電感器。所存儲的能量包含在與每個繞組相關聯的電感中。理想變壓器可以將由一個繞組接收到的所有能量傳遞至所有其他的繞組。換言之，理想變壓器的每個繞組完全耦合至所有其他繞組。實際變壓器的缺陷引起繞組之間的不完全耦合，這會阻止將一個繞組接收到的所有能量傳遞至另一繞組。未被傳遞的能量包含在可能與一個或多個繞組相關聯的漏電感內。盡管漏電感中的能量在一些應用中可能是有益的，但在其它應用中，其產生不期望的復雜性，例如過度的電壓偏移或不期望的能量損失。為了減小漏電感，變壓器可以被構造為使繞組的一部分夾在一對具有相等數量的匝的排斥繞組之間。排斥繞組的端部可以端接，使得離開一個排斥繞組的正本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種在功率轉換器中使用的變壓器，包括：第一繞組，所述第一繞組包括圍繞磁芯纏繞的多個層；第一排斥繞組，所述第一排斥繞組形成第一排斥繞組層，其中，所述第一繞組的所述多個層中的第一部分比所述第一排斥繞組層更靠近所述磁芯的中心纏繞；以及第二排斥繞組，所述第二排斥繞組圍繞所述磁芯纏繞，形成第二排斥繞組層，其中，所述第一排斥繞組和所述第二排斥繞組具有圍繞所述磁芯的相同數量的匝，其中，所述第一繞組的所述多個層中的第二部分圍繞所述磁芯纏繞在所述第一排斥繞組層與所述第二排斥繞組層之間。

【技術特征摘要】
2015.10.23 US 62/245,755;2016.09.14 US 15/265,6541.一種在功率轉換器中使用的變壓器，包括：第一繞組，所述第一繞組包括圍繞磁芯纏繞的多個層；第一排斥繞組，所述第一排斥繞組形成第一排斥繞組層，其中，所述第一繞組的所述多個層中的第一部分比所述第一排斥繞組層更靠近所述磁芯的中心纏繞；以及第二排斥繞組，所述第二排斥繞組圍繞所述磁芯纏繞，形成第二排斥繞組層，其中，所述第一排斥繞組和所述第二排斥繞組具有圍繞所述磁芯的相同數量的匝，其中，所述第一繞組的所述多個層中的第二部分圍繞所述磁芯纏繞在所述第一排斥繞組層與所述第二排斥繞組層之間。2.根據權利要求1所述的變壓器，其中，所述第一排斥繞組和所述第二排斥繞組并聯地耦合在一起。3.根據權利要求2所述的變壓器，還包括串聯耦合在所述第一排斥繞組與所述第二排斥繞組之間的電阻器，以限制通過所述第一排斥繞組和所述第二排斥繞組的電流的量。4.根據權利要求3所述的變壓器，其中，所述電阻器具有的電阻值大于或者等于零。5.根據權利要求1所述的變壓器，其中，所述第一繞組為初級繞組，并且其中，所述功率轉換器為反激式功率轉換器，其中，所述第一排斥繞組和所述第二排斥繞組減小漏電感。6.根據權利要求5所述的變壓器，其中，所述第一排斥繞組和所述第二排斥繞組被耦合以提供所述功率轉換器的第一次級繞組和第二次級繞組。7.根據權利要求6所述的變壓器，其中，所述變壓器還包括偏置繞組，所述偏置繞組圍繞所述磁芯纏繞，形成偏置繞組層。8.根據權利要求7所述的變壓器，其中，所述偏置繞組層圍繞所述磁芯纏繞在所述第一繞組的所述多個層中的所述第一部分與所述第一排斥繞組層之間。9.根據權利要求6所述的變壓器，其中，所述第一繞組的所述多個層中的所述第二部分是所述第一繞組的圍繞所述磁芯纏繞的最后一層。10.根據權利要求1所述的變壓器，其中，所述第一繞組為c型纏繞繞組。11.根據權利要求1所述的變壓器，其中，所述第一繞組為z型纏繞繞組。12.根據權利要求1所述的變壓器，還包括布置在所述第一繞組的層之間的帶層。13.根據權利要求1所述的變壓器，還包括耦合在所述第一繞組的圍繞所述磁芯纏繞的最后一層與所述第一繞組的圍繞所述磁芯纏繞的倒數第二層之間的端子。14.根據權利要求1所述的變壓器，其中，所述第...

【專利技術屬性】
技術研發人員：伊斯雷爾·M·塞拉諾，羅伯特·A·馬丁，威廉·M·波利夫卡，
申請(專利權)人：電力集成公司，
類型：發明
國別省市：美國,US