具有調諧漏電感和共模噪聲補償的能量傳遞組件的製作方法

2023-04-24 05:38:41

專利名稱：具有調諧漏電感和共模噪聲補償的能量傳遞組件的製作方法
技術領域：
本發明總體涉及能量傳遞(energy transfer)。更具體而言，本發明涉及可用於諧振功率變換器(resonant power converter)中的能量傳遞組件。
背景技術：
變壓器在電路中被用作能量傳遞元件，以將來自輸入電路的能量通過磁場以電氣隔離的方式傳遞至輸出電路。通常，電壓器包括初級繞組和次級繞組。初級繞組連接至輸入電路，次級繞組連接至輸出電路。初級繞組和次級繞組被卷繞在公共繞線管的整個長度上，該繞線管被安裝在一個磁芯上。由於磁芯材料的導磁率比周圍空氣高得多，因此在變壓器中傳輸能量的主磁通量穿過磁芯中的磁場。然而，每個繞組的磁通量的一部分還穿過該同一繞組周圍的空氣，這通常被稱為漏磁通量，並且導致被稱為漏電感的自感。在一些情形中，變壓器的漏電感被認為是不希望出現的寄生電感，但在另一些情形中，變壓器的漏電感實際上被用作電路設計的所需電感的一部分。在已知的變壓器中，初級繞組和次級繞組一般被完全交疊地一個疊一個地卷繞， 並且初級繞組和次級繞組中的每一個都基本上覆蓋整個繞線管長度，如果需要的話包括任何邊緣隔離(marginal isolation)。在其他已知的變壓器中，初級繞組和次級繞組被沿著繞線管的長度並排卷繞，初級繞組和次級繞組中的每一個覆蓋某一百分比的繞線管長度， 如果需要的話包括任何邊緣隔離。當初級繞組和次級繞組被以完全交疊結構卷繞時，每個繞組產生的磁通量的大部分共同位於繞組之間，由此使漏電感最小化。另外，當初級繞組和次級繞組完全交疊時，由於在繞組的相鄰層之間或鄰近層之間的電勢差，在初級繞組和次級繞組之間形成寄生電容 (Cparasitic)耦合路徑，該寄生電容耦合路徑在初級繞組和次級繞組之間形成共模(CM) 噪聲的低阻抗路徑，所述共模噪聲一般具有處於較高的MHz量級的噪聲頻率(1/Cparasiti。女 "n。ise，其中=噪聲頻率的角速度)。CM噪聲同時沿兩條輸入線(input line)傳播，且供所述CM噪聲返回源的路徑通過地。在初級線圈和次級線圈之間的電容耦合為CM噪聲提供了從初級繞組到次級繞組並且從次級線圈通過次級線圈的寄生電容到地的路徑，通過該路徑，CM噪聲返回至輸入源。這引起電磁幹擾(EMI)問題，並且可導致電磁兼容性(EMC)調節測試(regulatory testing)方面的故障。在具有以並排結構卷繞的初級繞組和次級繞組的變壓器中，與具有以完全交疊結構卷繞的初級繞組和次級繞組的變壓器相比，在每個繞組周圍產生的穿過空氣的磁通量的相對量較大，且漏磁通量增加。另一方面，初級繞組和次級繞組之間的電容耦合被最小化， 這由此使得CM噪聲和EMI問題被最小化。開關式變換器通常使用變壓器或其他類型的能量傳遞元件。在HF開關式變換器中，變壓器設計通常是一項複雜的任務，因為隨著開關脈衝的頻率增加，諸如在數百kHz的範圍內，變壓器漏洩阻抗變得越來越起主導作用(Lleakage* swit。h，其中ω —是開關頻率的角速度)。
另外，CM噪聲在具有HF輸入方波脈衝的開關式變換器中也是一個關注點。被發現存在於HF輸入方波脈衝中的銳沿可導致初級繞組中的甚高頻(VHF)噪聲(角速度為 ω noise)，所述甚高頻噪聲通過地形成返迴路徑。例如，在HF變壓器隔離的電源中，繞組層之間的寄生電容耦合形成低阻抗路徑(l/CpaMsiti。* n0ise)o帶有VHF噪聲的CM噪聲通過該路徑被從初級繞組傳導到次級繞組。此外，來自次級繞組的噪聲通過次級繞組對地的寄生電容返回至輸入地，這產生EMI噪聲問題——所述EMI噪聲問題在EMI掃描中呈現為開關頻率諧波處的高振幅尖峰，並且是導致EMC調節測試方面的故障的一個常見原因。

發明內容
根據本發明的一方面，提供一種供用於諧振功率變換器的能量傳遞組件，該能量傳遞組件包括第一繞組，其繞一個繞線管卷繞，該繞線管被安裝在一個磁芯上，所述第一繞組在沿著所述繞線管的長度最接近於第一末端處具有第一數目的層，所述第一繞組在沿著所述繞線管的長度最接近於第二末端處具有第二數目的層；以及第二繞組，其繞所述繞線管卷繞，所述第二繞組在沿著所述繞線管的長度最接近於所述第一末端處具有第三數目的層，所述第二繞組在沿著所述繞線管的長度最接近於所述第二末端處具有第四數目的層，其中所述第一繞組和第二繞組中的一個的至少一部分與所述第一繞組和第二繞組中的另一個的至少一部分繞所述繞線管交疊，其中所述第一繞組和第二繞組之間的交疊度沿著所述繞線管的長度在所述第一末端和第二末端之間是不均勻的，使得所述第一數目與所述第三數目的比率和所述第二數目與所述第四數目的比率不相等。根據本發明的另一方面，提供一種功率變換器，該功率變換器包括開關電路，耦合至所述功率變換器的輸入；能量傳遞組件，耦合至所述開關電路，所述能量傳遞組件包括第一繞組，其耦合至所述開關電路並且繞一個繞線管卷繞，該繞線管被安裝在一個磁芯上，所述第一繞組在沿著所述繞線管的長度最接近於第一末端處具有第一數目的層，所述第一繞組在沿著所述繞線管的長度最接近於第二末端處具有第二數目的層；以及第二繞組，其耦合至所述功率變換器的輸出並且繞所述繞線管卷繞，所述第二繞組在沿著所述繞線管的長度最接近於所述第一末端處具有第三數目的層，所述第二繞組在沿著所述繞線管的長度最接近於所述第二末端處具有第四數目的層，其中所述第一繞組和第二繞組中的一個的至少一部分與所述第一繞組和第二繞組中的另一個的至少一部分繞所述繞線管交疊，其中所述第一繞組和第二繞組之間的交疊度沿著所述繞線管的長度在所述第一末端和第二末端之間是不均勻的，使得所述第一數目與所述第三數目的比率和所述第二數目與所述第四數目的比率不相等；以及諧振電路，其耦合至所述開關電路，所述諧振電路包括耦合至所述開關電路的第一電感和第二電感，其中所述第一電感是所述能量傳遞組件的內部磁電感，以及其中所述第二電感是所述第一繞組的漏電感。根據本發明的又一方面，提供一種供用於諧振功率變換器的能量傳遞組件，該能量傳遞組件包括
第一繞組，其具有繞一個繞線管卷繞的第一數目的層，該繞線管被安裝在一個磁芯上；以及第二繞組，其具有繞所述繞線管卷繞的第二數目的層，其中繞所述繞線管卷繞的所述第一繞組的所述第一數目的層和所述第二繞組的所述第二數目的層沿著所述繞線管的長度而變化，其中所述第一繞組和第二繞組中的一個的至少一部分與所述第一繞組和第二繞組中的另一個的至少一部分繞所述繞線管交疊；以及共模噪聲消除電路，其耦合在所述第一繞組和第二繞組之間。


參照以下附圖描述本發明的非限制性和非窮舉性實施方案，除非另有說明，在所有各個視圖中，相似的參考數字指代相似的部分。圖IA總體示出根據本發明教導的一個示例性變壓器的橫截面，該變壓器包括繞繞線管卷繞的第一繞組和第二繞組，該繞線管被安裝在磁芯上。圖IB總體示出根據本發明教導的繞變壓器的繞線管卷繞的示例性第一繞組和第二繞組的橫截面。圖2總體示出根據本發明教導的繞變壓器的繞線管卷繞的第一繞組和第二繞組的另一實施例的橫截面。圖3總體示出根據本發明教導的繞變壓器的繞線管卷繞的第一繞組和第二繞組的又一實施例的橫截面。圖4總體示出根據本發明教導的繞變壓器的繞線管卷繞的第一繞組和第二繞組的再一實施例的橫截面。圖5總體示出根據本發明教導的繞變壓器的繞線管卷繞的第一繞組和第二繞組的還一實施例的橫截面。圖6總體示出根據本發明教導的繞變壓器的繞線管卷繞的第一繞組和第二繞組的又一實施例的橫截面。圖7是示出根據本發明教導的一個示例性功率變換器的示意圖，該功率變換器包括能量傳遞組件和共模噪聲消除電路。圖8是示出根據本發明教導的功率變換器的另一實施例的示意圖，該功率變換器包括能量傳遞組件和共模噪聲消除。圖9是示出根據本發明教導的功率變換器的又一實施例的示意圖，該功率變換器包括能量傳遞組件和共模噪聲消除。
具體實施例方式描述了用於在功率變換器中實現能量傳遞組件以及共模噪聲消除電路系統的方法和裝置。在下文的描述中，闡明了多個具體細節，以提供對本發明的透徹理解。然而，對於本領域普通技術人員來說明顯的是，實施本發明不必使用所述具體細節。在另一些情況下，沒有詳細描述眾所周知的材料或方法，以避免使本發明模糊。在該說明書全文中提到「一個實施方案」、「一實施方案」、「一個實施例」或「一實施例」意指關於該實施方案或實施例描述的特定特徵、結構或特性被包含在本發明的至少一個實施方案中。因此，在該說明書全文中各個地方出現的短語「在一個實施方案中」、「在一實施方案中」、「一個實施例」或「一實施例」未必全都指相同的實施方案或實施例。再者，所述特定特徵、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/或子組合結合。特定特徵、結構或特性可以被包括在集成電路、電子電路、組合邏輯電路或提供所描述的功能性的其他合適部件中。此外，應理解，本文中提供的圖意在向本領域普通技術人員進行解釋，並且附圖未必按比例繪製。如將要討論的，公開了一種具有部分交疊的繞組的能量傳遞組件。在一個實施例中，根據本發明的教導，在能量傳遞組件中包括CM噪聲消除電路系統，該CM噪聲消除電路系統補償由於繞組的部分交疊的結果而引入的CM噪聲。由於本文中公開的繞組的部分交疊，繞組之間的交疊度是不一致的，並且能量傳遞組件的漏電感可被設計或調諧為期望量。 在一些電氣設計中，諸如具有變壓器隔離的諧振電路中，調諧漏電感被用作諧振電感以節省部件和電路板上的空間。如將要公開的，根據本發明的教導，一示例性能量傳遞組件的調諧漏電感被用作諧振LLC功率變換器的一部分。LLC變換器是使用如下諧振電路的開關式功率變換器，所述諧振電路包括一個電容和兩個電感。通過LLC變換器中的HF變壓器的諧振電流被傳遞至一個負載，該負載耦合至位於次級側的LLC變換器的輸出。諧振電路的電容器和變壓器的低值漏電感限定一個較高頻率的串聯諧振，而諧振電路的上述電容器和高值磁電感限定一個較低頻率的並聯諧振。諧振電路——其有時可被稱為儲能電路——的輸入電壓脈衝是如下的方波脈衝，所述方波脈衝由位於諧振電路的輸入處的開關電路——諸如像半橋電路——斬波。在工作中， 諧振電流是在諧振電路的電容器和諧振電感器之間的正弦振蕩。LLC變換器的工作頻率在串聯諧振頻率和並聯諧振頻率之間變化。在根據本發明的教導的LLC變換器的一個有成本效益的設計中，能量傳遞組件的變壓器中的初級繞組的磁化電感被用於將負載功率傳遞至次級線圈的並聯諧振，以減少部件數、降低成本和減小尺寸。在一個實施例中，LLC變換器的串聯諧振電感器利用初級繞組的漏電感。在一個實施例中，根據本發明的教導，通過將初級繞組和次級繞組部分交疊，所述能量傳遞組件的初級繞組的該漏電感被調諧至期望量。在本文中所示的實施例中，根據本發明的教導，所描述的變壓器是具有部分交疊的繞組結構的HF多層變壓器，其使得能夠利用初級繞組和次級繞組之間的不同式樣的部分交疊來微調諧所述漏電感。舉例說明，圖IA總體示出根據本發明教導的一個示例性變壓器100的橫截面，該變壓器包括繞繞線管卷繞的第一繞組和第二繞組，所述繞線管被安裝在能量傳遞組件的磁芯上。如示出的，變壓器100包括安裝在一個磁芯上的繞線管130，所述磁芯包括兩個半部 110和120，在兩個半部110和120之間具有界面115。圖IB更加詳細地示出繞線管130和繞繞線管130卷繞的繞組的一個實施例的橫截面。如描述的該實施例中所示，一個實施例中的繞線管130是具有軸線170的圓柱形繞線管。應理解，在另一些實施例中，繞線管130可具有其他形狀，諸如像方形或其他合適類型的軸向(axial)繞線管。在一個實施例中，第一繞組140和第二繞組150被繞繞線管130 卷繞，該繞線管130被安裝在磁芯上。如所示的，沿著繞線管130的軸線170存在至少一交疊部分142，在該至少一交疊部分142中所述第一繞組140和第二繞組150中的一個與所述第一繞組140和第二繞組150中的另一個的至少一部分繞繞線管130交疊。另外，圖IB示出，繞繞線管130卷繞的第一繞組140和第二繞組150的層的相對數目沿著繞線管130的軸線170的長度是不均勻的。舉例說明，圖IB的實施例示出，第一繞組140在沿著繞線管 130的長度最接近於軸線170的第一末端172之處具有第一數目的層145。在圖示的該實施例中，第一繞組140在沿著繞線管130的長度最接近於軸線170的第二末端174之處具有第二數目的層145。類似地，第二繞組150在沿著繞線管130的長度最接近於軸線170的第一末端172之處具有第三數目的層155，並在沿著繞線管130的長度最接近於軸線170的第二末端174之處具有第四數目的層155。在一個實施例中，第一繞組140和第二繞組150 中的一個是初級繞組，第一繞組140和第二繞組150中的另一個是次級繞組。應注意，在第二繞組150具有較低電壓和較高電流的一實施例中，第二繞組150通過較粗的金屬線引入 (introduce)，並且具有較高電壓和較低電流的第一繞組140通過較細的金屬線引入。尤其，應注意，在圖IB的具體實施例中，在最接近於繞線管130的軸線170的第一末端172之處，存在第一繞組140的十二個層145和第二繞組150的零個層155。另外，應注意，在最接近於繞線管130的軸線170的第二末端174之處，存在第一繞組140的一個層 145和第二繞組150的五個層155。如此，在最接近於第一末端172處的第一繞組140的層 145的數目與第二繞組150的層155的數目的比率為十二比零。然而，在最接近於第二末端174處的該比率為一比五。由此，在第一繞組140和第二繞組150之間存在部分交疊，因為第一繞組140和第二繞組150之間的交疊度或者層145和155的相對數目沿著第一末端 172和第二末端174之間的繞線管130的長度是不均勻的。確實，第一繞組140的層145的數目與第二繞組150的層155的數目的比率沿著繞線管130的長度變化。例如，根據本發明的教導，在最接近於第一末端172處的第一繞組140的層145的數目與第二繞組150的層155的數目的比率和在最接近於第二末端174處的第一繞組140的層145的數目與第二繞組150的層155的數目的比率不相等。當然應理解，實際的層數可與示出的那些層數不同，並且附圖中所示的層數是為了解釋的目的。另外，匝數並未被按任何具體次序示出，並且將視具體設計應用而變化。此外，應注意，出於解釋的目的，第一繞組140和第二繞組150被示為實心的，具有較細和較粗的橫截面。然而，在另一些實施例中，根據本發明的教導，每個繞組可包括多條金屬線，和/ 或還可使用多股金屬線。另外，在另一些實施例中，根據本發明的教導，所述繞組可包括多個部分，並且可包括中心抽頭等。再參考圖IB中示出的實施例，應注意，如所示的，在第一繞組140和第二繞組150 之間還包括一個隔離障壁(isolation barrier) 160，並且該隔離障壁環繞著繞線管130。在示出的該實施例中，應注意，隔離障壁160環繞著繞線管130將第一繞組140的繞組與第二繞組150的繞組分隔開。在一個實施例中，隔離障壁160的橫截面包括至少一個相對於軸線170傾斜的部分。換言之，在一個實施例中，根據本發明的教導，在隔離障壁160和軸線 170之間的層145或155的數目沿著繞線管130的長度變化，使得隔離障壁160和軸線170 之間的距離沿著第一末端172和第二末端174之間的繞線管130的長度變化。圖2總體示出根據本發明教導的繞變壓器200的繞線管230卷繞的第一繞組和第二繞組的另一個實施例的橫截面。應注意，變壓器200的繞線管230與圖IA和圖IB中示出的變壓器100的繞線管130具有許多類似之處。例如，在一個實施例中，繞線管230是具有軸線270的圓柱形繞線管。應理解，在另一些實施例中，繞線管230可具有其他形狀，諸如像方形或其他合適類型的軸向繞線管。在一個實施例中，第一繞組240和第二繞組250被繞繞線管230卷繞，該繞線管230被安裝在磁芯上。如示出的，沿著繞線管230的軸線270 存在至少一交疊部分對2，在該至少一交疊部分242中所述第一繞組240和第二繞組250中的一個與所述第一繞組240和第二繞組250中的另一個的至少一部分繞繞線管230交疊。 另外，圖2示出，繞繞線管230卷繞的第一繞組240和第二繞組250的層的相對數目沿著繞線管230的軸線270的長度是不均勻的。舉例說明，圖2中描繪的該實施例示出，第一繞組 240在沿著繞線管230的長度最接近於軸線270的第一末端272和第二末端274之處分別具有第一數目和第二數目的層對5。類似地，第二繞組230在沿著繞線管230的長度最接近於軸線270的第一末端272和第二末端274之處分別具有第三數目和第四數目的層255。尤其，應注意，在圖2的具體實施例中，在最接近於繞線管230的軸線270的第一末端272之處，存在第一繞組MO的八個層245和第二繞組250的一個層255。另外，應注意，在最接近於繞線管230的軸線270的第二末端274之處，存在第一繞組240的兩個層245 和第二繞組250的四個層255。如此，在最接近於第一末端272處的第一繞組240的層245 的數目與第二繞組250的層255的數目的比率為八比一。然而，在最接近於第二末端274 處的該比率為二比四。由此，在第一繞組240和第二繞組250之間存在部分交疊，因為第一繞組240和第二繞組250之間的交疊度或者層245和255的相對數目沿著第一末端272和第二末端274之間的繞線管230的長度是不均勻的。確實，第一繞組MO的層M5的數目與第二繞組250的層255的數目的比率沿著繞線管230的長度而變化。例如，根據本發明的教導，在最接近於第一末端272處的第一繞組MO的層M5的數目與第二繞組250的層 255的數目的比率和在最接近於第二末端274處的第一繞組MO的層M5的數目與第二繞組250的層255的數目的比率不相等。在圖2示出的該實施例中，應注意，如所示的，在第一繞組240和第二繞組250之間還包括一個隔離障壁沈0，並且該隔離障壁260環繞著繞線管230。在示出的該實施例中， 應注意，隔離障壁260環繞著繞線管230將第一繞組MO的繞組與第二繞組250的繞組分隔開。在一個實施例中，隔離障壁沈0的橫截面包括至少一個相對於軸線270傾斜的部分。 換言之，在一個實施例中，根據本發明的教導，在隔離障壁260和軸線270之間的層245或 255的數目沿著繞線管230的長度而變化，使得隔離障壁260和軸線270之間的距離沿著第一末端272和第二末端274之間的繞線管230的長度而變化。圖3總體示出根據本發明教導的繞變壓器300的繞線管330卷繞的第一繞組和第二繞組的又一實施例的橫截面。應注意，變壓器300的繞線管330與圖1-2中分別示出的變壓器100和200的繞線管130和230具有許多類似之處。例如，在一個實施例中，繞線管 330是具有軸線370的圓柱形繞線管。應理解，在另一些實施例中，繞線管330可具有其他形狀，諸如像方形或其他合適類型的軸向繞線管。在一個實施例中，第一繞組340和第二繞組350被繞繞線管330卷繞，該繞線管330被安裝在磁芯上。如示出的，沿著繞線管330的軸線370存在至少一交疊部分342，在該至少一交疊部分342中所述第一繞組340和第二繞組350中的一個與所述第一繞組340和第二繞組350中的另一個的至少一部分繞繞線管 330交疊。另外，圖3示出，繞繞線管330卷繞的第一繞組340和第二繞組350的層的相對數目沿著繞線管330的軸線370的長度是不均勻的。舉例說明，圖3中描繪的該實施例示出，第一繞組340在沿著繞線管330的長度最接近於軸線370的第一末端372和第二末端374之處分別具有第一數目和第二數目的層345。類似地，第二繞組350在沿著繞線管330 的長度最接近於軸線370的第一末端372和第二末端374之處分別具有第三數目和第四數目的層355。尤其，應注意，在圖3的具體實施例中，在最接近於繞線管330的軸線370的第一末端372之處，存在第一繞組340的十個層345和第二繞組350的零個層355。另外，應注意，在最接近於繞線管330的軸線370的第二末端374之處，存在第一繞組340的兩個層345 和第二繞組350的四個層355。如此，在最接近於第一末端372處的第一繞組340的層345 的數目與第二繞組350的層355的數目的比率為十比零。然而，在最接近於第二末端374 處的該比率為二比四。由此，在第一繞組340和第二繞組350之間存在部分交疊，因為第一繞組340和第二繞組350之間的交疊度或者層345和355的相對數目沿著第一末端372和第二末端374之間的繞線管330的長度是不均勻的。確實，第一繞組340的層345的數目與第二繞組350的層355的數目的比率沿著繞線管330的長度而變化。例如，根據本發明的教導，在最接近於第一末端372處的第一繞組340的層345的數目與第二繞組350的層 355的數目的比率和在最接近於第二末端374處的第一繞組340的層345的數目和第二繞組350的層355的數目的比率不相等。在圖3示出的該實施例中，應注意，如所示的，在第一繞組340和第二繞組350之間還包括一個隔離障壁360，並且該隔離障壁360環繞著繞線管330。在示出的該實施例中， 應注意，隔離障壁360環繞著繞線管330將第一繞組340的繞組與第二繞組350的繞組分隔開。在一個實施例中，隔離障壁360的橫截面包括至少一個相對於軸線370傾斜的部分。 換言之，在一個實施例中，根據本發明的教導，在隔離障壁360和軸線370之間的層345或 355的數目沿著繞線管330的長度而變化，使得隔離障壁360和軸線370之間的距離沿著第一末端372和第二末端374之間的繞線管330的長度而變化。圖4總體示出根據本發明教導的繞一個變壓器的繞線管430卷繞的第一繞組和第二繞組的再一實施例的橫截面。應注意，變壓器400的繞線管430與圖1-3中分別示出的變壓器100、200和300的繞線管130、230和330具有許多類似之處。例如，在一個實施例中，繞線管430是具有軸線470的圓柱形繞線管。應理解，在另一些實施例中，繞線管430可具有其他形狀，諸如像方形或其他合適類型的軸向繞線管。在一個實施例中，第一繞組440 和第二繞組450被繞繞線管430卷繞，該繞線管430被安裝在一個磁芯上。如示出的，沿著繞線管430的軸線470存在至少一交疊部分442，在該至少一交疊部分442中所述第一繞組 440和第二繞組450中的一個與所述第一繞組440和第二繞組450中的另一個的至少一部分繞繞線管430交疊。另外，圖4示出，繞繞線管430卷繞的第一繞組440和第二繞組450 的層的相對數目沿著繞線管430的軸線470的長度是不均勻的。舉例說明，圖4中描繪的該實施例示出，第一繞組440在沿著繞線管430的長度最接近於軸線470的第一末端472 和第二末端474之處分別具有第一數目和第二數目的層445。類似地，第二繞組450在沿著繞線管430的長度最接近於軸線470的第一末端472和第二末端474之處分別具有第三數目和第四數目的層455。尤其，應注意，在圖4的具體實施例中，在最接近於繞線管430的軸線470的第一末端472之處，存在第一繞組440 Wi個層445和第二繞組450的一個層455。另外，應注意，在最接近於繞線管430的軸線470的第二末端474之處，存在第一繞組440的一個層
12445和第二繞組450的五個層455。如此，在最接近於第一末端472處的第一繞組440的層 445的數目與第二繞組450的層455的數目的比率為十一比一。然而，在最接近於第二末端 474處的該比率為一比五。由此，在第一繞組440和第二繞組450之間存在部分交疊，因為第一繞組440和第二繞組450之間的交疊度沿著第一末端472和第二末端474之間的繞線管430的長度是不均勻的。確實，第一繞組440的層445的數目與第二繞組450的層455 的數目的比率或者層445和455的相對數目沿著第一末端445和第二末端455之間的繞線管430的長度是不均勻的。例如，根據本發明的教導，在最接近於第一末端472處的第一繞組440的層445的數目與第二繞組450的層455的數目的比率和在最接近於第二末端474 處的第一繞組440的層445的數目與第二繞組450的層455的數目的比率不相等。在圖4示出的實施例中，應注意，如所示的，在第一繞組440和第二繞組450之間還包括一個隔離障壁460，並且該隔離障壁460環繞著繞線管430。在示出的該實施例中， 應注意，隔離障壁460環繞著繞線管430將第一繞組440的繞組與第二繞組450的繞組分隔開。在一個實施例中，隔離障壁460的橫截面包括至少一個相對於軸線470傾斜的部分。 換言之，在一個實施例中，根據本發明的教導，在隔離障壁460和軸線470之間的層445或 455的數目沿著繞線管430的長度而變化，使得隔離障壁460和軸線470之間的距離沿著第一末端472和第二末端474之間的繞線管430的長度而變化。事實上，在圖4示出的具體實施例中，隔離障壁460形成第一繞組450和第二繞組460之間的圓錐形界面，因為整個隔離障壁460的橫截面相對於軸線470傾斜。圖5總體示出根據本發明教導的繞一個變壓器的繞線管530卷繞的第一繞組和第二繞組的還一實施例的橫截面。應注意，變壓器500的繞線管530與圖1-4中分別示出的變壓器100、200、300和400的繞線管130,230,330和430具有許多類似之處。例如，在一個實施例中，繞線管530是具有軸線570的圓柱形繞線管。應理解，在另一些實施例中，繞線管530可具有其他形狀，諸如像方形或其他合適類型的軸向繞線管。在一個實施例中，第一繞組540和第二繞組550被繞繞線管530卷繞，該繞線管530被安裝在一個磁芯上。如示出的，沿著繞線管530的軸線570存在至少一交疊部分M2，在該至少一交疊部分M2中所述第一繞組540和第二繞組550中的一個與所述第一繞組540和第二繞組550中的另一個的至少一部分繞繞線管530交疊。另外，圖5示出，繞繞線管540卷繞的第一繞組540和第二繞組550的層的相對數目沿著繞線管530的軸線570的長度是不均勻的。舉例說明， 圖5中描繪的該實施例示出，第一繞組540在沿著繞線管530的長度最接近於軸線570的第一末端572和第二末端574之處分別具有第一數目和第二數目的層M5。類似地，第二繞組550在沿著繞線管530的長度最接近於軸線570的第一末端572和第二末端574之處分別具有第三數目和第四數目的層陽5。尤其，應注意，在圖5的具體實施例中，在最接近於繞線管530的軸線570的第一末端572之處，存在第一繞組MO的五個層545和第二繞組550的零個層555。另外，應注意，在最接近於繞線管530的軸線570的第二末端574之處，存在第一繞組MO的零個層 545和第二繞組550的三個層555。如此，在最接近於第一末端572處的第一繞組MO的層 545的數目與第二繞組550的層555的數目的比率為五比零。然而，在最接近於第二末端 574處的該比率為零比三。由此，在第一繞組540和第二繞組550之間存在部分交疊，因為第一繞組540和第二繞組550之間的交疊度沿著第一末端572和第二末端574之間的繞線管530的長度是不均勻的。確實，第一繞組MO的層M5的數目與第二繞組550的層555 的數目的比率或者層545和555的相對數目沿著第一末端545和第二末端555之間的繞線管530的長度是不均勻的。例如，根據本發明的教導，在最接近於第一末端572處的第一繞組MO的層M5的數目與第二繞組550的層555的數目的比率和在最接近於第二末端574 處的第一繞組討0的層M5的數目與第二繞組550的層555的數目的比率不相等。在圖5示出的該實施例中，應注意，一個隔離障壁565環繞著繞線管530將第一繞組MO的繞組與第二繞組550的繞組分隔開，如所示的。在示出的該實施例中，應注意，在相對末端處包括隔離障壁560，且該隔離障壁560還用於為每個繞組提供漏電(ere印age)。 在示出的該實施例中，應注意，如所示的，第一繞組540和第二繞組550部分交疊，使得在繞線管的內側，從繞線管530的第二末端574開始的所有第二繞組550層555佔用固定百分比的繞線管長度，並且繞線管長度的剩餘部分充滿最接近於第一末端572的隔離障壁560。 類似地，如所示的，從繞線管530的第一末端572開始的、位於繞線管530的外側的第一繞組545層M5佔用固定百分比的繞線管長度，使得在中部處在第一繞組540和第二繞組550 之間存在部分交疊，並且繞線管530的未被佔用的長度充滿最接近於第一末端572和第二末端574的隔離障壁560。圖6總體示出根據本發明教導的繞一個變壓器的繞線管630卷繞的第一繞組和第二繞組的另一實施例的橫截面。應注意，變壓器600的繞線管630與圖1-5中分別示出的變壓器100、200、300、400和500的繞線管130、230、330、430和530具有許多類似之處。例如，在一個實施例中，繞線管630是具有軸線670的圓柱形繞線管。應理解，在另一些實施例中，繞線管630可具有其他形狀，諸如像方形或其他合適類型的軸向繞線管。在一個實施例中，第一繞組640和第二繞組650被繞繞線管630卷繞，該繞線管630被安裝在一個磁芯上。如示出的，沿著繞線管630的軸線670存在至少一交疊部分642，在該至少一交疊部分 642中所述第一繞組640和第二繞組650中的一個與所述第一繞組640和第二繞組650中的另一個的至少一部分繞繞線管4630交疊。另外，圖6示出，繞繞線管630卷繞的第一繞組640和第二繞組650的層的相對數目沿著繞線管630的軸線670的長度而變化。舉例說明，圖6中描繪的該實施例示出，第一繞組640在沿著繞線管630的長度最接近於軸線670 的第一末端672和第二末端674之處各具有一數目的層645。類似地，第二繞組650在沿著第一末端672和第二末端674之間的繞線管630的長度最接近於軸線670的中心之處具有一數目的層655。尤其，應注意，在圖6的具體實施例中，在最接近於繞線管630的軸線670的第一末端672和第二末端674之處，各存在第一繞組640 Wi個層645和第二繞組650的零個層655。然而，應注意，在最接近於第一末端672和第二末端674之間的繞線管630的軸線670的中心之處，存在第一繞組640的大約兩個層645和第二繞組650的六個層655。如此，第一繞組640的層645的數目與第二繞組650的層655的數目的比率沿著第一末端672 和第二末端674之間的軸線670的長度而變化。從而，在第一繞組640和第二繞組650之間存在部分交疊，因為第一繞組640和第二繞組650之間的交疊度沿著第一末端672和第二末端674之間的繞線管630的長度是不均勻的。確實，第一繞組640的層645的數目與第二繞組650的層655的數目的比率或者層645和655的相對數目沿著第一末端645和第二末端655之間的繞線管630的長度是不均勻的。例如，根據本發明的教導，在第一末端672和第二末端674處的第一繞組640的層645的數目與第二繞組650的層655的數目的比率和在沿著第一末端672和第二末端674之間的繞線管630的長度最接近於軸線670的中心處的第一繞組640的層645的數目與第二繞組650的層655的數目的比率不相等。在圖6示出的該實施例中，應注意，如所示的，在第一繞組640和第二繞組650之間還包括一個隔離障壁660，該隔離障壁660環繞著繞線管630。在示出的該實施例中，應注意，隔離障壁660環繞著繞線管630將第一繞組640的繞組與第二繞組650的繞組分隔開。在一個實施例中，隔離障壁660的橫截面包括至少一個相對於軸線670傾斜的部分。換言之，在一個實施例中，根據本發明的教導，在隔離障壁660和軸線670之間的層645或655 的數目沿著繞線管630的長度而變化，使得隔離障壁660和軸線670之間的距離沿著第一末端672和第二末端674之間的繞線管630的長度而變化。如所述的，本文中所描述的具有部分交疊的第一繞組和第二繞組的變壓器實施例可被包括在供用於如下LLC諧振變換器的能量傳遞組件中，所述LLC諧振變換器使用具有中心抽頭次級線圈的多層繞組。應理解，上文在圖1-6中討論的實施例通過示例非限制性地說明了本發明的教導，並且本發明不應限於本文中所討論的具體實施例，並且可包括根據本發明教導的具有部分交疊的其他結構。在上述實施例中，通過使用如所述的結構和技術將初級繞組和次級繞組部分交疊，將能量傳遞組件的初級繞組的漏電感調諧至期望量。在本文中所示的實施例中，所描繪的變壓器是具有部分交疊的繞組結構的HF多層變壓器，其使得能夠根據本發明的教導微調諧初級繞組或次級繞組的漏電感。然而，應注意，由於繞組的鄰近交疊層之間的電勢差，在第一繞組和第二繞組之間還會形成一些額外的電容耦合，這可能導致傳輸至次級繞組的CM噪聲增加。另外，噪聲還可通過對地的次級寄生電容傳輸回輸入，這影響變換器的EMI性能。如下文將討論的，在本發明的新的能量傳遞組件中包括了 CM噪聲消除電路系統， 以補償由於部分交疊的繞組而引起的額外的CM噪聲。本文中公開的CM噪聲消除電路系統的實施例提供了有成本效益的新解決方案，該新解決方案利用從次級線圈到輸入迴路 (return)的旁通電容阻抗。在一個實施例中，根據本發明的教導，CM噪聲消除電路系統將反相噪聲電流注入回輸入迴路，這補償由於變壓器的部分交疊的初級繞組和次級繞組而引起的被傳輸的CM噪聲。舉例說明，圖7是示出根據本發明教導的示例性功率變換器700的示意圖，該功率變換器包括能量傳遞組件和共模噪聲消除電路。在示出的該實施例中，功率變換器700是一個包括能量傳遞元件701的LLC諧振變換器，該能量傳遞元件701耦合在功率變換器700 的輸入702和輸出790之間。在一個實施例中，開關電路705——其被示為半橋電路——華禹合在輸入702和能量傳遞組件701之間。如示出的該實施例中所示，開關電路705包括耦合至下開關S2715的上開關S1710，同時在上開關S1710和下開關S2715之間具有中心節點 720。在一個實施例中，開關電路705接收輸入702處的輸入電壓Vin，並從中心節點720向耦合至開關電路705的諧振電路7 施加HF方波電壓脈衝。在圖7所示的實施例中，能量傳遞組件701包括變壓器750，該變壓器包括初級繞組725和次級繞組733，所述次級繞組具有位於次級繞組部分735和745之間的一個中心抽頭740。在一個實施例中，根據本發明的教導，可使用圖1-6中的帶有部分交疊的繞組、具有調諧漏電感的變壓器100、200、300、400、500或600中的任一個來代替變壓器750。如示出的該實施例中所示，諧振電路7 包括電容器Cres 730和由變壓器750提供的兩個電感， 這兩個電感包括變壓器750的內部磁電感和初級繞組725的漏電感。具體而言，第一電感是由初級繞組725和磁芯形成的高值磁電感，該高值磁電感與Cres 730形成並聯諧振，並將負載電流傳遞至次級側。限定HF串聯諧振的低值第二電感是穿過空氣的變壓器750的初級漏電感，通過變壓器750的初級繞組725和次級繞組733的部分交疊，該初級漏電感具有微調諧，如上文在圖1-6中所述。在示出的該實施例中，如所示的，功率變換器700還包括耦合至次級繞組部分735的輸出端子737的二極體770，以及耦合至次級繞組部分745的二極體775。電容器780還被耦合在功率變換器700的輸出790和耦合至次級繞組733的中心抽頭740的次級返回端子(return terminal)之間。如圖7中所示，功率變換器700還包括一個CM噪聲消除電路753，該CM噪聲消除電路耦合在變壓器750的次級繞組733和輸入返回端子757之間，所述輸入返回端子耦合至開關電路705並通過電容器CreS730耦合至變壓器750的初級繞組725。在圖7示出的具體實施例中，CM噪聲消除電路753包括第一電容耦合760——被示為Y-cap 1，該第一電容耦合760耦合在輸入返回端子757和耦合至次級繞組733的中心抽頭740的次級返回端子之間。CM噪聲消除電路753還包括第二電容耦合755——被示為Y-cap 2，該第二電容耦合755耦合在輸入返回端子757和次級繞組部分735的輸出端子737之間。在示出的該實施例中，輸出端子737是次級繞組部分735的與初級繞組725的初級輸入端子同相的同相輸出端子，所述初級輸入端子被耦合以從開關電路705的中心節點720接收方波。應理解，在圖7示出的實施例中，兩個並聯的CM旁通阻抗路徑通過第一和第二電容耦合760和755被引入。在一個實施例中，第一電容耦合760的Y-cap 1具有較高電容值，第二電容耦合755的Y-cap 2具有較小電容值，在一個實施例中，該較小電容值是220pF 至2. 2nF。應理解，由於具有較小電容值，Y-cap 2具有較低成本。在一個實施例中，較小 Y-cap 2電容器755的值被調諧以抵消在輸入處的CM噪聲。在工作中，由於變壓器750的部分交疊的層的寄生電容而引起的CM噪聲耦合通過如下噪聲的反相分量補償，所述噪聲從次級繞組733通過第一和第二電容耦合760和755所提供的兩個旁通阻抗被旁通到輸入返回端子757。第一旁通阻抗是從中心抽頭740耦合至與開關電路705耦合的輸入返回757 的第一電容耦合760，第二旁通阻抗是從與方波同相的輸出端子737耦合至與開關電路705 耦合的輸入返回757的第二電容耦合755。第二電容耦合755所提供的第二旁通阻抗為額外的CM噪聲傳遞提供了第二旁通路徑，所述額外的CM噪聲傳遞是由於為了漏調諧變壓器 750中的繞組部分交疊而引起的。圖8是示出根據本發明教導的功率變換器800的另一實施例的示意圖，該功率變換器包括能量傳遞組件和共模噪聲消除。應理解，功率變換器800與圖7的功率轉換器700 具有許多相似之處。例如，功率變換器800是一個包括能量傳遞元件801的LLC諧振變換器，所述能量傳遞元件801耦合在功率變換器800的輸入802和輸出890之間。在一個實施例中，開關電路805——其被示為半橋電路——耦合在輸入802和能量傳遞組件801之間。如示出的該實施例中所示，開關電路805包括耦合至下開關S2815的上開關S 1810， 同時在上開關S 1810和下開關S2815之間具有中心節點820。在一個實施例中，開關電路 805接收輸入802處的輸入電壓Vin，並從中心節點820向耦合至開關電路805的諧振電路
1829施加HF方波電壓脈衝。在圖8所示的實施例中，能量傳遞組件801包括變壓器850，該變壓器包括初級繞組825和次級繞組833，所述次級繞組具有位於次級繞組部分835和845之間的一個中心抽頭840。在一個實施例中，根據本發明的教導，可使用圖1-6中的具有部分交疊的繞組、具有調諧漏電感的變壓器100、200、300、400、500或600中的任一個來代替變壓器850。如示出的該實施例中所示，諧振電路8 包括電容器Cres 830和由變壓器850提供的兩個電感， 這兩個電感包括變壓器850的內部磁電感和初級繞組825的漏電感。具體而言，第一電感是由初級繞組825和磁芯形成的高值磁電感，該高值磁電感與Cres 830形成並聯諧振，並將負載電流傳遞至次級側。限定HF串聯諧振的低值第二電感是是穿過空氣的變壓器850 的初級漏電感，通過變壓器850的初級繞組825和次級繞組833的部分交疊，該初級漏電感具有微調諧，如上文在圖1-6中所述。在示出的該實施例中，如所示的，功率變換器800還包括耦合至次級繞組部分835的輸出端子837的二極體870，以及耦合至次級繞組部分845 的二極體875。電容器880還被耦合在功率變換器800的輸出890和耦合至次級繞組833 的中心抽頭840的次級返回端子之間。如圖8中所示，功率變換器800還包括一個CM噪聲消除電路853，該CM噪聲消除電路耦合在變壓器850的次級繞組833和輸入返回端子857之間，所述輸入返回端子857 耦合至開關電路805並通過電容器Cres 830耦合至變壓器850的初級繞組825。在圖8示出的具體實施例中，CM噪聲消除電路853包括第一電容耦合，該第一電容耦合包括耦合在輸入返回端子857和與次級繞組833的中心抽頭840耦合的次級返回端子之間的Y-cap電容器860和非Y-cap電容器858。CM噪聲消除電路853還包括第二電容耦合，該第二電容耦合包括耦合在輸入返回端子857和次級繞組部分835的輸出端子837之間的Y-cap電容器860和非Y-cap電容器855。在示出的該實施例中，輸出端子837是次級繞組部分835的與初級繞組825的初級輸入端子同相的同相輸出端子，所述初級輸入端子被耦合以從開關電路805的中心節點820接收方波脈衝。應理解，如所示出的，圖8的非Y-cap電容器855 和858被堆疊在輸出端子837和中心抽頭端子840之間，Y-cap電容器860耦合至耦合在非Y-cap電容器855和858之間的節點856。在所示的該實施例中，在次級線圈上引入的阻抗或者從次級線圈引入到初級線圈的阻抗非常高，對工作沒有影響，然而在甚高頻率的噪聲下，它們變成用於噪聲傳輸的傳導路徑。應理解，在圖8示出的實施例中，CM噪聲消除電路853使用耦合在次級繞組部分835兩端的兩個廉價的非Y-cap電容器855和858，以及耦合至輸入返回端子857的旁通Y-cap電容器860，而非像圖7的功率變換器700中所包括的那樣，使用從次級繞組部分 835到輸入返回的兩個較高成本的Y-cap電容器。如示出的，兩個小的非Y_cap電容器855 和858耦合在次級繞組部分845兩端。兩個小的非Y-cap電容器855和858形成分壓器 (divider)，同時中心節點856耦合至較高值的CM噪聲旁通Y_cap電容器860。如圖8示出的實施例中所示，自次級繞組部分835的輸出端子837和中心抽頭840 的CM噪聲旁通路徑通過由耦合至Y-cap電容器860的非Y-cap電容器855形成的以及通過耦合至Y-cap電容器860的非Y-cap電容器858形成的兩個電容耦合。每個電容耦合路徑中的等效電容會是比電容器855和Y-cap電容器860更小的值，或者具有比電容器858 和Y-cap電容器860更小的值。另外，包括Y-cap電容器860和非Y-cap電容器858的電容耦合的阻抗會小於包括Y-cap電容器860和非Y-cap電容器855的電容耦合的阻抗。根據本發明的教導，儘管該結構使用了僅一個Y-cap電容器860，但它提供了改進的CM噪聲消除，以符合EMC要求。然而，CM噪聲消除電路853結構的潛在劣勢在於，在次級繞組部分835兩端的兩個小的非Y-cap電容器855和858之間發生高頻振鈴(ringing) 的風險以及出現處於EMI帶寬中且可潛在地導致EMC障的次級繞組洩漏的風險。為了解決該潛在劣勢，圖9是示出根據本發明教導的功率變換器900的又一實施例的示意圖，該功率變換器包括能量傳遞組件和共模噪聲消除。應理解，功率變換器900與圖7和圖8的功率轉換器700和800具有許多相似之處。例如，功率變換器900是一個包括能量傳遞元件901的LLC諧振變換器，所述能量傳遞元件901耦合在功率變換器900的輸入902和輸出990之間。在一個實施例中，開關電路905——其被示為半橋電路——稱合在輸902和能量傳遞組件901之間。如示出的該實施例中所示，開關電路905包括耦合至下開關S2915的上開關S1910，同時在上開關S1910和下開關S2915之間具有中心節點920。 在一個實施例中，開關電路905接收輸902處的輸入電壓Vin，並從中心節點920向耦合至開關電路905的諧振電路擬9施加HF方波電壓脈衝。在圖9所示的實施例中，能量傳遞組件901包括變壓器950，該變壓器包括初級繞組925和次級繞組933，所述次級繞組933具有位於次級繞組部分935和945之間的一個中心抽頭940。在一個實施例中，根據本發明的教導，可使用圖1-6中的具有部分交疊的繞組、具有調諧漏電感的變壓器100、200、300、400、500或600中的任一個來代替變壓器950。 如示出的該實施例中所示，諧振電路9 包括電容器Cres 930和由變壓器950提供的兩個電感，這兩個電感包括變壓器950的內部磁電感和初級繞組925的漏電感。具體而言，第一電感是由初級繞組925和磁芯形成的高值磁電感，該電感與Cres 930形成並聯諧振，並將負載電流傳遞至次級側。限定HF串聯諧振的低值第二電感是穿過空氣的變壓器950的初級漏電感，通過變壓器950的初級繞組925和次級繞組933的部分交疊，該初級漏電感具有微調諧，如上文在圖1-6中所述。在示出的該實施例中，如所示的，功率變換器900還包括耦合至次級繞組部分935的輸出端子937的二極體970，以及耦合至次級繞組部分945的二極體975。電容器980還被耦合在功率變換器900的輸出990和與次級繞組933的中心抽頭940耦合的次級返回端子之間。如圖9中所示，功率變換器900還包括一個CM噪聲消除電路953，該CM噪聲消除電路耦合在變壓器950的次級繞組933和輸入返回端子957之間，所述輸入返回端子957 耦合至開關電路905，並通過電容器Cres 930耦合至變壓器950的初級繞組925。在圖9 示出的具體實施例中，CM噪聲消除電路953包括第一電容耦合，該第一電容耦合包括耦合在輸入返回端子957和與次級繞組933的中心抽頭940耦合的次級返回端子之間的Y-cap 電容器960和非Y-cap電容器958。CM噪聲消除電路953還包括第二電容耦合路徑，該第二電容耦合路徑包括耦合在輸入返回端子957和次級繞組部分935的輸出端子937之間的 Y-cap電容器960和非Y-cap電容器955。在示出的該實施例中，CM噪聲消除電路953進一步包括一個衰減元件952，該衰減元件耦合至小的非Y-cap電容器955和958的網絡。在示出的該實施例中，衰減元件952 包括一個阻抗，該阻抗例如由一個電阻器提供——如所示的，該阻抗耦合至非Y-cap電容器 955和958的網絡，以通過增加一個極(pole)以及調整該極在EMI譜上的位置來抑制和調整在EMI譜的不同頻率處的EMI響應的形狀。在圖9所示的具體實施例中，如所示的，衰減元件952耦合在次級繞組部分953的輸出端子937和小的非Y_cap電容器955和958的網絡之間。在一個實施例中，輸出端子937是次級繞組部分935的與初級繞組925的初級輸入端子同相的同相輸出端子，所述初級輸入端子被耦合以從開關電路905的中心節點920接收方波。在另一實施例(未示出)中，應理解，衰減元件952可耦合在中心抽頭端子940和小的非Y-cap電容器955和958的網絡之間。應理解，如所示的，圖9的電容器955和958 堆疊在輸出937和中心抽頭端子940之間，並且Y-cap電容器960耦合至耦合在非Y-cap 電容器955和958之間的節點956。在示出的該實施例中，在次級線圈上引入的阻抗或者從次級線圈引入到初級線圈的阻抗非常高，對工作沒有影響，然而在甚高頻率的噪聲下，它們變成用於噪聲傳輸的傳導路徑。應理解，在圖9示出的實施例中，CM噪聲消除電路953與圖8的CM噪聲消除電路 853的類似之處在於，CM噪聲消除電路953使用耦合在次級繞組部分935兩端的兩個廉價的非Y-cap電容器955和958，以及耦合至輸入返回端子957的旁通Y-cap電容器960，而非如圖7的功率變換器700中所包括的那樣，使用從次級端子到輸入返回的兩個較高成本的Y-cap電容器。然而，如上文簡要概述的，圖9的CM噪聲消除電路953和圖8的CM噪聲消除電路853之間的一個區別是，圖9的CM噪聲消除電路953還包括耦合至小的非Y-cap 電容器955和958的網絡的衰減元件952，作為用於抑制次級電路處的HF振鈴的一個解決方案。尤其是，如所示出的，衰減元件952——諸如像如在圖9示出的具體實施例中所示的電阻器所提供的阻抗——被增加為與較小的非Y-cap電容器955串聯在次級繞組部分935 兩端之間，該衰減元件952在振鈴頻率下表現出損耗(阻尼)效應。在一個實施例中，根據本發明的教導，在接近於開關頻率的頻率下，衰減元件952和非Y-cap電容器955以及非 Y-cap電容器958和Y-cap電容器960呈現出高得多的阻抗，並且對功率變換器900的正常工作沒有影響。以上對本發明的所示出的實施例的描述，包括在摘要中所描述的，不意在是窮舉的，或者是對所公開的準確形式的限制。儘管為了說明的目的在本文中描述了本發明的具體實施方案和實施例，但在不偏離本發明的更寬泛主旨和範圍的情況下，各種等同修改是可能的。毫無疑問，應理解，具體的電壓、電流、頻率、功率範圍值、時間等是為了解釋的目的而提供的，並且根據本發明的教導，在其他實施方案和實施例中也可以採用其他值。可以根據以上詳細說明而對本發明的實施例進行上述修改。以下權利要求中所使用的術語不應被解釋為將本發明限制為說明書和權利要求中所公開的具體實施方案。而是，所述範圍完全由下列權利要求確定，所述權利要求應按照權利要求解釋的既定原則進行解釋。因此，本說明書和附圖應被視為示例性的而非限制性的。
19
權利要求
1.一種供用於諧振功率變換器的能量傳遞組件，包括第一繞組，其繞一個繞線管卷繞，該繞線管被安裝在一個磁芯上，所述第一繞組在沿著所述繞線管的長度最接近於第一末端處具有第一數目的層，所述第一繞組在沿著所述繞線管的長度最接近於第二末端處具有第二數目的層；以及第二繞組，其繞所述繞線管卷繞，所述第二繞組在沿著所述繞線管的長度最接近於所述第一末端處具有第三數目的層，所述第二繞組在沿著所述繞線管的長度最接近於所述第二末端處具有第四數目的層，其中所述第一繞組和第二繞組中的一個的至少一部分與所述第一繞組和第二繞組中的另一個的至少一部分繞所述繞線管交疊，其中所述第一繞組和第二繞組之間的交疊度沿著所述繞線管的長度在所述第一末端和第二末端之間是不均勻的， 使得所述第一數目與所述第三數目的比率和所述第二數目與所述第四數目的比率不相等。
2.根據權利要求1所述的能量傳遞組件，還包括一個隔離障壁，該隔離障壁位於所述第一繞組和第二繞組之間且環繞著所述繞線管，其中在所述隔離障壁與所述繞線管的軸線之間的距離沿著所述繞線管的長度而變化，所述第一繞組和第二繞組繞所述繞線管卷繞。
3.根據權利要求1所述的能量傳遞組件，其中所述第一繞組和第二繞組中的一個包括初級繞組，以及其中所述第一繞組和第二繞組中的另一個包括次級繞組。
4.根據權利要求1所述的能量傳遞組件，其中所述第一繞組和第二繞組中的至少一個包括多條金屬線。
5.根據權利要求1所述的能量傳遞組件，其中所述第一繞組和第二繞組中的至少一個包括一個中心抽頭。
6.根據權利要求1所述的能量傳遞組件，還包括一個共模噪聲消除電路，該共模噪聲消除電路耦合在所述第一繞組和第二繞組之間。
7.根據權利要求1所述的能量傳遞組件，還包括一個共模噪聲消除電路，該共模噪聲消除電路包括第一電容耦合，其位於耦合至所述第一繞組的一個輸入返回端子和耦合至所述第二繞組的一個次級返回端子之間；以及第二電容耦合，其位於耦合至所述第一繞組的所述輸入返回端子和耦合至所述第二繞組的一個輸出端子之間。
8.根據權利要求7所述的能量傳遞組件，其中耦合至所述第二繞組的所述輸出端子是一個與耦合至所述第一繞組的一個輸入端子同相的同相輸出端子。
9.根據權利要求7所述的能量傳遞組件，其中耦合至所述第二繞組的所述次級返回端子是一個耦合至所述第二繞組的中心抽頭端子。
10.根據權利要求7所述的能量傳遞組件，其中所述第一電容耦合包括具有第一電容的第一Y-cap電容器，所述第二電容耦合包括具有第二電容的第二Y-cap電容器，其中所述第一電容大於所述第二電容。
11.根據權利要求7所述的能量傳遞組件，其中所述第一電容耦合包括第一Y-cap電容器和第一非Y-cap電容器，其中所述第一 Y-cap電容器和所述第一非Y-cap電容器在所述輸入返回端子和耦合至所述第二繞組的所述次級返回端子之間提供第一總電容，以及其中所述第二電容耦合包括所述第一 Y-cap電容器和一個第二非Y-cap電容器，其中所述第一 Y-cap電容器和所述第二非Y-cap電容器在所述輸入返回端子和耦合至所述第二繞組的所述輸出端子之間提供第二總電容，其中所述第一總電容大於所述第二總電容。
12.根據權利要求11所述的能量傳遞組件，其中所述第一Y-cap電容器耦合至一個耦合在所述第一非Y-cap電容器和所述第二非Y-cap電容器之間的節點。
13.根據權利要求12所述的能量傳遞組件，還包括一個衰減元件，該衰減元件耦合至所述第一非Y-cap電容器和所述第二非Y-cap電容器。
14.根據權利要求13所述的能量傳遞組件，其中所述衰減元件包括一個耦合至所述第一非Y-cap電容器和所述第二非Y-cap電容器的阻抗。
15.根據權利要求1所述的能量傳遞組件，其中所述能量傳遞組件的內部磁電感被用作所述諧振功率變換器的第一電感，其中所述第一繞組的漏電感被用作所述諧振功率變換器的第二電感，以及其中耦合至所述第一繞組的一個電容器被用作所述諧振功率變換器的電容器。
16.一種功率變換器，包括開關電路，耦合至所述功率變換器的輸入；能量傳遞組件，耦合至所述開關電路，所述能量傳遞組件包括第一繞組，其耦合至所述開關電路並且繞一個繞線管卷繞，該繞線管被安裝在一個磁芯上，所述第一繞組在沿著所述繞線管的長度最接近於第一末端處具有第一數目的層，所述第一繞組在沿著所述繞線管的長度最接近於第二末端處具有第二數目的層；以及第二繞組，其耦合至所述功率變換器的輸出並且繞所述繞線管卷繞，所述第二繞組在沿著所述繞線管的長度最接近於所述第一末端處具有第三數目的層，所述第二繞組在沿著所述繞線管的長度最接近於所述第二末端處具有第四數目的層，其中所述第一繞組和第二繞組中的一個的至少一部分與所述第一繞組和第二繞組中的另一個的至少一部分繞所述繞線管交疊，其中所述第一繞組和第二繞組之間的交疊度沿著所述繞線管的長度在所述第一末端和第二末端之間是不均勻的，使得所述第一數目與所述第三數目的比率和所述第二數目與所述第四數目的比率不相等；以及諧振電路，其耦合至所述開關電路，所述諧振電路包括耦合至所述開關電路的第一電感和第二電感，其中所述第一電感是所述能量傳遞組件的內部磁電感，以及其中所述第二電感是所述第一繞組的漏電感。
17.根據權利要求16所述的功率變換器，其中所述諧振電路還包括一個耦合在所述開關電路和所述能量傳遞組件之間的電容器。
18.根據權利要求16所述的功率變換器，其中所述開關電路包括一個半橋電路，該半橋電路耦合在所述功率變換器的輸入和所述能量傳遞組件之間。
19.根據權利要求16所述的功率變換器，其中所述能量傳遞組件還包括一個共模噪聲消除電路，該共模噪聲消除電路耦合在所述第一繞組和第二繞組之間。
20.根據權利要求16所述的功率變換器，其中所述能量傳遞組件還包括一個共模噪聲消除電路，該共模噪聲消除電路包括第一電容耦合，其位於耦合至所述第一繞組的一個輸入返回端子和耦合至所述第二繞組的一個次級返回端子之間；以及第二電容耦合，其位於耦合至所述第一繞組的所述輸入返回端子和耦合至所述第二繞組的一個輸出端子之間。
21.根據權利要求20所述的功率變換器，其中耦合至所述第二繞組的所述輸出端子是一個與耦合至所述第一繞組的一個輸入端子同相的同相輸出端子。
22.根據權利要求20所述的功率變換器，其中耦合至所述第二繞組的所述次級返回端子是一個耦合至所述第二繞組的中心抽頭端子。
23.根據權利要求20所述的功率變換器，其中所述第一電容耦合包括具有第一電容的第一Y-cap電容器，所述第二電容耦合包括具有第二電容的第二Y-cap電容器，其中所述第一電容大於所述第二電容。
24.根據權利要求20所述的功率變換器，其中所述第一電容耦合包括第一Y-cap電容器和第一非Y-cap電容器，其中所述第一 Y-cap電容器和所述第一非Y-cap電容器在所述輸入返回端子和耦合至所述第二繞組的所述次級返回端子之間提供第一總電容，以及其中所述第二電容耦合包括所述第一 Y-cap電容器和一個第二非Y-cap電容器，其中所述第一 Y-cap電容器和所述第二非Y-cap電容器在所述輸入返回端子和耦合至所述第二繞組的所述輸出端子之間提供第二總電容，其中所述第一總電容大於所述第二總電容。
25.根據權利要求M所述的功率變換器，其中所述第一Y-cap電容器耦合至一個耦合在所述第一非Y-cap電容器和所述第二非Y-cap電容器之間的節點。
26.根據權利要求25所述的功率變換器，還包括一個衰減元件，該衰減元件耦合至所述第一非Y-cap電容器和所述第二非Y-cap電容器。
27.根據權利要求沈所述的功率變換器，其中所述衰減元件包括一個耦合至所述第一非Y-cap電容器和所述第二非Y-cap電容器的阻抗。
28.根據權利要求16所述的功率變換器，其中所述能量傳遞組件還包括一個隔離障壁，該隔離障壁位於所述第一繞組和第二繞組之間且環繞著所述繞線管，其中在所述隔離障壁與所述繞線管的軸線之間的距離沿著所述繞線管的長度而變化，所述第一繞組和第二繞組繞所述繞線管卷繞。
29.一種供用於諧振功率變換器的能量傳遞組件，包括第一繞組，其具有繞一個繞線管卷繞的第一數目的層，該繞線管被安裝在一個磁芯上；以及第二繞組，其具有繞所述繞線管卷繞的第二數目的層，其中繞所述繞線管卷繞的所述第一繞組的所述第一數目的層和所述第二繞組的所述第二數目的層沿著所述繞線管的長度而變化，其中所述第一繞組和第二繞組中的一個的至少一部分與所述第一繞組和第二繞組中的另一個的至少一部分繞所述繞線管交疊；以及共模噪聲消除電路，其耦合在所述第一繞組和第二繞組之間。
30.根據權利要求四所述的能量傳遞組件，還包括一個隔離障壁，該隔離障壁位於所述第一繞組和第二繞組之間且環繞著所述繞線管，其中在所述隔離障壁與所述繞線管的軸線之間的距離沿著所述繞線管的長度而變化，所述第一繞組和第二繞組繞所述繞線管卷繞。
31.根據權利要求四所述的能量傳遞組件，其中所述第一繞組和第二繞組中的一個包括初級繞組，以及其中所述第一繞組和第二繞組中的另一個包括次級繞組。
32.根據權利要求四所述的能量傳遞組件，其中所述第一繞組和第二繞組中的至少一個包括多條金屬線。
33.根據權利要求四所述的能量傳遞組件，其中所述第一繞組和第二繞組中的至少一個包括一個中心抽頭。
34.根據權利要求四所述的能量傳遞組件，其中所述共模噪聲消除電路包括第一電容耦合，其位於耦合至所述第一繞組的一個輸入返回端子和耦合至所述第二繞組的一個次級返回端子之間；以及第二電容耦合，其位於耦合至所述第一繞組的所述輸入返回端子和耦合至所述第二繞組的一個輸出端子之間。
35.根據權利要求34所述的能量傳遞組件，其中耦合至所述第二繞組的所述輸出端子是一個與耦合至所述第一繞組的一個輸入端子同相的同相輸出端子。
36.根據權利要求34所述的能量傳遞組件，其中耦合至所述第二繞組的所述次級返回端子是一個耦合至所述第二繞組的中心抽頭端子。
37.根據權利要求34所述的能量傳遞組件，其中所述第一電容耦合包括具有第一電容的第一 Y-cap電容器，所述第二電容耦合包括具有第二電容的第二 Y-cap電容器，其中所述第一電容大於所述第二電容。
38.根據權利要求34所述的能量傳遞組件，其中所述第一電容耦合包括第一Y-cap電容器和第一非Y-cap電容器，其中所述第一 Y-cap電容器和所述第一非Y-cap電容器在所述輸入返回端子和耦合至所述第二繞組的所述次級返回端子之間提供第一總電容，以及其中所述第二電容耦合包括所述第一 Y-cap電容器和一個第二非Y-cap電容器，其中所述第一 Y-cap電容器和所述第二非Y-cap電容器在所述輸入返回端子和耦合至所述第二繞組的所述輸出端子之間提供第二總電容，其中所述第一總電容大於所述第二總電容。
39.根據權利要求38所述的能量傳遞組件，其中所述第一Y-cap電容器耦合至一個耦合在所述第一非Y-cap電容器和所述第二非Y-cap電容器之間的節點。
40.根據權利要求39所述的能量傳遞組件，還包括一個衰減元件，該衰減元件耦合至所述第一非Y-cap電容器和所述第二非Y-cap電容器。
41.根據權利要求40所述的能量傳遞組件，其中所述衰減元件包括一個耦合至所述第一非Y-cap電容器和所述第二非Y-cap電容器的阻抗。
42.根據權利要求四所述的能量傳遞組件，其中所述能量傳遞組件的內部磁電感被用作所述諧振功率變換器的第一電感，其中所述第一繞組的漏電感被用作所述諧振功率變換器的第二電感，以及其中耦合至所述第一繞組的一個電容器被用作所述諧振功率變換器的電容器。
全文摘要
公開了具有調諧漏電感和共模噪聲補償的能量傳遞組件。供用於諧振功率變換器的示例性能量傳遞組件包括繞安裝在磁芯上的繞線管卷繞的第一繞組。第一繞組在沿繞線管長度最接近第一末端處具有第一數目的層，在沿繞線管長度最接近第二末端處具有第二數目的層。能量傳遞組件還包括繞繞線管卷繞的第二繞組。第二繞組在沿繞線管長度最接近第一末端處具有第三數目的層，在沿繞線管長度最接近第二末端處具有第四數目的層。第一和第二繞組被繞繞線管卷繞，使得它們中的一個的至少一部分與它們中的另一個的至少一部分繞繞線管交疊。第一和第二繞組之間的交疊度沿繞線管長度在第一和第二末端之間不均勻，使得第一與第三數目之比和第二與第四數目之比不相等。
文檔編號H03K19/0175GK102486960SQ20111039250
公開日2012年6月6日 申請日期2011年12月1日 優先權日2010年12月1日
發明者J·E·誇德拉, J·R·埃斯塔布魯克斯, R·K·奧爾 申請人:電力集成公司