使用變壓器耦合屏蔽的降噪升降壓轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專利說明】使用變壓器耦合屏蔽的降噪升降壓轉(zhuǎn)換器
[0001]相關(guān)參考
[0002]本申請要求2013年2月22日提交的標題為“Transformer shield to mitigatecommon-mode noise due to interwinding capacitance in non-1solated power supply”的美國臨時申請第61/768，112號的權(quán)益，其全部內(nèi)容以引用的方式引入本申請。
【背景技術(shù)】
[0003]本文提供的背景描述用于總體呈現(xiàn)本公開構(gòu)思的目的。目前指定的發(fā)明人的工作(包括此【背景技術(shù)】部分所描述的工作)以及本描述中在提交時未證實為現(xiàn)有技術(shù)的各方面，均既不明示也不暗示地被認為是針對本公開的現(xiàn)有技術(shù)。
[0004]高效開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器在高切換頻率處進行操作，主要優(yōu)勢是較小的部件尺寸(例如，變壓器和電感器)和優(yōu)化效率。然而，這些優(yōu)勢以增加電磁干擾(EMI)為代價。在功率轉(zhuǎn)換器中快速改變電壓和電流信號將通過電路元件之間的互感或電容耦合內(nèi)在地引起不想要的噪聲。噪聲從開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器(針對小于30MHz的頻率)傳播的一種方式是向后通過將功率提供給功率轉(zhuǎn)換器的功率線，其隨后將用作輻射EMI源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]下面進一步描述本發(fā)明的各個方面和實施例。
[0006]在一個實施例中，一種功率轉(zhuǎn)換器包括:第一電感器，具有第一端和第二端，第一電感器在第一端處電連接至直流電壓電源并且在第二端處電連接至晶體管的第一功率引線和二極管的陽極；第一電容器，具有第一端和第二端，第一容電器在第一電容器的第一端處電耦合至直流電壓電源并且在第一電容器的第二端處電耦合至二極管的陰極；第二電感器，具有第一端和第二端并且磁性耦合至第一電感器，其中第二電感器的第一端電開路且第二電感器的第二端經(jīng)由第二電容器電耦合至地；以及控制電路裝置，用于控制晶體管的切換。
[0007]在另一實施例中，一種功率轉(zhuǎn)換器包括:第一電感器，具有第一端和第二端，第一電感器在第一端處電連接至第一電容器，并且在第二端處電連接至晶體管的第一功率引線和二極管的陽極端；第二電感器，具有第一端和第二端并且磁性耦合至第一電感器，其中第二電感器的第一端電開路并且第二電感器的第二端經(jīng)由第二電容器電耦合至地；以及控制電路裝置，用于控制晶體管的切換。
[0008]在又一實施例中，一種功率轉(zhuǎn)換器包括:第一電感器，磁性偶親合至第二電感器，其中第二電感器的第一端電開路且第二電感器的第二端經(jīng)由第二電容器電耦合至地；晶體管，電耦合至第一電感器；以及控制電路裝置，用于控制晶體管的切換，其中當(dāng)晶體管通過控制電路裝置重復(fù)地導(dǎo)通和截止時，通過晶體管、第一電感器、第二電感器和第二電容器形成電流環(huán)路，電流環(huán)路使得降低了由功率轉(zhuǎn)換器生成的切換噪聲的量。
【附圖說明】
[0009]以下參照附圖詳細描述本公開中作為示例的各個實施例，其中類似的參考標號表示類似的元件，并且其中:
[0010]圖1是被修改為使用電感屏蔽降低電磁干擾(EMI)的示例性升降壓功率轉(zhuǎn)換器。
[0011]圖2是具有可被圖1的功率轉(zhuǎn)換器使用的電感屏蔽的示例性電感器。
[0012]圖3示出了圖1所示修改的升降壓功率轉(zhuǎn)換器的EMI測試結(jié)果。
【具體實施方式】
[0013]下面將一般性地描述以及根據(jù)具體示例和/或具體實施例描述所公開的方法和系統(tǒng)。例如，將參照詳細示例和/或?qū)嵤├?，注意，除非另有明確指定，否則下面描述的原理不限于單個實施例，而是可以使用本文描述的任何其他方法和系統(tǒng)來解釋，這對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是容易理解的。
[0014]本公開描述了有效減少由不使用兩級輸入濾波器的功率轉(zhuǎn)換器所生成的共模電流的量。解決方法涉及變壓器繞組形式的屏蔽，其中一端電開路而另一端通過電容器連接至轉(zhuǎn)換器的返回線(即，地)。這種繞組通過保持位于功率轉(zhuǎn)換器內(nèi)的共模噪聲來幫助從功率線轉(zhuǎn)移共模噪聲。
[0015]圖1是被修改為使用電感屏蔽減少電磁干擾(EMI)的示例性升降壓功率轉(zhuǎn)換器。如圖1所示，功率轉(zhuǎn)換器包括第一濾波器110、整流器120、第二濾波器130、第三濾波器140、具有相關(guān)聯(lián)偏置電路裝置152的控制電路裝置150、第一電感器L1、磁性耦合至第一電感器LI的第二電感器L2、第一電容器Cl、第二電容器C2、二極管D1、晶體管Q1、電阻器Rl和發(fā)光二極管(LED)負載UED。
[0016]應(yīng)該理解，圖1的示例性控制電路裝置150可以是能夠驅(qū)動LED負載L-的LED驅(qū)動器，并且相關(guān)聯(lián)的偏置電路裝置152符合制造者的建議。然而，圖1的控制電路裝置150和相關(guān)聯(lián)的偏置電路裝置152被認為是非限制示例，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本公開應(yīng)當(dāng)意識到，控制電路裝置150可以采取接近無限的形式，只要提供可用于功率轉(zhuǎn)換器的基本開關(guān)控制功能。
[0017]在操作中，通過第一濾波器110將交流電(AC)功率提供給整流器120。整流器120使用AC功率來開發(fā)整流電壓VK。然后，電流通過濾波器130和140到達節(jié)點N1，其中第一電感器L1、電容器Cl、二極管Dl、晶體管Ql、電阻器Rl和控制電路裝置150被配置為升降壓功率轉(zhuǎn)換器。S卩，控制電路裝置150使得晶體管Ql在期望頻率處導(dǎo)通和截止，以使得第一電感器LI和二極管Dl產(chǎn)生橫跨第一電容器Cl的工作電壓，其又可用于向負載(諸如串聯(lián)放置的兩個以上的發(fā)光二極管(LED))提供功率。雖然圖1的示例使用升降壓拓撲，但應(yīng)該理解，可以采用任何其他已知或未來開發(fā)的功率拓撲。
[0018]在操作期間，晶體管Ql的恒定切換產(chǎn)生橫跨第一電感器LI的大電壓擺幅dV/dt。由于第一電感器LI和屏蔽繞組(即，第二電感器L2)之間的寄生耦合，這種快速改變電壓將基于等式Ip= CP*dV/dt驅(qū)動適當(dāng)橫跨寄生繞組間電容器CP(圖1中未示出)的電流Ip。由于第二電感器L2連接至電源的返回路徑(S卩，地)，所以防止了大多數(shù)共模電流被引導(dǎo)返回到功率線。相反，當(dāng)晶體管Ql被重復(fù)導(dǎo)通和截止時，通過電阻器R1、晶體管Q1、第一電感器L1、第二電感器L2和第二電容器C2形成電流環(huán)路Ip該電流環(huán)路Ij吏得減少了由功率轉(zhuǎn)換器生成的切換噪聲的量。
[0019]為了使該解決方案的效果最大，第二電容器C2應(yīng)該盡可能或?qū)嶋H接近地(或其他返回)和第二電感器L2。這將適當(dāng)?shù)亟档铜h(huán)路阻抗，尤其是寄生電感，并且確保共模電流的最短路徑。
[0020]使用上述方法，較少的噪聲可被入射到將功率提供給功率轉(zhuǎn)換器的功率引線。因此，要求較少的濾波，并且第二(混亂拓撲，