包含用于辅助绕组的噪声抵消的平面变压器的制作方法

包含用于辅助绕组的噪声抵消的平面变压器
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求享有2021年2月8日提交的美国临时申请第63/147,005号名称为“包含用于辅助绕组的噪声抵消的平面变压器”的优先权，该申请的全部内容出于所有目的通过引用合并于此。


背景技术：

3.电子设备通常由电隔离电源供电，以保护电子设备免受短路、过载以及其它外部条件的影响。变压器通常用于在向电子设备供电的输入功率(又称“初级绕组”)与输出功率(通常称为“次级绕组”)之间实现电隔离。变压器同样能够用于参照输入电压改变输出电压，并且提供一个或多个为辅助电子设备供电的辅助电源轨。辅助电源轨通常从变压器中抽运功率，进而在初级绕组和次级绕组之间引起电流不平衡。最终，将共模噪声注入系统中。需要能够产生一个或多个辅助电源轨且不将共模噪声注入系统的新的变压器。


技术实现要素：

4.与常规技术相比，本发明可以带来诸多益处。例如，本发明的实施方式可以从变压器产生一个或多个辅助电压，而不在系统中产生噪声。本发明的这些益处和其它实施方式以及其许多优点和特征结合下文和附图更详细地说明。
5.在一些实施方式中，电子组件包括：磁芯；以及围绕磁芯形成的第一初级绕组和第二初级绕组。第一次级绕组和第二次级绕组以及第一屏蔽绕组和第二屏蔽绕组同样围绕磁芯形成。辅助绕组围绕磁芯形成，并且位于与第一屏蔽绕组同一层上。补偿绕组围绕磁芯形成，并且位于与第一屏蔽绕组和第二屏蔽绕组中的至少一个同一层上。
6.在一些实施方式中，补偿绕组在与第一屏蔽绕组同一层上形成。在各实施方式中，补偿绕组在与第一屏蔽绕组相反的方向上围绕磁芯形成。在一些实施方式中，补偿绕组在与第二屏蔽绕组同一层上形成。在各种实施方式中，补偿绕组在与第二屏蔽绕组相反的方向上形成。在一些实施方式中，补偿绕组的第一端电耦合至第一屏蔽绕组和第二屏蔽绕组中的至少一个，并且第二端是电浮动式。
7.在一些实施方式中，变压器包括：第一层，所述第一层具有第一次级绕组；以及第二层，所述第二层具有第一屏蔽绕组和补偿绕组。变压器还能够包括：第三层，所述第三层包括第一初级绕组；第四层，所述第四层包括第二初级绕组；以及第五层，所述第五层包括第二屏蔽绕组和辅助绕组。第六层包括第二次级绕组。
8.在各种实施方式中，变压器还包括磁芯，其中，第一次级绕组、第一屏蔽绕组、补偿绕组、第一初级绕组、第二初级绕组、第二屏蔽绕组、辅助绕组和第二次级绕组至少部分地围绕磁芯形成。在一些实施方式中，补偿绕组在与第一屏蔽绕组相反的方向上形成。在各种实施方式中，补偿绕组的第一端电耦合至第一屏蔽绕组，并且第二端是电浮动式。在一些实施方式中，辅助绕组是初级辅助绕组。在各种实施方式中，辅助绕组在第二初级绕组和第二次级绕组之间引起电流不平衡，并且其中补偿绕组至少部分地抵消电流不平衡。
9.在一些实施方式中，变压器包括磁芯；围绕磁芯形成的至少一个初级绕组；以及围绕磁芯形成的至少一个次级绕组。至少一个屏蔽绕组围绕磁芯形成，并且位于至少一个初级绕组和至少一个次级绕组之间。至少一个辅助功率绕组围绕磁芯形成，并且位于与至少一个屏蔽绕组同一层上。至少一个补偿绕组围绕磁芯形成，并且被布置成抵消由至少一个辅助绕组产生的变压器中的电流不平衡。
10.在一些实施方式中，至少一个补偿绕组在与至少一个屏蔽绕组同一层上形成。在各种实施方式中，至少一个补偿绕组在与至少一个屏蔽绕组相反的方向上围绕磁芯在形成。在一些实施方式中，补偿绕组的第一端电耦合至至少一个屏蔽绕组，并且第二端是电浮动式。在各种实施方式中，至少一个屏蔽绕组是第一屏蔽绕组，并且至少一个辅助功率绕组在与第一屏蔽绕组同一层上形成，并且其中变压器包括在与第一屏蔽绕组不同层上的第二屏蔽绕组。
11.在一些实施方式中，至少一个补偿绕组位于与第二屏蔽绕组同一层上。在各种实施方式中，至少一个补偿绕组位于与至少一个屏蔽绕组和至少一个辅助绕组同一层上。在一些实施方式中，辅助功率绕组在至少一个初级绕组和至少一个次级绕组之间引起电流不平衡，并且其中至少一个补偿绕组至少部分地抵消所引起的电流不平衡。
12.为了更好地理解本公开的特性和优点，应当参考下述说明和附图。然而，应当理解的是，各附图仅用于说明的目的，而不旨在限定本发明的范围。此外，作为惯例，并且除非与说明书中存在明显相异，在不同附图中的元件使用相同的附图标记的情况下，元件通常在功能或目的上相同或至少相似。
附图说明
13.图1示出了根据本公开的实施方式的形成平面变压器的一部分的pcb的第一层的俯视图。
14.图2示出了穿过图1所示变压器的区域2-2的局部截面简图。
15.图3示出了图1和图2所示变压器的绕组的示意简图。
16.图4示出了图1和图2所示变压器的pcb内第二层的俯视图。
17.图5示出了图1和图2所示变压器的pcb内第五层的俯视图。
18.图6示出了图1和图2所示变压器的pcb内第三层的俯视图。
19.图7示出了图1和图2所示变压器的pcb内第四层的俯视图。
20.图8示出了图1和图2所示变压器的pcb内第一层的俯视图。
21.图9示出了图1和图2所示变压器的pcb内第六层的俯视图。
22.图10示出了根据本公开的实施方式的包括补偿绕组的基于pcb的变压器的层的俯视图。
23.图11示出了图10所示变压器的另一层的俯视图。
24.图12示出了根据本公开的实施方式的穿过基于pcb的变压器的区域的局部截面简图。
25.图13示出了根据本公开的实施方式的穿过基于pcb的变压器的区域的局部截面简图。
26.图14示出了图13所示变压器的绕组的示意简图。
具体实施方式
27.现在将参照附图说明几个示例性实施方式，附图构成本文的一部分。其后的说明仅提供实施方式，而不旨在限制本公开的范围、适用性或结构。相反，实施方式其后的说明将有助于本领域技术人员实现一个或多个实施方式。应当理解的是，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。在下文说明中，出于解释的目的，仅阐述了有助于某些发明实施方式的透彻理解的具体细节。然而，显而易见的是，可以在不结合这些具体细节的情况下实践各种实施方式。附图和说明并非是限制性的。词语“实施例”或“示例性”在本文中用于表示“用作实施例、实例或说明”。本文中带有“示例性”或“实施例”表述的任何实施方式或设计未必解释为比其它实施方式或设计优选或有利。
28.本文公开的技术一般涉及电子变压器。更具体地，本文公开的技术涉及除初级绕组和次级绕组之外还包含一个或多个辅助绕组的电子变压器。本文说明的各种发明实施方式包括方法、过程、系统、设备等。
29.例如，在一些实施方式中，变压器由包括围绕磁芯形成的绕组的多层pcb形成。变压器包括初级绕组，所述初级绕组被布置成接收在磁芯中感应变化的磁通量的输入ac电压。变化的磁通量在围绕磁芯形成的其它绕组上感应变化的电动势。在该特定实施例中，存在围绕产生用于负载的ac输出信号的磁芯形成的次级绕组，其中输入信号经由变压器与输出信号电隔离。此外，与输入信号的电压相比，通过改变初级绕组和次级绕组的匝数(例如，匝数比)，能够逐步升高或降低输出信号的电压。通常在初级绕组和次级绕组之间形成一个或多个屏蔽绕组和/或层，以将从初级绕组到次级绕组的电噪声的耦合将至最低水平。
30.辅助绕组同样在磁芯周围形成，并且用于产生辅助ac输出信号，所述辅助ac输出信号能够为与输出信号不同的电压，并且用于向辅助电路供电。在另外的实施方式中，辅助绕组向与变压器的初级侧相关联的电路供电，其中由辅助绕组提供的电压不同于输入信号的电压。
31.在一些实施方式中，辅助绕组的存在可能会导致初级绕组和次级绕组之间的电流不平衡(例如，共模噪声注入)和/或将噪声从初级绕组耦合至次级绕组，这可能导致在输出信号上出现不可接受的噪声水平。为了补偿由辅助绕组引起的不平衡，能够在与屏蔽绕组中的一个同一层上添加补偿绕组，其中补偿绕组在与其共用一层的屏蔽绕组相比相反的方向上缠绕。在一些实施方式中，补偿绕组的第一端能够是电浮动式，并且能够调节补偿绕组的宽度和匝数以抵消由辅助绕组的添加引起的电流不平衡。在另外的实施方式中，补偿绕组能够在与辅助绕组同一层上或相邻的层上形成。
32.为了更好地理解本公开的特征和方面，下文中讨论了根据本公开的实施方式的包括辅助绕组的平面变压器的一个特定实例，以提供本公开的进一步内容。这些实施方式仅用于说明的目的，其它实施方式同样可以用于其它变压器中。例如，本公开的实施方式能够与包括在系统中引起不平衡和/或电噪声的一个或多个辅助绕组的任何变压器结合使用。在一些情况下，本公开的实施方式特别适用于计算系统，因为其需要辅助绕组且对系统中的电噪声敏感。
33.图1示出了根据本公开的实施方式的形成平面变压器100的一部分的pcb的第一层的俯视图。如图1所示，第一层105包括以顺时针方向绕中心区域115缠绕的第一次级绕组110。更具体地，第一次级绕组110是整体形成印刷电路板(pcb)120的一部分的图案化的铜
层。在该特定实施方式中，变压器100的所有绕组形成在pcb结构内，然而，本公开不限于此结构，并且其它实施方式同样可以包含由未集成在pcb内并且围绕磁芯缠绕的由一个或多个导体形成的绕组。在一些实施方式中，pcb120的中心区域115被去除且磁芯(图1中未示出)被定位在中心区域内，以将ac功率从初级绕组耦合至次级绕组。在一些实施方式中，使用线轴型芯，而在其它实施方式中，则可以使用平面芯、e芯、i芯、c芯、罐芯、叠片芯、环形芯或其它合适类型的磁芯。如下文更详细说明所述，变压器100包含补偿辅助绕组的噪声抵消绕组(图1中未示出)。
34.图2示出了穿过图1所示的变压器100的区域2-2的局部截面简图。如图2所示，变压器100包含位于pcb120的中心区域115内的磁芯205。在该实施方式中，pcb120包括6个由电介质层(未示出)分隔开的单独的金属层，然而，其它实施方式能够包含更少或更多数量的层。更具体地，pcb120包括分别设置在pcb的第一层105和第六层215上的第一次级绕组110和第二次级绕组210。在一些实施方式中，能够分别在第一层105和/或第六层215上形成一个或多个次级辅助绕组220a、220b。由于次级辅助绕组220a、220b位于外层(例如，第一层105和第六层215)上，其对变压器100内的电流平衡的影响可以忽略不计，并且可能无需补偿。在该特定实施方式中，第一次级绕组110和第二次级绕组210分别被示出为大约一匝，然而其它实施方式可以为几分之一匝或多于一匝。
35.分别位于第三层235的第一初级绕组225a
…
225d和位于第四层240的第二初级绕组230a
…
230d位于pcb120的中心区域115内。在该特定实施例中，第一初级绕组225a
…
225d和第二初级绕组230a
…
230d中的每一个分别包含大约如每层中所示的4个单独绕组所示出的四匝，然而其它实施方式能够具有更少或更多匝。在第二层250上形成的第一屏蔽绕组245位于第一次级绕组110和第一初级绕组225a
…
225d之间。类似地，在第五层260上形成的第二屏蔽绕组255位于第二次级绕组210和第二初级绕组240a
…
240d之间。第一屏蔽绕组245和第二屏蔽绕组255能够分别屏蔽噪声，防止噪声从第一初级绕组225a
…
225d和第二初级绕组230a
…
230d分别耦合至第一次级绕组110和第二次级绕组210。
36.在该特定实施方式中，辅助初级绕组265a
…
265n在第五层260上形成，与第二屏蔽绕组255相邻并且具有n匝(例如，在图2中示出为4匝)。如上所述，磁芯205能够在能够向辅助电路供电的辅助初级绕组265a
…
265n上感应变化的电动势。能够调节辅助初级绕组265a
…
265n的匝数以提供适于为辅助电路供电的特定电压。
37.在该实施方式中，辅助初级绕组265a
…
265n位于第二初级绕组230a
…
230d和第二次级绕组210之间的第五层260上。辅助初级绕组265a
…
265n的该位置不仅可以破坏由第二屏蔽绕组255提供的屏蔽(例如，将第二次级绕组210暴露于第二初级绕组230a
…
230d的电磁场)，还会导致变压器100中的不平衡电流(例如，由辅助初级绕组附近的箭头所示)，进而导致系统中的共模电噪声。在该特定实施方式中，通过位于第二层250上与第一屏蔽绕组245相邻的补偿绕组270来补偿电流不平衡。补偿绕组270在与第一屏蔽绕组245相反的方向缠绕，以平衡变压器100内的电流。受益于本公开的本领域普通技术人员可以理解，能够通过改变补偿绕组270的宽度和匝数提供适当水平的电流，以抵消共模噪声。变压器100中的每个金属层能够通过一种或多种介电材料与相邻的金属层电绝缘，所述介电材料包括fr4、双马来酰亚胺三嗪(bt)、聚酰胺或其它合适的电绝缘体。
38.图3示出了图1和图2所示的变压器100的绕组的示意简图。如图3所示，变压器100
具有与次级侧310电隔离的初级侧305。初级侧305包含分别与ac电源(在图3中示出为由开关320控制的dc电源315)串联耦合的第一初级绕组225a
…
225d和第二初级绕组230a
…
230d，所述ac电源在磁芯205(参见图2)中感应变化的磁通量。变化的磁通量在分别串联耦合的第一次级绕组110和第二次级绕组210上感应变化的电动势，并产生用于负载的ac输出信号325。第一初级绕组225a
…
225d和第二230a
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230d分别通过第一屏蔽绕组245和第二屏蔽绕组255分别与第一次级绕组110和第二次级绕组210屏蔽。
39.变压器100还包含：产生初级辅助输出电压330的初级辅助绕组265a
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265n以及产生次级输出电压335的次级辅助绕组220a
…
220b。由于初级辅助绕组265a
…
265n在第五层260(参见图2)上形成，处于第二初级绕组230a
…
230d和第二次级绕组210之间，其在变压器100中感应出电流不平衡，由补偿绕组270进行补偿。补偿绕组270在第二层250上形成，与第一屏蔽绕组245相邻，并且以在第一屏蔽绕组相反的方向缠绕。补偿绕组270具有耦合至ac电源的第一端340和电浮动式第二远端345。
40.图4示出了图1和图2所示的pcb120内的第二层250的俯视图。如图4所示，第二层250包含在顺时针方向上缠绕的第一屏蔽绕组245，其定位在沿逆时针方向缠绕的补偿绕组270附近。补偿绕组270的第一端340电耦合至第一屏蔽绕组245，并且第二远端345是电浮动式。
41.图5示出了图1和图2所示的pcb120内的第五层260的俯视图。如图5所示，第五层260包含位于初级辅助绕组265a
…
265n附近的第二屏蔽绕组255。
42.图6示出了图1和图2所示的pcb120内的第三层235的俯视图。如图6所示，第三层235包含第一初级绕组225a
…
225d。
43.图7示出了图1和图2所示的pcb120内的第四层240的俯视图。如图7所示，第四层240包含第二初级绕组230a
…
230d。
44.图8示出了图1和图2所示的pcb120内的第一层105的俯视图。如图8所示，第一层105包含定位于次级辅助绕组220a的第一部分附近的第一次级绕组110。
45.图9示出了图1和图2所示的pcb120内的第六层215的俯视图。如图9所示，第六层215包含定位于次级辅助绕组220b的第二部分附近的第二次级绕组210。
46.如受益于本公开的本领域技术人员所理解，在此说明的pcb层的金属图案仅是实施例，并且其它实施方式能够具有不同的几何形状、匝数和/或结构，其中的一些在下文进行说明。例如，在一个实施方式中，初级绕组可以在外层上形成，且次级绕组可以在内层上形成。如本文所定义，术语绕组能够指围绕磁芯的部分、全部或多匝。
47.图10示出了根据本公开的实施方式的包括补偿绕组的基于pcb的变压器1000的层的俯视图。如图10所示，变压器1000类似于图1-图9所示的变压器100，但是变压器1000形成为椭圆形。补偿绕组1005在与屏蔽绕组1010同一层上形成，其中补偿绕组在逆时针方向上布置，并且屏蔽绕组在顺时针方向上布置。
48.图11示出了包括定位于次级辅助绕组1110附近的第一屏蔽绕组1105的变压器1000的另一层的俯视图。
49.图12示出了穿过类似于图1所示的变压器100的基于pcb的变压器1200的区域的局部截面简图。如图12所示，变压器1200包括在与第二屏蔽绕组1210同一层上的初级辅助绕组1205a
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1205n。变压器1200还包括在与第一屏蔽绕组1220同一层上的补偿绕组1215a
…
1215n，其中补偿绕组具有n匝。在该实施方式中，磁体1225被示出为在中心部分1235处具有气隙1230的e形芯结构。
50.图13示出了通过类似于图1所示的变压器100的基于pcb的变压器1300的区域的局部截面简图。如图12所示，变压器1300在与第二屏蔽绕组1310同一层上包括初级辅助绕组1305a
…
1305n。然而，作为将补偿绕组定位在另一屏蔽层(例如，第一屏蔽层1315)上的替代，将补偿绕组1320a
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1320n定位在与第二屏蔽绕组1310和初级辅助绕组1305a
…
1305n同一层上。
51.图14示出了图13所示的变压器1300的绕组的示意简图。如图14所示，补偿绕组1320a
…
1320n包括耦合至初级辅助绕组1305a
…
1305n的第一端1405和第二远浮动端1410。
52.受益于本公开的本领域技术人员可以理解，初级辅助绕组和补偿绕组能够位于不同层或同一层上。补偿绕组位置的变化可能导致补偿绕组的匝数和宽度发生变化，以补偿由辅助初级绕组x引起的电流不平衡。这些以及其它修改均在本公开的范围内。
53.在前述说明书中，已参考能够随实施方式而变化的许多具体细节，已说明了本公开的实施方式。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而不是限制性的。本公开的范围的唯一且排他的指示符以及申请人意图成为本公开的范围的指示符构成本技术得出的一组权利要求的字面和等效范围，其以这种权利要求发出的具体形式实现，包括任何随后的修正。在不脱离本公开的实施方式的精神和范围的前提下，能够以任何合适的方式组合特定实施方式的具体细节。
54.另外，如图中所示，例如“底部”或“顶部”等表示空间相对关系的术语同样可以用于说明元件和(或)特征与另一元件和(或)特征的关系。应当理解的是，除了图中所示的取向之外，表示空间相对关系的术语旨在包括装置在使用和(或)操作中的不同取向。例如，如果图中的装置翻转，则说明为“底部”表面的元件可取向为在其它元件或特征“上方”。装置能够以其它方式取向(例如，旋转90度或以其它取向)，并且在此使用的空间上相对的说明符被相应地解释。
55.如本文所用，术语“和”、"或“和”一个/或”可以包括同样预期至少部分取决于使用此类术语的上下文的各种含义。通常，“或”如果用于关联例如a、b或c的列表，则旨在表示a、b和c，在此以包含性意义使用，并且a、b或c在此以排他性意义使用。此外，本文使用的术语“一个或多个”可以用于说明单数形式的任何特征、结构或特性，或者可以用于说明特征、结构或特性的某种组合。然而，应当注意的是，这仅仅是说明性实施例，且所要求保护的主题不限于该实施例。此外，如果用于关联例如a、b或c的列表，术语“中的至少一个”则可以解释为表示a、b和/或c的任何组合，例如a、b、c、ab、ac、bc、aa、aab、abc、aabbccc等。
56.在整个说明书中，“一个实施例”、“实施例”、“某些实施例”或“示例性实施例”的表述意味着结合该特征和/或实施例说明的特定特征、结构或特性可以包括在所要求保护的主题的至少一个特征和/或实施例中。因此，“在一个实施例中”、“实施例”、“在某些实施例中”、“在某些实例中”或其它类似短语在本说明书通篇各个地方的出现不一定都指代相同的特征、实施例和/或限制。此外，特定特征、结构或特性可以组合在一个或多个实施例和/或特征中。
57.在一些实施方式中，操作或处理可以涉及物理量的物理操控。典型地，虽然不是必须的，可以采取能够被存储、传输、组合、比较或以其它方式操控的电或磁信号的形式操作
或处理这些物理量。主要出于常见的原因，已经证明，有时将这种信号称为位、数据、值、元素、符号、字符、术语、数量、数字等是方便的。然而，应当理解的是，所有这些或类似的术语与适当的物理量相关联，并且只是出于方便的标记。除非另外具体说明，如从本文的讨论中显而易见，应当理解的是，在整个说明书中，诸如“处理”、“计算”、“算出”、“确定”等术语的相关讨论特指使用专用计算机、专用计算设备或类似专用电子计算设备等特定装置的动作或过程。因此，在本说明书的上下文中，专用计算机或类似的专用电子计算设备能够操控或变换信号，通常表示为专用计算机或类似的专用电子计算设备的存储器、寄存器或其它信息存储设备、传输设备或显示设备内的物理电子或磁量。
58.前文的详细说明阐述了许多具体细节，以提供对所要求保护的主题的透彻理解。然而，所属领域的技术人员应该理解，所主张的标的物可以在没有这些特定细节的情况下实践。在其它情况下，对本领域技术人员已知的方法和装置未作详细说明，以免混淆所要求保护的主题。因此，所主张的标的物不应限于所揭示的特定实施例，此类所主张的标的物应还可包含所附权利要求书及其等效物的范围内的所有方面。