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CN111902895A - 屏蔽式电力变压器 - Google Patents

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CN111902895A CN201980021522.0A CN201980021522A CN111902895A CN 111902895 A CN111902895 A CN 111902895A CN 201980021522 A CN201980021522 A CN 201980021522A CN 111902895 A CN111902895 A CN 111902895A
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Abstract

公开了屏蔽式电力变压器和使用这些变压器的电源转换器。在一些实施方式中，屏蔽式电力变压器包括磁芯、初级绕组、第一次级绕组和第二次级绕组。变压器包括第一屏蔽件绕组，该第一屏蔽件绕组具有与初级绕组相同的电压电位方向，并且与初级绕组串联连接，以承载流过初级绕组的电流。变压器还包括第二屏蔽件绕组，该第二屏蔽件绕组具有与初级绕组相反的电压电位方向，并且从初级接地连接到浮动端子。第一次级绕组、第二次级绕组、第一屏蔽件绕组和第二屏蔽件绕组能够每一个具有大致相等的匝数。

Description

屏蔽式电力变压器
背景技术
电力变压器使用电磁耦合将能量从一个线圈转移到另一个线圈。在初级线圈和次级线圈之间的绕组的比率，也称为“匝数比”，设定了在用于线圈的电压和电流之间的关系。实际上，变压器可能具有一些不理想的影响，诸如电磁干扰的产生，和由于涡流和其它效应而导致的能量损失。
发明内容
在一些实施方式中，变压器包括通过产生较低水平的噪声来减小电磁干扰(EMI)的屏蔽件。屏蔽件能够具有布置在初级线圈的相对侧上的两个片段。例如，作为承载初级线圈的电流的初级线圈的延伸，第一屏蔽件片段能够与初级线圈串联连接。这允许第一屏蔽件片段的绕组既充当屏蔽件又充当初级线圈的一部分，其中第一屏蔽件片段的绕组对初级线圈的总匝数作出贡献。第二屏蔽件片段能够被布置成使得一个端子被连接到初级接地，并且另一个端子浮动。变压器能够具有两个次级线圈，并且第一屏蔽件片段和第二屏蔽件片段能够每一个具有大致等于次级线圈的匝数的匝数。
变压器可以用在各种类型的电源转换器中。例如，变压器能够用在AC-DC电源适配器或DC-DC电源适配器中。在一些实施方式中，用于消费电子产品的AC/DC电源适配器可以包括隔离的DC-DC转换器电路，该DC-DC转换器电路包括如在本文献中讨论的高频变压器。高频变压器提供电流隔离，并且能够提供高效率的电力传输。
由于在初级绕组和次级绕组之间的大的绕组间电容，这使得高频变压器成为用于传导性共模噪声的主要传导路径，传统变压器经常产生大量的共模噪声。为了满足共模噪声要求，可能需要两级EMI滤波器，这增加了电源适配器的体积和成本。变压器能够包括屏蔽件以减少噪声，但是例如由于屏蔽件绕组中的涡流，典型的屏蔽件降低了变压器的电气效率。
与传统的变压器相比，在本文献中讨论的变压器设计能够减少共模噪声，同时提供比典型的屏蔽式变压器更高的效率。例如，将第一屏蔽件片段与初级线圈串联连接避免了涡流损失，否则将招致涡流损失在第一屏蔽件片段中产生。另外，由于第一屏蔽件片段的绕组对初级线圈的总匝数作出贡献，因此初级线圈能够被减少相应的匝数，从而允许变压器比典型的屏蔽式变压器更小并且绕组损失更低。较低噪声的益处能够允许使用较小的EMI滤波器，在某些情况下，在初级侧上允许使用仅一个EMI滤波器。
在一些实施方式中，屏蔽式变压器包括：磁芯；初级绕组；第一次级绕组和第二次级绕组，该第一次级绕组和第二次级绕组具有大致相等的匝数；和电磁屏蔽件，包括：第一屏蔽件绕组，该第一屏蔽件绕组具有与初级绕组相同的电压电位方向，并且与初级绕组串联连接，以承载流过初级绕组的电流，其中，第一屏蔽件绕组具有大致等于次级绕组中的每一个的匝数的匝数，并且其中，第一屏蔽件绕组位于初级绕组和第一次级绕组之间；和第二屏蔽件绕组，该第二屏蔽件绕组具有与初级绕组相反的电压电位方向，并且被从初级接地连接到浮动端子，其中第二屏蔽件绕组具有大致等于次级绕组中的每一个的匝数的匝数，并且其中，第一屏蔽件绕组位于初级绕组和第二次级绕组之间。
一些实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。例如，在一些实施方式中，第一屏蔽件绕组沿着在初级绕组和第一次级绕组之间的界面均匀地布置；并且其中第二屏蔽件绕组沿着在初级绕组和第二次级绕组之间的界面均匀地布置。
在一些实施方式中，次级绕组和屏蔽件绕组具有在彼此的5％以内的匝数。
在一些实施方式中，屏蔽式电力变压器包括围绕铁氧体磁芯的导线绕组。
在一些实施方式中，导线绕组从内部绕组向外以以下顺序围绕铁氧体磁芯的中心部分同心地布置：次级绕组中的一个、屏蔽件绕组中的一个、初级绕组、屏蔽件绕组中的另一个，和次级绕组中的另一个。
在一些实施方式中，在使用在堆叠的基板层上的线迹来实现绕组的情况下，使用平面磁性装置来实现屏蔽式电力变压器。
在一些实施方式中，堆叠的基板层从上到下以以下顺序沿着轴线布置：次级绕组中的一个、屏蔽件绕组中的一个、初级绕组、屏蔽件绕组中的另一个，和次级绕组中的另一个。
在一些实施方式中，第一屏蔽件绕组和第二屏蔽件绕组每一个具有连接到初级接地的端子。
在一些实施方式中，屏蔽式电力变压器包括四个次级绕组，每个次级绕组具有大致相等的匝数。屏蔽式电力变压器包括围绕芯的导线绕组。导线绕组从内部绕组向外以以下顺序围绕芯同心地布置：该四个次级绕组中的第一个、该四个次级绕组中的第二个、屏蔽件绕组中的一个、初级绕组、屏蔽件绕组中的另一个、该四个次级绕组中的第三个，和该四个次级绕组中的第四个。该四个次级绕组中的第一个或者该四个次级绕组中的第二个是第一次级绕组或第二次级绕组中的一个，并且该四个次级绕组中的第三个或者该四个次级绕组中的第四个是第一次级绕组或第二次级绕组中的另一个。
在一些实施方式中，屏蔽式电力变压器包括第三次级绕组和第四次级绕组，其中第一次级绕组、第二次级绕组、第三次级绕组和第四次级绕组每一个具有大致相等的匝数；其中，在绕组被布置为基本平面的线圈的情况下，屏蔽式电力变压器包括平面磁性元件；其中，基本平面的线圈从上到下以以下顺序沿着轴线堆叠：该四个次级绕组中的第一个、该四个次级绕组中的第二个、屏蔽件绕组中的一个、初级绕组、屏蔽件绕组中的另一个、该四个次级绕组中的第三个，和该四个次级绕组中的第四个。该四个次级绕组中的第一个或者该四个次级绕组中的第二个是第一次级绕组或第二次级绕组中的一个，并且该四个次级绕组中的第三个或者该四个次级绕组中的第四个是第一次级绕组或第二次级绕组中的另一个。
在一些实施方式中，该四个次级绕组中的第一个和该四个次级绕组中的第二个具有相反的电压电位方向；并且该四个次级绕组中的第三个和该四个次级绕组中的第四个具有相反的电压电位方向。
在一些实施方式中，屏蔽式电力变压器具有四个次级绕组，每个次级绕组具有大致相等的绕组数目；在初级绕组和屏蔽件绕组处于它们之间的情况下布置的次级绕组中的两个的第一组被配置为使得次级绕组中的两个的第一组(i)具有相同的电压电位方向，并且(ii)被串联连接以充当单个有效次级线圈；在初级绕组和屏蔽件绕组处于它们之间的情况下布置的次级绕组中的两个的第二组被配置为使得次级绕组中的两个的第二组(i)具有相同的电压电位方向，并且(ii)被串联连接以充当单个有效次级线圈；第一组中的次级绕组不同于第二组中的次级绕组；并且用于第一组的次级绕组的电压电位方向与用于第二组的次级绕组的电压电位方向相反。
在一些实施方式中，屏蔽式电力变压器被配置为使用第一屏蔽件绕组作为初级绕组的一部分，使得在屏蔽式电力变压器的初级侧和次级绕组中的一个之间的有效匝数比是(i)初级绕组和第一屏蔽件绕组的匝数之和与(ii)次级绕组中的一个的匝数之间的比率的情况下，变压器的使用降低了提供给初级绕组的电压。
在一些实施方式中，第一屏蔽件绕组被以与第一次级绕组相同的结构布置，使得在第一屏蔽件绕组和第一次级绕组中感应出基本相等的电压电位；并且第二屏蔽件绕组被以与第一次级绕组相同的结构布置，使得在第二屏蔽件绕组和第二次级绕组中感应出基本相等的电压电位。
在一些实施方式中，电磁屏蔽件被布置为使得在电磁屏蔽件绕组和对应的次级绕组之间不存在共模电流。
在一些实施方式中，屏蔽式电力变压器被配置为感应从初级绕组到电磁屏蔽件的共模电流，并导致共模电流流回初级接地，使得共模电流仅在初级侧中循环，并且在初级绕组和次级绕组之间没有共模电流通过。
其它实施方式包括包含屏蔽式电力变压器的AC-DC电源适配器。AC-DC电源适配器可以包括耦接到次级绕组的开关，该开关被配置为作为同步整流器的一部分来工作。
其它实施方式包括包含屏蔽式电力变压器的DC-DC转换器。DC-DC转换器可以包括耦接到次级绕组的开关，该开关被配置为作为同步整流器的一部分来工作。
其它实施方式包括一种使用屏蔽式电力(electronic)变压器将交流电从一个电压转换成另一个电压的方法。
其它实施方式包括一种使用AC-DC电源适配器将交流电转换成直流电的方法。
其它实施方式包括一种使用DC-DC转换器将第一直流电压转换成第二、不同的直流电压的方法。
在该说明书中描述的主题的一个或多个实施例的细节在附图和以下描述中阐述。根据说明书、附图和权利要求书，主题的其它特征、方面和优点将变得显而易见。
附图简要说明
图1是图示使用屏蔽式变压器的AC-DC电源适配器的示例的框图；
图2是图示使用屏蔽式变压器的DC-DC转换电路的示例的框图；
图3A和3B是用于图2的电路的屏蔽式变压器的示例的剖视图；
图4是图示使用屏蔽式变压器的DC-DC转换电路的示例的框图；并且
图5A和5B是用于图4的电路的屏蔽式变压器的示例的剖视图。
在各个附图中，类似的参考数字和名称指示类似的元素。
具体实施方式
图1是图示使用屏蔽式变压器150的AC-DC电源适配器100的示例的框图。该示例使用变压器150作为高效DC-DC转换电路的一部分。其它适配器设计能够以其它方式使用屏蔽式变压器，诸如直接将交流(AC)输入降压为低压交流电。适配器100可以是独立适配器，或者可以集成到由适配器100供电的装置中。在一些实施方式中，电源适配器100是通用串行总线(USB)C型适配器，其可以能够提供范围从大致3V到大致20V的输出。
图1中的适配器100包括EMI滤波器120、初级侧整流电路130、初级侧信号发生电路140、屏蔽式变压器150，和次级侧整流电路160。适配器100从AC电源110(诸如，电气插座)接收电力。适配器100向负载170提供DC电力。
进一步详细地，AC输入被提供给可以至少部分地抑制来自电源的传导EMI的EMI滤波器120。这可能涉及各种无源组件，例如可以被布置为减少共模噪声和/或差模噪声的电容器和/或电感器。例如，滤波器的电感部分能够充当AC线路信号的低频通过装置，同时阻挡更高的频率。为了抑制共模噪声，与每条AC电力线串联放置的电感器和电容器能够被从两条电力线接地。从一条AC电力线连接到另一条的一个或多个电容器能够减少差模噪声。
EMI滤波器120的输出被提供给初级侧整流电路130，初级侧整流电路130能够使用各种类型的整流器(例如，开关整流器、二极管桥式整流器、中心抽头的变压器整流器等)中的任何一种。整流电路130能够可选地包括进一步的滤波或电压调节电路。
初级侧信号发生电路140、变压器150和次级侧整流电路160形成DC-DC转换电路，并且在图2和4中示出了示例。初级侧信号发生电路140包括例如开关组件，以从整流电路130和储能电路的输出产生开关信号。例如，可以使用脉冲频率调制(PFM)产生这个开关信号。在频率可调节以改变转换器的输出的情况下，这将为初级侧信号发生电路140提供固定的50％占空比。开关信号能够被提供给储能电路，诸如LLC储能器，该储能电路在滤波后的信号被提供给变压器150之前对开关信号进行滤波，该变压器150通常将电压从初级侧降低到次级侧。然后，在变压器150的次级侧处的输出由次级侧整流电路160整流，该次级侧整流电路160可以使用开关整流器、二极管桥式整流器或其它整流器电路来产生DC输出。尽管未图示，但是DC输出可以可选地例如用滤波器、开关转换器、电压调节器等来进一步处理。然后，DC输出(如可选地被进一步处理的)被提供给DC负载170，该DC负载170可以是各种类型的电子装置(例如，电话、膝上型计算机、电器、娱乐装置等)中的任何一种。
在一些实施方式中，如与下面讨论的其它的一样，图1的DC-DC转换电路以相对高的频率工作。例如，尽管大约150kHz的频率是典型的，但是DC-DC转换电路的频率取而代之的是大致200kHz、250kHz、300kHz、400kHz或更高，并且初级侧信号发生电路140、变压器150和次级侧整流电路160被设计用于更高的频率。
图2是图示使用屏蔽式变压器250的DC-DC转换电路200的示例的框图。电路200包括初级侧信号发生电路240、屏蔽式变压器250和次级侧整流电路260，它们示出了图1的相应元件140、150和160的实现。
初级侧信号发生电路240从EMI滤波器接收AC输入。使用PFM控制两个晶体管以产生占空比为50％的开关输出。电容器C1、串联电感器L1和并联电感器L2形成LLC储能电路，该储能电路使来自晶体管的开关输出平滑。例如在连接电感器L1和L2的节点处，初级侧信号发生电路240的输出被提供给屏蔽式变压器250的初级侧。
屏蔽式变压器250具有初级侧P、屏蔽件X和次级侧S。在所图示的示例中，初级侧P包括具有在每一端处一个的两个端子P'和P”的单个初级线圈。端子P'被连接为接收初级侧信号发生电路240的输出。端子P”通过连接252连接到屏蔽件X。
屏蔽件X具有两个片段：第一屏蔽件片段X1和第二屏蔽件片段X2。该两个屏蔽件片段X1、X2每一个具有连接到被图示为在端子Y处的连接的初级接地的端子。例如，初级接地能够是由初级侧信号发生电路240使用的相同接地基准。屏蔽件片段X1、X2的另一端被不同地连接。
该第一屏蔽件片段X1具有与初级线圈P相同的电压电位方向。第一屏蔽件片段X1具有连接到初级线圈P的端子P”的端子X'(例如，通过连接252)。结果，流过初级线圈P的电流也流过第一屏蔽件片段X1。这使得第一屏蔽件片段X1既用作初级线圈P的一部分又用作屏蔽件。特别地，第一屏蔽件片段X1被用于高频屏蔽和电力传输这两者。与其中两个屏蔽件片段均具有浮动或自由端的布置相比，该布置允许变压器250减少功率损失。
第二屏蔽件片段X2具有端子X”，该端子被保留为浮动，例如未被连接。该第二屏蔽件片段X2具有与初级线圈P相反的电压电位方向。能够通过在与初级线圈相反的方向上缠绕第二屏蔽件片段X2来实现电压电位方向的差异。作为替代，在一些实施方式中，能够通过在与初级线圈P相同的方向上缠绕第二屏蔽件片段X2，但是通过反转第二屏蔽件片段X2的连接从而极性或电压电位方向也被反转，来获得该效果。在初级侧P处电压随时间的高变化(dv/dt)将感应出从初级线圈P到屏蔽件的共模电流，并且然后该共模电流将通过节点Y流回初级接地。共模电流仅在初级侧P中循环，并且在初级侧P和次级侧S之间没有共模电流。
变压器250的次级侧S具有两个次级片段S1和S2。这些次级片段被布置为使得它们在相反的方向上传导。例如，该两个次级片段S1和S2被连接，使得每一个次级片段具有在节点Z处连接的公共端子，该节点被设置为到负载270的输出。当电流从片段S1流入节点Z中时，它将通过片段S2流出节点Z。然而，在使用中，由于次级侧整流电路260在任何给定时间仅允许一条路径，所以电流一次仅流过次级片段S1、S2中的一个。如所图示地，次级侧整流电路260包括晶体管，该晶体管充当被与初级侧信号发生电路240的晶体管同步地控制的同步开关整流器。通过交替打开开关中的一个，输出在次级片段S1、S2之间交替，从而从次级片段S1、S2相对于负载270的不同极性提供整流的输出。
次级绕组S1、S2具有大致相等的匝数。通常，大致相等的匝数或基本相等的匝数指示匝数在彼此的10％以内。当然，公差可以紧得多，诸如在5％以内，或在2.5％以内，或在1％以内，在彼此的一匝以内，或者甚至在匝数上准确匹配。
屏蔽件片段X1、X2每一个具有大致彼此相等并且等于次级片段S1、S2的匝数的匝数。因此，屏蔽件片段X1的匝数可以在次级片段S1的匝数的10％以内，并且屏蔽件片段X2的匝数可以在次级片段S2的匝数的10％以内。当然，公差可以紧得多，诸如在5％以内，或在2.5％以内，或在1％以内，在彼此的一匝以内，或者甚至在匝数上准确匹配。对于屏蔽件片段X1，X2和次级片段S1，S2，具有大致相同的匝数是有益的，从而在屏蔽件片段上将存在与在次级片段S1、S2上相同的电压电位。结果，在屏蔽件片段X1、X2和次级片段S1、S2之间不存在共模电流。
如以下进一步讨论地，屏蔽件片段X1、X2能够被放置在初级线圈P的相对侧上，使得一个屏蔽件片段位于初级线圈P和次级线圈S1、S2中的每一个之间。每个屏蔽件片段能够沿着在初级线圈P和最近的次级线圈之间的边界均匀地分布。
图3A是能够用作图2的变压器250的屏蔽式变压器300的示例的剖视图。该图示出了缠绕导线的变压器的实现，该变压器具有围绕铁氧体磁芯310，并且还可选地围绕线筒312同心地包裹的线圈。各个层能够被绝缘材料分离，诸如提供几千伏的隔离的一层或多层绝缘带314。
最里面的绕组代表第一次级片段S1。接下来的绕组示出第一屏蔽件片段X1，其与围绕第一屏蔽件片段X1包裹的初级绕组P串联电连接。流过初级绕组P的相同电流也流过第一屏蔽件片段X1。然后，第二屏蔽件片段X2被围绕初级绕组P缠绕。如以上解释地，第二屏蔽件片段X2不承载来自初级绕组P的电流。相反，如图2所示，第二屏蔽件片段X2具有连接到初级接地的端子Y和被保留为浮动的另一个端子X”。然后第二次级片段S2被围绕第二屏蔽件片段X2包裹。
屏蔽件片段X1、X2能够是与初级P绕组或次级S1、S2绕组类似的导线规格和材料的导线绕组。可替代地，屏蔽件片段X1、X2能够由不同规格或类型的导线或另一种导体(例如，实心导线、绞合线、导电箔、PCB层上的迹线等)形成。
在该示例中，次级片段S1、S2每一个具有相同的匝数，并且屏蔽件片段X1、X2具有与次级片段S1、S2相同的匝数。屏蔽件片段X1的匝数充当初级绕组的一部分，因此在初级绕组P和每个次级绕组S1、S2之间的总匝数比为3：1。当然，变压器300能够以将在其中使用它的应用所需的任何适当的匝数比来实现。
图3B是能够用作图2的变压器250的另一个屏蔽式变压器350的示例的剖视图。使用平面磁性装置，例如，使用印刷电路板(PCB)层或多个PCB上的线迹来实现变压器350。在该图示中，元件370a-370f代表不同的PCB层或PCB元件。每个元件370a-370f可以包括基板的多个层或者甚至多个分立的基板元件以承载所表示的线圈。类似地，各种元件370a-370f可以被组合成单个基板以承载所示出的线圈。
变压器350具有芯360，诸如铁氧体材料，并且具有在大致平坦的基板元件3701-370f(诸如，PCB层)上承载的线圈。从上到下，元件370a承载用于次级片段S1的线圈，元件370b承载用于屏蔽件片段X1的线圈，该屏蔽件片段X1被连接以接收通过初级线圈P的电流。元件370c和370d承载初级线圈P。元件370e承载屏蔽件片段X2，该屏蔽件片段X2被连接到初级接地并且具有浮动端。元件370f承载第二次级片段S2。
在图3B中，线圈的截面元素被提供为用于线圈的相对匝数的简单指示。当然，用于每个线圈的实际匝数将根据将使用变压器350的应用而变化。在该示例中，屏蔽件片段X1、X2具有相同的匝数，并且匝数与次级片段S1、S2的匝数匹配。在初级线圈P和每个单独的次级片段S1、S2之间的总匝数比为5：1。该两个初级层每一个示出两匝，并且屏蔽件片段X1为初级贡献另一匝，在图示中总共为5匝，而次级片段S1、S2每一个均被示为带有一匝。
图4是图示使用屏蔽式变压器450的DC-DC转换电路400的示例的框图。电路400具有如以上对于电路200所讨论的特征，其中初级侧信号发生电路440、屏蔽式变压器450，和次级侧整流电路460具有如以上对于图2的元件240、250和260所讨论的结构和操作。然而，如以下讨论地，与变压器250相比，变压器450具有次级片段的不同布置。
在图4中，存在四个次级片段S1、S2、S3和S4，而不是如图2所示两个。次级片段S1、S2、S3和S4和屏蔽件片段X1和X2能够每一个具有大致相同的匝数。如以上讨论地，大致相等的匝数或基本相等的匝数指示匝数在彼此的10％以内。当然，公差可以紧得多，诸如在5％以内，或在2.5％以内，或在1％以内，在彼此的一匝以内，或者甚至在匝数上准确匹配。
次级片段S1和S3相对于负载470具有相同的电压电位方向，并且被串联连接以充当一个次级线圈。类似地，次级片段S2和S4相对于负载470具有相同的电压电位方向，并且被串联连接以充当另一个次级线圈。该两个有效的次级线圈，例如S1+S3和S2+S4，具有彼此相反的电压电位方向。换言之，来自初级线圈的交流电能够在两个有效的次级线圈中在相反的方向上感应电流。电压电位方向的差异能够通过改变缠绕方向来实现。例如，次级片段S1和S3这两者能够在第一方向上缠绕，而次级片段S2和S4这两者能够在第二、相反方向上缠绕。作为替代，在一些实施方式中，次级片段S1-S4中的每一个能够在相同的方向上缠绕，但是一对(例如，S1和S3)的连接能够与另一对(例如，S2和S4)的连接相反，使得极性或电压电位方向也被反转。
作为示例，次级片段S1-S4可以全部在相同的方向上缠绕，并且每个片段S1-S4具有顶部端子(例如，在图5A的顶部绕组处)和底部端子(例如，在图5A的底部处)。在给定相同的缠绕方向的情况下，顶部端子能够是由图4的黑圈极性指示符表示的端子。节点Z能够被连接到次级片段S2的顶部端子和次级片段S1的底部端子。然后次级端子S3被连接，其中，其底部端子被连接到次级片段S1的顶部端子并且其顶部端子被连接到次级侧整流电路460的晶体管中的一个。然后S4被连接，其中，其顶部端子被连接到次级片段S1的底部端子并且其底部端子被连接到次级侧整流电路460的另一个晶体管。
如图5A和5B所示，每个有效次级线圈由物理地布置在初级线圈P的相对侧上的线圈构成。例如，次级片段S1和S2被放置在初级线圈P的一侧上，屏蔽件片段X1处于这些片段S1、S2和初级线圈P之间。次级片段S3和S4被放置在初级线圈P的另一侧上，屏蔽件片段X2处于这些片段S3、S4和初级线圈P之间。
图5A和5B是用于图4的电路的屏蔽式变压器的示例的剖视图。
图5A示出缠绕导线的变压器500的实施方式，该变压器具有围绕铁氧体磁芯510，并且还可选地围绕线筒512同心地包裹的线圈。在变压器500中，内部绕组是次级片段S2和S1，它们是如图4所示不同的次级线圈的一部分。类似地，外部绕组是次级片段S3和S4，它们也是不同的次级线圈的一部分。在初级线圈和每个次级线圈(例如，S1+S3的组合和S2+S4的组合)之间的匝数比为11：4或2.75：1。变压器500的其它特征如对于图3A的变压器300所述。
图5B示出使用平面磁性装置的实施方式，其中元件570a-570h代表承载各种线圈的导体的不同的层或基板元件。次级线圈S1+S3和次级线圈S2+S4每一个包括初级线圈P下方的一个片段和初级线圈P上方的一个片段。在该示例中，在初级线圈和每个次级线圈(例如，S1+S3的组合和S2+S4的组合)之间的匝数比为5：2或2.5：1。变压器550的其它特征如对于图3B的变压器350所述。
尽管该说明书包含很多细节，但是这些细节不应被解释为对本发明或可以要求保护的内容的范围的限制，而应被解释为对专用于本发明的特定实施例的特征的描述。在该说明书中在单独的实施例的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施例中组合地实现。相反，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合在多个实施例中实现。而且，尽管以上可以将特征描述为以某些组合起作用并且甚至最初如此主张，但是在某些情况下，可以从该组合中删除所要求保护的组合中的一个或多个特征，并且所要求保护的组合可以针对子组合或子组合的变型。
类似地，虽然在附图中以特定顺序描绘了操作，但是这不应当理解为要求以所示特定顺序或以连续的顺序执行这样的操作，或者执行所有图示的操作，以实现期望的结果。在某些情况下，多任务和并行处理可能是有利的。此外，上述实施例中的各种系统组件的分离不应当理解为在所有实施例中都要求这种分离。
因此，已经描述了本发明的特定实施例。其它实施例在所附权利要求的范围内。例如，在权利要求中叙述的动作可以以不同的顺序执行并且仍然实现期望的结果。
权利要求如下：

Claims (23)

1.一种屏蔽式电力变压器，包括：
磁芯；
初级绕组；
第一次级绕组和第二次级绕组，所述第一次级绕组和所述第二次级绕组具有大致相等的匝数；和
电磁屏蔽件，所述电磁屏蔽件包括：
第一屏蔽件绕组，所述第一屏蔽件绕组具有与所述初级绕组相同的电压电位方向，并且与所述初级绕组串联连接，以承载流过所述初级绕组的电流，其中，所述第一屏蔽件绕组具有与所述次级绕组中的每一个的匝数大致相等的匝数，并且其中，所述第一屏蔽件绕组位于所述初级绕组和所述第一次级绕组之间；和
第二屏蔽件绕组，所述第二屏蔽件绕组具有与所述初级绕组相反的电压电位方向，并且被从所述初级接地连接到浮动端子，其中，所述第二屏蔽件绕组具有与所述次级绕组中的每一个的匝数大致相等的匝数，并且其中，所述第一屏蔽件绕组位于所述初级绕组和所述第二次级绕组之间。
2.根据权利要求1所述的屏蔽式电力变压器，其中，所述第一屏蔽件绕组沿着在所述初级绕组和所述第一次级绕组之间的界面均匀地布置；并且
其中，所述第二屏蔽件绕组沿着在所述初级绕组和所述第二次级绕组之间的界面均匀地布置。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的屏蔽式电力变压器，其中，所述次级绕组和所述屏蔽件绕组具有在彼此的5％以内的匝数。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的屏蔽式电力变压器，其中，所述第一屏蔽件绕组和所述第二屏蔽件绕组每一个具有连接到初级接地的端子。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的屏蔽式电力变压器，其中，所述屏蔽式电力变压器包括围绕铁氧体磁芯的导线绕组。
6.根据权利要求5所述的屏蔽式电力变压器，其中，所述导线绕组从内绕组向外以以下顺序围绕所述铁氧体磁芯的中心部分同心地布置：
所述次级绕组中的一个，
所述屏蔽件绕组中的一个，
所述初级绕组，
所述屏蔽件绕组中的另一个，和
所述次级绕组中的另一个。
7.根据权利要求1-4中的任一项所述的屏蔽式电力变压器，其中，在使用堆叠的基板层上的线迹来实现所述绕组的情况下，使用平面磁性装置来实现所述屏蔽式电力变压器。
8.根据权利要求7所述的屏蔽式电力变压器，其中，所述堆叠的基板层从上到下以以下顺序沿着轴线布置：所述次级绕组中的一个、所述屏蔽件绕组中的一个、所述初级绕组、所述屏蔽件绕组中的另一个和所述次级绕组中的另一个。
9.根据权利要求1-6中的任一项所述的屏蔽式电力变压器，其中，所述屏蔽式电力变压器包括四个次级绕组，每个所述次级绕组具有大致相等的匝数；
其中，所述屏蔽式电力变压器包括围绕芯的导线绕组；
其中，所述导线绕组从内部绕组向外以以下顺序围绕芯同心地布置：
所述四个次级绕组中的第一个，
所述四个次级绕组中的第二个，
所述屏蔽件绕组中的一个，
所述初级绕组，
所述屏蔽件绕组中的另一个，
所述四个次级绕组中的第三个，和
所述四个次级绕组中的第四个，
其中，所述四个次级绕组中的所述第一个或者所述四个次级绕组中的所述第二个是所述第一次级绕组或所述第二次级绕组中的一个；并且
所述四个次级绕组中的所述第三个或者所述四个次级绕组中的所述第四个是所述第一次级绕组或所述第二次级绕组中的另一个。
10.根据权利要求1-4和7-8中的任一项所述的屏蔽式电力变压器，其中，所述屏蔽式电力变压器包括第三次级绕组和第四次级绕组，其中所述第一次级绕组、所述第二次级绕组、所述第三次级绕组和所述第四次级绕组每一个具有大致相等的匝数；
其中，在所述绕组被布置为基本平面的线圈的情况下，所述屏蔽式电力变压器包括平面磁性元件；
其中，所述基本平面的线圈从上到下以以下顺序沿着轴线堆叠：
所述四个次级绕组中的第一个，
所述四个次级绕组中的第二个，
所述屏蔽件绕组中的一个，
所述初级绕组，
所述屏蔽件绕组中的另一个，
所述四个次级绕组中的第三个，和
所述四个次级绕组中的第四个，
其中，所述四个次级绕组中的所述第一个或者所述四个次级绕组中的所述第二个是所述第一次级绕组或所述第二次级绕组中的一个；并且
其中，所述四个次级绕组中的所述第三个或者所述四个次级绕组中的所述第四个是所述第一次级绕组或所述第二次级绕组中的另一个。
11.根据权利要求9和10中的任一项所述的屏蔽式电力变压器，其中，所述四个次级绕组中的所述第一个和所述四个次级绕组中的所述第二个具有相反的电压电位方向；并且
其中，所述四个次级绕组中的所述第三个和所述四个次级绕组中的所述第四个具有相反的电压电位方向。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的屏蔽式电力变压器，其中，所述屏蔽式电力变压器具有四个次级绕组，每个所述次级绕组具有大致相等的绕组数目；
其中，之间布置有所述初级绕组和屏蔽件绕组的所述次级绕组中的两个的第一组被配置为使得所述次级绕组中的两个的所述第一组(i)具有相同的电压电位方向，并且(ii)被串联连接以充当单个有效次级线圈；并且
其中，之间布置有所述初级绕组和屏蔽件绕组的所述次级绕组中的两个的第二组被配置为使得所述次级绕组中的两个的所述第二组(i)具有相同的电压电位方向，并且(ii)被串联连接以充当单个有效次级线圈；
其中，所述第一组中的所述次级绕组不同于所述第二组中的所述次级绕组；并且
其中，用于所述第一组的次级绕组的电压电位方向与用于所述第二组的次级绕组的电压电位方向相反。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的屏蔽式电力变压器，其中，所述屏蔽式电力变压器被配置为使用所述第一屏蔽件绕组作为所述初级绕组的一部分，使得在所述屏蔽式电力变压器的所述初级侧和所述次级绕组中的一个次级绕组之间的有效匝数比是(i)所述初级绕组和所述第一屏蔽件绕组的匝数之和与(ii)所述次级绕组中的一个的匝数之间的比率的情况下，所述变压器的使用降低了提供给所述初级绕组的电压。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的屏蔽式电力变压器，其中，所述第一屏蔽件绕组被以与所述第一次级绕组相同的结构布置，并且
其中，所述第二屏蔽件绕组被以与所述第一次级绕组相同的结构布置。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的屏蔽式电力变压器，其中，所述电磁屏蔽件被布置为使得在所述电磁屏蔽件绕组和对应的次级绕组之间不存在共模电流。
16.根据前述权利要求中的任一项所述的屏蔽式电力变压器，其中，所述屏蔽式电力变压器被配置为感应从所述初级绕组到所述电磁屏蔽件的共模电流，并导致所述共模电流流回初级接地，使得所述共模电流仅在所述初级侧中循环，并且在所述初级绕组和所述次级绕组之间没有共模电流通过。
17.一种AC-DC电源适配器，包括根据权利要求1-16中的任一项所述的屏蔽式电力变压器。
18.根据权利要求17所述的AC-DC电源适配器，包括被耦接到所述次级绕组的开关，所述开关被配置为作为同步整流器的一部分来工作。
19.一种DC-DC转换器，包括根据权利要求1-16中的任一项所述的屏蔽式电力变压器。
20.根据权利要求19所述的DC-DC转换器，包括耦接到所述次级绕组的开关，所述开关被配置为作为同步整流器的一部分来工作。
21.一种使用根据权利要求1-16中的任一项所述的屏蔽式电力变压器将交流电从一个电压转换成另一个电压的方法。
22.一种包括使用根据权利要求17和18中的任一项所述的AC-DC电源适配器将交流电转换成直流电的方法。
23.一种包括使用根据权利要求19和20中的任一项所述的DC-DC转换器将第一直流电压转换成第二不同的直流电压的方法。
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