调节能量转移元件中的位移电流的方法和设备技术

本发明专利技术公开了调节能量转移元件中的位移电流的方法和设备。该方法包括计算电源的能量转移元件中所包括的屏蔽绕组的匝数，其中，该计算是为了在电源的输入导体中具有低噪声电流。该方法还包括：将屏蔽绕组的匝数增大至大于所计算出的匝数；操作电源；以及调节屏蔽阻抗的值来充分降低噪声电流。一种设备包括具有能量转移元件和屏蔽阻抗的电源。能量转移元件包括屏蔽绕组，屏蔽绕组的一端外部地终止于能量转移元件。屏蔽阻抗耦接在屏蔽绕组的外部终止端和电源的输入导体之间，其中，屏蔽阻抗具有非零有限阻抗值以充分降低输入导体中的噪声电流。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地涉及电源，并且具体地而非排他性地，涉及用于减小开关电源中的共模噪声电流的方法和设备。
技术介绍
许多电装置，例如蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、膝上型电脑等，都需要直流功率源。由于功率一般作为高压交流功率而通过墙壁插座来递送，所以，需要通常称为电源的装置来将高压交流功率变换成许多电装置可以使用的直流功率。此外，电源常常必须在高压交流功率和直流功率源之间提供某种电隔离以满足安全机构的要求。可以由电源直接向装置提供可以使用的直流功率，或者可用可以使用的直流功率来对可重新充电的电池进行充电，继而向装置提供能量，但是这要求在所存储的能量被用尽之后进行充电。在操作中，电源可以使用控制器来调整递送给电装置的输出功率，电装置一般被称为负载。控制器调整对负载的能量转移。在一种情况中，控制器可以响应于来自传感器的反馈信息而控制电源开关导通和关断，以将能量脉冲从高压交流功率源转移到输出。 电源中的每根导体通过电场被电耦接至电源外部的空间。电场中的任何两点间的电压中存在差。因此，在电源的每根导体与电源外部的任意基准位置(常常称为接地，有时简称为地)之间存在电压。导体与地之间的电压可以是正的、负的或零。 电场与相关联的电压的耦接通常被表示为电气电路中的杂散电容。当导体与地之间的电压改变值时，其在将导体耦接到地的杂散电容中产生位移电流。电压中的大改变率可以产生很大的位移电流。该电流被称为位移电流，以将其与传导电流区分开来。位移电流是与导体中电荷的运动等效的空间中变化的电场。导体中电荷的运动的电流被称为传导电流。 直流电流关于时间具有恒定值。相对地，交流电流是随时间改变的值。 一般的电流可以是直流电流与交流电流的和。传导电流可以是直流电流和交流电流的和。然而，位移电流只是交流电流，这是因为交流电流等效于变化的电场。 电流在闭合路径中流动。换而言之，对于每个电流离开一个位置，则必然存在一个具有相同幅度的电流回到相同的位置。闭合路径的规则对于位移电流和传导电流两者都是如此。电流的闭合路径可以包括位移电流和传导电流两者。 电源通常必须限制其输入导体中的噪声电流以满足由规定制定机构规定的限制。相同时间在两个或多个导体中的具有相同幅度和方向(朝向电源或离开电源)的电流称为共模电流(common mode current)。两个导体中具有相同幅度但是方向相反的电流称为差分电流(differentialcurrent)。 输入导体中的共模电流一般是对由电源接收到的功率没有贡献的噪声电流，然而，由输入电压源提供的差分电流递送由电源接收的功率。共模电流主要来源于电源中高电压的快速开关。通过变化的电压产生的位移电流在包括电源的输入导体的路径上返回其原来的位置，并且因此引起被规定制定机构限 的噪声电流。 降低共模电流的一种方式是在输入导体中放置感应组件。这些组件有时被称为共模电感器或共模扼流圈(choke)。共模电感器在共模磁核心上具有两个或更多绕组，其中，这些绕组被配置为与将在输入导体中在相同方向上流动的共模噪声相对抗，同时对于向电源提供功率的差分电流提供可以忽略不计的对抗。对在输入导体中使用共模电感器的优选替换是向因为功率变换目的而已经在电源中的能量转移元件添加特殊绕组。 电源中的能量转移元件，有时称为变压器，是在磁核心上具有多个绕组的感应组件。在操作中，变压器允许电源的输入侧(称为初级侧)与电源的输出侧(称为次级侧)之间的能量转移。变压器还提供电源的输入和输出之间的电隔离。电隔离是防止直流电流在输入导体和输出导体之间流动的特性。功率变换必须的绕组是功率绕组。"特殊绕组"是不参与功率变换功能的附加绕组。既可以提供屏蔽功能又可以提供功率变换功能的绕组，例如，提供偏置电压以操作控制电路的组件的偏置绕组，被认为是功率绕组而非特殊绕组。 特殊绕组常常是指平衡绕组和抵消绕组。它们有时被包括在将它们与电源操作所需要的功率变换绕组区分开来的一般类型的屏蔽绕组中。特殊绕组的目的是将位移电流约束在不包括电源的输入导体的路径中。优选地，位移电流保持在能量转移元件内，并且等效的传导电流不超过能量转移元件的端子之外很远。特殊绕组通过在合适的地方以合适的强度引入电场以指引位移电流采用所希望的路径来完成其目的。 已经开发了用于设计并且构建包含用于降低电源中的共模电流目的的屏蔽绕组的能量转移元件的公知方法。当能量转移元件的绕组具有较小匝数时，这些方法面临困难。传统的方法在屏蔽绕组具有与功率变换绕组的匝数接近的整数匝数时最有效。 在对于电源的应用中，输入电压与输出电压之比很大或很小的情况中，功率绕组可以少至1或2匝。在这样的情况中，对传统的屏蔽绕组给与实现所希望的位移电流的降低所必需的匝数是不可能的。如果屏蔽绕组产生太小的电场，则绕组将不会非常有效。如果屏蔽绕组产生太大的电场，则绕组可能使得共模电流增大而不是减小。附图说明 参考附图描述了本专利技术的非限制性并且非排他性的实施例，其中，若非另外指出，各个示图中相似的标号指代相似的部件。图1是图示出根据本专利技术的教导的示例交流转直流电源的示意图； 图2是图1的交流转直流电源的示例部分的示意图，其更详细地图示出根据本专利技术的教导的示例能量转移元件内的杂散电容和噪声电流； 图3是图示出根据本专利技术的教导的示例电源中的示例电压和电流的示例简化电气电路模型的示意图；以及 图4是图示出根据本专利技术的教导的示例方法的流程图。具体实施例方式这里描述了用于调节能量转移元件的位移电流的方法和设备的示例。在以下描述中，阐述了大量特定细节，以提供对实施例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，可以在没有这些特定细节中的一个或多个的情况下或利用其它方法、组件、材料等来实行这里所描述的技术。在其它情况中，没有示出或详细描述公知的结构、材料或操作，以免5模糊某些方面。 贯穿本说明书中对"一个实施例"、"实施例"、"一个示例"或"示例"的提及是指结 合实施例或示例所描述的具体特征、结构或特性被包括在本专利技术的至少一个实施例中。因 此，在该说明书的不同地方出现的这样的短语"在一个实施例中"、"在实施例中"、" 一个示 例"或"示例"不一定都指同一实施例或示例。此外，具体特征、结构或特征可以以任何适当 的组合和/或子组合被结合到一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应 了解，这里提供的示图是用于说明目的的，并且这些图不一定是按比例画出的。 图1中的示例示意图100示出根据本专利技术教导的电源100的元件、电压和电流。 一般的杂散阻抗ZpE 142、 ZTE 150和ZSE 154表示电源100的各个部件与地基准(earth reference) 156之间的耦接。杂散阻抗ZPE 142、ZTE 150和ZSE 154通常受电容支配，但是它 们也可以包含电感元件和电阻元件。图1中所示出的电流(例如，106和108)是噪声电流。 图1没有示出促成由电源100接收和递送的功率。 如图1的示例中所示，在线路端子102与中性点端子(neutralterminal) 104之间 的电源100的输入处施加输入电压VAC。全波桥式整流器105接收交流输入电压VAC以在直 流输入电容器112上产生直流输入电压VDc 114。在一个示例中，直流输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：计算电源的能量转移元件中所包括的屏蔽绕组的匝数，其中，针对所述电源计算所述屏蔽绕组的匝数，以在所述电源的输入导体中具有低噪声电流；将所述屏蔽绕组的匝数增大至大于所计算出的匝数；操作所述电源；以及调节耦接在所述电源的输入导体与所述屏蔽绕组之间的阻抗的值来充分降低所述输入导体中的噪声电流。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：玛文C埃斯皮诺，
申请(专利权)人：电力集成公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]