[发明专利]调节能量转移元件中的位移电流的方法和设备

说明书

技术领域

本发明一般地涉及电源，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。

背景技术

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(differential current)。

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 定制定机构限制的噪声电流。

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。