变压器及控制驱动系统的制作方法

本发明涉及电气元件领域，具体而言，涉及一种变压器及控制驱动系统。

背景技术：

以碳化硅、氮化镓等化合物半导体为代表的第三代半导体功率器件，开关速度不断提高，已经逐渐成熟并大规模进入市场；另一方面，传统的硅基半导体器件，例如功率晶体管、绝缘删型场效应管等也不断通过结构和工艺的优化获得更高的开关速度。

更高的开关速度意味着控制驱动系统需要耐受更高的共模电压变化速率。在控制驱动系统中，通过变压器传输信号时，高共模电压变化速率容易引起由位移电流导致的错误信号，造成系统失效或者误操作。

现有技术中，变压器往往通过引入副边屏蔽结构来避免位移电流流入变压器的副边线圈，通过消除电耦合的方式减小位移电流在副边线圈产生的欧姆压降。然而，位移电流同时也流经变压器的主边线圈，从而在主边线圈产生信号。该信号通过主边线圈与副边线圈之间的磁耦合耦合到副边线圈，同样会引发副边线圈接收到干扰的信号。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种变压器及控制驱动系统，以改善现有的变压器的信号由于主边线圈与副边线圈之间的磁耦合，引发副边线圈接收到干扰信号的不足。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种变压器，包括：主边线圈、主边屏蔽结构、副边线圈以及副边屏蔽结构，所述副边线圈设置于与所述主边线圈对应的位置，所述主边屏蔽结构设置于所述主边线圈与所述副边线圈之间，所述副边屏蔽结构设置于所述主边屏蔽结构与所述副边线圈之间，所述主边线圈的一端与所述主边屏蔽结构连接，所述副边线圈的一端与所述副边屏蔽结构连接。

本发明实施例还提供了一种控制驱动系统，包括上述的变压器。

本发明实施例提供的变压器及控制驱动系统的有益效果为：

本发明实施例提供的变压器及控制驱动系统包括主边线圈、主边屏蔽结构、副边线圈以及副边屏蔽结构。副边线圈设置于与主边线圈对应的位置，主边屏蔽结构设置于主边线圈与副边线圈之间，副边屏蔽结构设置于主边屏蔽结构与副边线圈之间。主边线圈与主边屏蔽结构连接，副边线圈与副边屏蔽结构连接，共模电压产生的位移电流可以直接从发射器流入主边屏蔽结构，位移电流在流经主边屏蔽结构时产生的磁场较小，因此几乎不会通过磁耦合的方式将干扰信号传递到副边线圈。本发明实施例提供的变压器与现有的变压器相比，能够显著减弱共模电压产生的干扰信号，从而提高变压器的共模瞬态抑制(Common Mode Transient Immunity)。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的变压器的示意性结构图；

图2是本发明实施例提供的变压器的部分结构的剖面图；

图3是本发明实施例提供的变压器的等效电路图；

图4是本发明实施例提供的变压器的主边屏蔽结构的一种具体实施方式的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的变压器的主边屏蔽结构的另一种具体实施方式的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的变压器的主边屏蔽结构的再一种具体实施方式的结构实体图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

详情请参见图1，图1示出了本发明实施例提供的变压器100，该变压器100包括主边线圈110、主边屏蔽结构120、副边线圈130以及副边屏蔽结构140。

主边线圈110为螺旋形金属导线，具体可以为单层的螺旋形结构。主边线圈110的线圈形状以及匝数可根据具体实施需要的电感和电阻值确定，在本实施例中不做限定。主边线圈110的两端与发射器电路连接，发射器电路在主边线圈110中产生变化的电流以产生交变的磁通。

副边线圈130为螺旋形金属导线，副边线圈130设置为与主边线圈110纵向对齐。优选地，主边线圈110在纵向的投影与副边线圈130在纵向的投影大致重合。副边线圈130的线圈形状以及匝数可根据实际的实施需求确定，在本实施例中不做限定。副边线圈130的两端与接收器电路连接。

主边屏蔽结构120设置于主边线圈110以及副边线圈130之间，主边屏蔽结构120可以为至少一层金属层组成的薄片状结构。上述的金属层具体可以为带有多个开口和缝隙的金属薄片结构。主边屏蔽结构120与主边线圈110的一端连接，具体地，主边屏蔽结构120与主边线圈110的一端交流共地。

主边屏蔽结构120的屏蔽范围为主边屏蔽结构120在垂直方向的投影。优选地，主边屏蔽结构120的屏蔽范围与主边线圈110的轮廓大致相同。优选的，主边屏蔽结构和主边线圈在纵向上的重叠面积占主边线圈面积的60％以上。

副边屏蔽结构140设置于主边屏蔽结构120以及副边线圈130之间，副边屏蔽结构140可以为至少一层金属层组成的片状结构。上述的金属层具体可以为带有多个开口和缝隙的金属薄片结构。副边屏蔽结构140与副边线圈130的一端连接，具体地，副边屏蔽结构140与副边线圈130交流共地。

副边屏蔽结构140的屏蔽范围为副边屏蔽结构140在垂直方向的投影。优选地，副边屏蔽结构140的屏蔽范围与副边线圈130的轮廓大致相同。

主边屏蔽结构120设置于主边线圈110与副边线圈130之间，副边屏蔽结构140设置于主边屏蔽结构120与副边线圈130之间，即主边线圈110、主边屏蔽结构120、副边屏蔽结构140以及副边线圈130依次纵向堆叠。

详情请参见图2，主边线圈110与主边屏蔽结构120之间还设置有第一介质层150，优选地，主边线圈110与主边屏蔽结构120可以通过设置于第一介质层150中的连接部180连接。副边线圈130与副边屏蔽结构140之间还设置有第三介质层170，优选地，副边线圈130与副边屏蔽结构140可以通过设置于第三介质层170中的连接部180连接。主边屏蔽结构120与副边屏蔽结构140之间设置有第二介质层160。第二介质层160可耐受主边与副边之间的高电压差，起到隔离的作用。主边屏蔽结构120与副边屏蔽结构140通过第二介质层160形成主边与副边之间的寄生耦合电容。副边线圈130设置于衬底190的表面，即形成自下而上依次包含副边线圈130、副边屏蔽结构140、主边屏蔽结构120、和主边线圈110的变压器。可选的，也可以将主边线圈110置于衬底190的表面，将副边线圈130置于变压器100的顶部；从而形成自上而下依次包含副边线圈130、副边屏蔽结构140、主边屏蔽结构120、和主边线圈110的变压器。

详情请参见图3，图3为本发明实施例提供的变压器100的对瞬态共模电压相应的等效电路图。

主边线圈110的漏电感为L_k，由于位移电流在主边线圈上分布的不均匀性形成的等效电阻为R_np，变压器100的磁化电感为L_M，主边线圈110的线圈等效为L_p。与主边线圈110连接的发射器电路等效为电压源111以及内阻R_t。电压源112的输出电压表示共模电压V_cm。共模电压V_cm产生的位移电流为I_p1+I_p2。

由于位移电流在副边线圈130上分布的不均匀性形成的电阻为R_ns，副边线圈130的线圈等效为Ls。与副边线圈130连接的接收器电路等效为解码电路131和MOS管132，接收器电路接收到的电压为V_r。

主边屏蔽结构120与耦合电容C_i1、C_i2的一端相连，副边屏蔽结构140与耦合电容C_i1、C_i2的另一端相连。

当发射器电路的电位(即电压源112的电位)发生瞬态改变时，会产生较高的共模电压V_cm，由于主边线圈110与主边屏蔽结构120相连，即主边屏蔽结构120将耦合电容C_i1和C_i2在主边线圈110的一端与发射器保持交流共地，所以由共模电压V_cm产生的位移电流I_p1+I_p2不再流经主边线圈110的线圈，而是直接从发射器的地电位流入主边屏蔽结构120中，再经由主边屏蔽结构120流入耦合电容C_i1和C_i2。流经耦合电容C_i1的位移电流I_p1以及流经耦合电容C_i2的位移电流I_p2流过副边屏蔽结构140后流入地端。

位移电流I_p1+I_p2主要流向主边屏蔽结构，而很少流经主边线圈。而流过主边屏蔽结构120的电流产生的磁场较小，所以几乎不会通过磁场耦合将共模电压V_cm产生的干扰信号传递到副边线圈130。增加主边屏蔽结构120后，共模电压由于磁耦合而产生的干扰信号可以被显著减弱。而副边屏蔽结构140用于避免位移电流流入变压器100的副边线圈130，通过消除电耦合的方式减小位移电流在副边线圈130产生的欧姆压降。故在共模电压V_cm产生的干扰信号中，由位移电流流经副边线圈130产生的欧姆压降，由副边屏蔽结构140通过消除电耦合的方式减小；由位移电流流经主边线圈110产生的变化磁场，由主边屏蔽结构120通过将位移电流引导至主边屏蔽结构的方式减小；因此共模电压V_cm产生干扰信号的两部分均可以被显著减弱，提高了变压器100的共模瞬态抑制(Common Mode Transient Immunity)。

为了有效的屏蔽磁耦合产生的变化磁场，应尽量减少主边屏蔽结构120中涡流的产生以及使主边屏蔽结构的电感小于主边线圈的电感。

具体的，主边屏蔽结构120为具有缝隙和多个开口的金属层，由多个金属薄片相连而形成。金属薄片之间具有缝隙，使得涡流无法通过从而达到抑制涡流的技术效果。优选的，金属薄片可以包括与接地点相连的第一主干部，还可以包括与第一主干部相连的第一分支部。

具体的，主边屏蔽结构120的电感应当小于主边线圈110的电感。即从主边屏蔽结构120上任一点到主边屏蔽结构120的接地点对应的电流路径所具有的电感应当小于主边线圈110的电感。优选的，主边屏蔽结构120的电感小于主边线圈110电感的30％。

本申请中，可以通过把主边屏蔽结构120设计为如下结构来实现。

详情请参见图4，图4示出了本发明实施例提供的变压器100的主边屏蔽结构120的一种具体实施方式。

主边屏蔽结构120包括至少一个带有开口的弧形导体结构，本实施例中以两个弧形导体结构为例。主边屏蔽结构120包括第一主干部121，第一主干部121的弧形导体结构是带有开口的第一圆环部1211以及带有开口的第二圆环部1212，第二圆环部1212的直径小于第一圆环部1211的直径。第一圆环部1211与第二圆环部1212连接。第一圆环部1211的开口可以与第二圆环部1212的开口相对应，也可以不对应，第一圆环部1211的开口位置以及第二圆环部1212的开口位置不应该理解为是对本发明的限制。

第一圆环部1211为带有开口的圆环形金属薄片，开口将第一圆环部1211分为两端，第一圆环部1211的两端中的至少一端为自由端，即不与主边屏蔽结构120的其他部分相连接。

第二圆环部1212同样也是带有开口的圆环形金属薄片，开口将第二圆环部1212分为两端，第二圆环部1212的两端中的至少一端为自由端，即不与主边屏蔽结构120的其他部分相连接。主边屏蔽结构120中第一圆环部1211以及第二圆环部1212的纵向投影大致覆盖了主边线圈110重叠的范围。

如图4所示，该第一主干部121与主边线圈110交流共地的A点相连接，从而与A点具有相同的电位。由于主边线圈110为螺旋形金属线圈，而主边屏蔽结构120为带有开口的圆环状结构构成，所以该主边屏蔽结构120的任何一点(如图4中的B点)到A点之间的电流通路对应的电感量小于主边线圈110的电感量。因此，位移电流在流过主边屏蔽结构120时，在副边线圈130产生的干扰信号，小于位移电流流过主边线圈110时，在副边线圈130产生的干扰信号。即主边屏蔽结构120与副边线圈130之间的磁耦合小于主边线圈110与副边线圈130之间的磁耦合。

同时由于第一圆环部1211以及第二圆环部1212均带有开口，故有利于减小主边屏蔽结构120中涡流的形成，不影响变压器100正常工作时产生的磁场。

详情请参见图5，图5示出了本发明实施例提供的变压器100的主边屏蔽结构220的另一种具体实施方式。

主边屏蔽结构220还包括与第一主干部221连接的多个第一分支部222。如图5所示，第一主干部221为带有开口的圆环状结构的金属薄片，即第一主干部221不包含闭合环，第一分支部222为条形金属薄片，多个第一分支部222之间具有一定的间隙。这些间隙通过破坏涡流的路径达到抑制涡流的效果。

多个第一分支部222均可以与圆环状结构的内环连接，并且多个第一分支部222均可以向圆环状结构的内侧延伸。主边屏蔽结构220的第一主干部221以及第一分支部222的纵向投影大致覆盖与主边线圈110重叠的范围。

如图5所示，主边屏蔽结构220与主边线圈110交流共地点为A1点，那么，该主边屏蔽结构220的任意一点(例如图5中的B1点)到A1点之间的电流通路对应的电感量小于主边线圈110的电感量。因此，位移电流在流过主边屏蔽结构220时，在副边线圈130产生的干扰信号，小于位移电流流过主边线圈110时，在副边线圈130产生的干扰信号。即主边屏蔽结构220与副边线圈130之间的磁耦合小于主边线圈110与副边线圈130之间的磁耦合。

详情请参见图6，图6示出了本发明实施例提供的变压器100的主边屏蔽结构320的再一种具体实施方式。

如图6所示，第一主干部321为呈放射状延伸的导体结构。本实施例以包括四条薄片的十字型片状结构为例。多个第一分支部322均为条状结构。多个第一分支部322之间具有一定的间隙。这些间隙通过破坏涡流的路径达到抑制涡流的效果。

多个第一分支部322均与第一主干部321连接，且向远离第一主干部321的方向延伸。主边屏蔽结构320的第一主干部321以及第一分支部322的纵向投影大致覆盖与主边线圈110重叠的范围。

如图6所示，主边屏蔽结构320与主边线圈110交流共地点为A2点，该主边屏蔽结构320的任意一点(例如图6中的B2点)到A2点之间的电流通路对应的电感量小于主边线圈110的电感量。因此，位移电流在流过主边屏蔽结构320时，在副边线圈130产生的干扰信号，小于位移电流流过主边线圈110时，在副边线圈130产生的干扰信号。即主边屏蔽结构320与副边线圈130之间的磁耦合小于主边线圈110与副边线圈130之间的磁耦合。

副边屏蔽结构140包括第二主干部以及与第二主干部相连接的第二分支部。第二分支部的数量也可以为多个，第二主干部与第二分支部组成的图形可以与第一主干部121与第一分支部122组成的图形类似，也可以由其他的结构构成。只要满足副边屏蔽结构140的形状为不闭合的开环结构，副边屏蔽结构140的具体类型不应该理解为是对本发明的限制。

本发明实施例还提供了一种控制驱动系统，包括上述的变压器100。

本发明实施例提供的变压器100及控制驱动系统包括主边线圈110、主边屏蔽结构120、副边线圈130以及副边屏蔽结构140。副边线圈130设置于与主边线圈110对应的位置，主边屏蔽结构120设置于主边线圈110与副边线圈130之间，副边屏蔽结构140设置于主边屏蔽结构120与副边线圈130之间。主边线圈110与主边屏蔽结构120连接，副边线圈130与副边屏蔽结构140连接，共模电压产生的位移电流可以直接从发射器流入主边屏蔽结构120，位移电流在流经主边屏蔽结构120时产生的磁场较小，因此几乎不会通过磁耦合的方式将干扰信号传递到副边线圈130。本发明实施例提供的变压器100与现有的变压器100相比，能够显著减弱共模电压产生的干扰信号，从而提高变压器100的共模瞬态抑制(Common Mode Transient Immunity)。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，上面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行了清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以上对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。