專(zhuān)利名稱(chēng)：具有原副邊繞組全交錯(cuò)結(jié)構(gòu)的高頻功率變壓器及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變壓器，尤其涉及具有原副邊繞組全交錯(cuò)結(jié)構(gòu)的高頻功率變壓器，這種變壓器一般應(yīng)用于高頻開(kāi)關(guān)功率變換器中。本發(fā)明還涉及制作上述具有全交錯(cuò)結(jié)構(gòu)的高頻功率變壓器的方法。
隨著高頻功率變換技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)關(guān)功率變換器的工作頻率越來(lái)越高，作為開(kāi)關(guān)功率變換器的一個(gè)重要部件，功率變壓器對(duì)整體變換器的性能指標(biāo)影響很大。繞組的漏感和電阻是高頻功率變壓器的重要性能指標(biāo)，因?yàn)樽儔浩鞯穆└袑?dǎo)致能量損耗，開(kāi)關(guān)器件的電壓尖峰，引起開(kāi)關(guān)器件的損壞或開(kāi)關(guān)損耗的增加。變壓器的繞組電阻會(huì)影響變壓器的能量變換效率，從而使得變換器的整體效率下降。因此如何減小變壓器繞組的漏感和交流電阻是變壓器設(shè)計(jì)和制造的關(guān)鍵技術(shù)。
采用原副邊繞組交錯(cuò)布置技術(shù)可以有效地減小變壓器繞組的漏感和交流損耗。變壓器的漏感是由變壓器的漏磁通產(chǎn)生的。采取繞組原副邊交錯(cuò)結(jié)構(gòu)可以減小變壓器的漏磁通，從而達(dá)到減小漏感的目的。繞組的交流電阻損耗主要?dú)w于兩個(gè)主要因素，即趨膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，這兩種效應(yīng)都使得繞組的交流電阻增大。而繞組交錯(cuò)技術(shù)可以減小鄰近效應(yīng)的程度，從而減小變壓器繞組的交流電阻，達(dá)到減小繞組的交流損耗的目的。
但是，目前實(shí)現(xiàn)繞組交錯(cuò)布置的變壓器的制作工藝復(fù)雜。對(duì)于高頻功率變壓器而言，為了減小高頻趨膚效應(yīng)的影響，變壓器繞組的材料一般采用很細(xì)的漆包線(xiàn)或多股絞線(xiàn)(即里茲線(xiàn))。通常對(duì)于電流較小的一邊(如原邊)采用漆包線(xiàn)，對(duì)于電流較大的一邊采用銅箔。
目前高頻功率變壓器繞組的布置方式有以下三種(1)原副邊繞組迭繞式結(jié)構(gòu)。在骨架103上繞副邊銅箔繞組101，然后再迭繞上漆包線(xiàn)原邊繞組102。其如

圖1所示，這種方法變壓器的繞制工藝比較簡(jiǎn)單，但是由于沒(méi)有原副邊繞組的交錯(cuò)，變壓器的漏感和繞組的高頻交流損耗比較大。(2)原副邊繞組三明治結(jié)構(gòu)。其如圖2所示，即原邊繞組202把副邊繞組201夾在中間，這種方法變壓器的繞制工藝相對(duì)復(fù)雜，變壓器的漏感和交流損耗比第一種減小。(3)原副邊繞組交錯(cuò)結(jié)構(gòu)。其如圖3所示，原邊繞組302和副邊繞組301交錯(cuò)繞制，即一層原邊繞組302，一層副邊繞組201，副邊繞組與原邊繞組相互交錯(cuò)層迭。這種結(jié)構(gòu)的變壓器的漏感和繞組的交流損耗較前兩種方法都小。
雖然采用第三種繞組布置方案，變壓器的性能較好，但是它仍有如下缺點(diǎn)(1)變壓器繞組的繞制工藝復(fù)雜。尤其是副邊銅箔繞組在制作時(shí)要跨過(guò)原邊繞組，工藝比較復(fù)雜和困難。而且原邊繞組不能采用銅箔繞制，只能采用漆包線(xiàn)，而漆包線(xiàn)的導(dǎo)體利用率比銅箔低，從而降低了繞組窗口的導(dǎo)體利用率。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)和工藝簡(jiǎn)單且漏感和交流電阻小的原副邊繞組全交錯(cuò)結(jié)構(gòu)的高頻功率變壓器。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種制作上述的原副邊繞組全交錯(cuò)結(jié)構(gòu)的高頻功率變壓器的方法，這種制作方法的工藝簡(jiǎn)單，且制作成形的高頻功率變壓器的漏感和交流電阻小。
根據(jù)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供的具有原副邊繞組全交錯(cuò)結(jié)構(gòu)的高頻功率變壓器包括原邊繞組、副邊繞組和骨架，所述原邊繞組為由多段銅箔平行排列構(gòu)成，在所述原邊繞組的每段銅箔的兩段設(shè)置有引出線(xiàn)；所述副邊繞組為單段銅箔，所述原邊繞組和所述副邊繞組相迭后，繞制到所述骨架上，所述原邊繞組與所述副邊繞組之間設(shè)置有絕緣層。
根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)目的，本發(fā)明還提供一種制作上述的具有全交錯(cuò)結(jié)構(gòu)的高頻功率變壓器的方法，包含如下制作步驟將一層絕緣層、一層副邊銅箔、一層絕緣層和一層原邊銅箔依次迭合在一起，形成原副邊繞組一體的繞組；所述副邊銅箔為單段結(jié)構(gòu)，形成副邊繞組，所述原邊銅箔為多段結(jié)構(gòu)，多段銅箔之間平行排列，形成原邊繞組；將在上面的步驟中制成的所述原副邊繞組一體的繞組繞制到骨架上。
如上所述，由于本發(fā)明的高頻變換器的原副邊繞組實(shí)現(xiàn)完全充分的交錯(cuò)，從而最大限度地減小變壓器的漏感和繞組的高頻交流電阻，提高變壓器效率，也提高變壓器了磁芯的繞組窗口利用率。而且由于變壓器的原副邊繞組是預(yù)先制作成一個(gè)整體，使得變壓器的繞組的繞制工藝簡(jiǎn)單，適合于規(guī)模化和自動(dòng)化生產(chǎn)。
下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實(shí)施例，本發(fā)明的其它特征、優(yōu)點(diǎn)和效果通過(guò)下面的對(duì)實(shí)施例的詳細(xì)描述將變得更為明顯。
附圖中
圖1至圖3示出了傳統(tǒng)的高頻功率變壓器的三種結(jié)構(gòu)的示意圖；圖4是用于解釋本發(fā)明的高頻功率變壓器的結(jié)構(gòu)和制作方法的立體分解示意圖；圖5和圖6示出了高頻功率變壓器的原邊繞組和副邊繞組迭合成一體化繞組后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7示出了高頻功率變壓器的一體化原副邊繞組在骨架上繞制3圈后形成一個(gè)原邊9匝，副邊3匝的匝數(shù)比為3的變壓器繞組布置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8示出了圖5所示繞組結(jié)構(gòu)的引出線(xiàn)的連接方式示意圖。
本發(fā)明的主要特征是，副邊繞組和原邊繞組都可以采用銅箔來(lái)制作。如圖4所示，本實(shí)施例的高頻功率變壓器的副邊繞組401采用單段銅箔，而原邊繞組402采用多段銅箔。在本實(shí)施例中，原邊繞組402采用了三段銅箔。顯然，應(yīng)當(dāng)理解，這里的所述的多段并不僅限于3段。原邊繞組402的段數(shù)可以根據(jù)所需要的變壓器的電壓傳輸比確定。例如，如果變壓器的電壓傳輸比為3∶1，由可以采用如本實(shí)施例的3段銅箔構(gòu)成的原邊繞組。
原邊繞組402和副邊繞組401之間的結(jié)構(gòu)如圖5和圖6所示，三段原邊繞組銅箔402A、402B和402C平等地排列，較佳地，這三段銅箔402A-402C等間隔地平行排列。如圖6所示，原邊繞組402與副邊繞組401之間設(shè)置有一層絕緣層403，以確保原邊繞組402與副邊繞組401之間可靠地絕緣。如圖5所示，原邊繞組402的每段銅箔的兩端都設(shè)置有引出線(xiàn)402W。同樣，在副邊繞組401的銅箔的兩端也設(shè)置有引出線(xiàn)。如圖4所示，把制成一體的原副邊繞組繞制到骨架404上后，把原邊繞組402的多段銅箔的引出線(xiàn)402W和副邊繞組401的引出線(xiàn)401W連接到骨架404的接腳404F上，作為輸出端。同時(shí)，把原邊繞組402的各段銅箔的兩端引出線(xiàn)402W之間進(jìn)行連接，使這些銅箔段之間串接在一起。原邊繞組402的各段銅箔的兩端引出線(xiàn)402W之間的連接也可以不通過(guò)骨架的接腳來(lái)連接，而在骨架上直接連接。
在上面實(shí)施例中所述的連接方式，詳細(xì)地，對(duì)于圖5的繞組結(jié)構(gòu)，其引出線(xiàn)的連接方式如圖8示。副邊銅箔的兩端500A和500B成為變壓器副邊繞組的兩個(gè)引出端。設(shè)原邊繞組的第一段銅箔A的一個(gè)引出線(xiàn)為501A，另一個(gè)引出線(xiàn)為501B，第二段銅箔B的一個(gè)引出線(xiàn)為502A，另一個(gè)引出線(xiàn)為502B，第三段銅箔C的一個(gè)引出線(xiàn)為503A，另一個(gè)引出線(xiàn)為503B。501A，502A和503A為同名端。則將501B與502A連接，502B與503A連接。501A和503B成為變壓器原邊繞組的最終兩個(gè)引出端。
本發(fā)明的高頻功率變壓器的原邊繞組402和副邊繞組401的銅箔的寬度和厚度可以這樣確定根據(jù)實(shí)際電源裝置開(kāi)關(guān)器件的工作頻率和變壓器所要通過(guò)的電流有效值(即高頻功率變壓器的工作頻率和工作電流確定)，依據(jù)常規(guī)的設(shè)計(jì)原理和實(shí)驗(yàn)手段來(lái)確定。
制作圖4所示的本發(fā)明的具有全交錯(cuò)結(jié)構(gòu)的高頻功率變壓器的方法如下將一層絕緣層403、一層副邊銅箔401、一層絕緣層403和一層原邊銅箔402依次迭合在一起，形成原副邊繞組一體的繞組；副邊銅箔為單段結(jié)構(gòu)，形成副邊繞組，所述原邊銅箔為多段結(jié)構(gòu)，多段銅箔之間平行排列，形成原邊繞組；將在上面的步驟中制成的原副邊繞組一體的繞組繞制到骨架404上；原邊繞組銅箔的引出線(xiàn)通過(guò)適當(dāng)連接，例如可以通過(guò)骨架的接腳連接或在骨架內(nèi)直接連接，使得原邊繞組的各匝成串聯(lián)連接；將原邊繞組和副邊繞組的最終引出端連接到骨架的接腳404F上。
在上面的實(shí)施例中，原副邊一體的繞組可以在骨架上繞制一層，也可以繞制多層，繞制的層數(shù)可以根據(jù)需要來(lái)確定。在圖7中示出了繞制二層的結(jié)構(gòu)示意圖。當(dāng)然，為清楚和簡(jiǎn)便起見(jiàn)，在圖7中未示出絕緣層，但應(yīng)當(dāng)理解，在原邊繞組與副邊繞組之間都設(shè)置了絕緣層。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，可以用有兩層或多層導(dǎo)電層的帶狀柔性印刷電路板(MFB)來(lái)替換上述的銅箔和絕緣層，作為原邊繞組和副邊繞組。帶狀柔性印刷電路板中的一層導(dǎo)電層為單段導(dǎo)電層，作為副邊繞組，相鄰的另一層為多段導(dǎo)電層，作為原邊繞組。因此，這種結(jié)構(gòu)的帶狀柔性印刷電路板就成為了上述的一體化的原副邊繞組。隨后的繞制方法則與上述相同。
由于本發(fā)明的高頻功率變壓器的原副邊繞組是預(yù)先制作和一體繞制的，其副邊繞組的銅箔是一個(gè)整體，不需要被割分成很多份。原邊繞組的銅箔被分割成多段，但每一段自身是一個(gè)整體，僅僅多段之間需要連接，因此它們的連接處是比較少的。而且，由于原邊繞組的匝數(shù)多，流過(guò)的電流小，因此比較在原邊繞組的銅箔間連接與在副邊繞組的銅箔間連接，在原邊繞組上的連接明顯的降低了工藝上的難度。
上面詳細(xì)描述了本發(fā)明的具體實(shí)施例。但應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的實(shí)施方式并不僅限于這些實(shí)施例，這些實(shí)施例的描述僅用于幫助理解本發(fā)明的精神。在本發(fā)明所揭示的精神下，對(duì)本發(fā)明所作的各種變化例，都應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明的專(zhuān)利保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)由所附的權(quán)利要求書(shū)來(lái)限定。
權(quán)利要求
1.一種具有原副邊繞組全交錯(cuò)結(jié)構(gòu)的高頻功率變壓器包括原邊繞組、副邊繞組和骨架，其特征在于，所述原邊繞組為由多段銅箔平行排列構(gòu)成，在所述原邊繞組的每段銅箔的兩段設(shè)置有引出線(xiàn)；所述副邊繞組為單段銅箔，所述原邊繞組和所述副邊繞組相迭后，繞制到所述骨架上，所述原邊繞組與所述副邊繞組之間設(shè)置有絕緣層，所述原邊繞組銅箔的引出線(xiàn)相連接使原邊繞組的各段銅箔串聯(lián)，所述原邊繞組和所述副邊繞組的最終引出線(xiàn)連接到所述骨架的接腳上。
2.如權(quán)利要求1所述的高頻功率變壓器，其特征在于，所述原邊繞組的段數(shù)根據(jù)所需要的變壓器的電壓傳輸比確定。
3.如權(quán)利要求1或2所述的高頻功率變壓器，其特征在于，所述原邊繞組的多段銅箔等間隔地平行排列。
4.如權(quán)利要求1所述的高頻功率變壓器，其特征在于，所述原邊繞組與所述副邊繞組的銅箔的寬度和厚度根據(jù)所述高頻功率變壓器的工作頻率和工作電流確定。
5.如權(quán)利要求1所述的高頻功率變壓器，其特征在于，所述原邊繞組和所述副邊繞組采用具有兩層或多層導(dǎo)電層的帶狀柔性印刷電路板。
6.如權(quán)利要求1所述的高頻功率變壓器，其特征在于，所述原邊繞組銅箔的引出線(xiàn)通過(guò)骨架的接腳連接使得原邊繞組的各匝成串聯(lián)連接。
7.如權(quán)利要求1所述的高頻功率變壓器，其特征在于，所述原邊繞組銅箔的引出線(xiàn)通過(guò)在骨架內(nèi)直接連接使得原邊繞組的各匝成串聯(lián)連接。
8.一種制作如權(quán)利要求1至7所述的具有全交錯(cuò)結(jié)構(gòu)的高頻功率變壓器的方法，包含如下制作步驟將一層絕緣層、一層副邊銅箔、一層絕緣層和一層原邊銅箔依次迭合在一起，形成原副邊繞組一體的繞組；所述副邊銅箔為單段結(jié)構(gòu)，形成副邊繞組，所述原邊銅箔為多段結(jié)構(gòu)，多段銅箔之間平行排列，形成原邊繞組；將在上面的步驟中制成的所述原副邊繞組一體的繞組繞制到骨架上；所述原邊繞組各段銅箔的兩端引出線(xiàn)相連接，使原邊繞組的各段銅箔成串聯(lián)；將所述原邊繞組和所述副邊繞組的最終引出線(xiàn)連接到所述骨架的接腳上。
9.如權(quán)利要求8所述的高頻功率變壓器的制作方法，其特征在于，所述原邊繞組的段數(shù)根據(jù)所需要的變壓器的電壓傳輸比確定。
10.如權(quán)利要求8或9所述的高頻功率變壓器的制作方法，其特征在于，所述原邊繞組的多段銅箔等間隔地平行排列。
11.如權(quán)利要求8所述的高頻功率變壓器的制作方法，其特征在于，所述原邊繞組與所述副邊繞組的銅箔的寬度和厚度根據(jù)所述高頻功率變壓器的工作頻率和工作電流確定。
12.如權(quán)利要求8所述的高頻功率變壓器的制作方法，其特征在于，所述原邊繞組和所述副邊繞組采用具有兩層或多層導(dǎo)電層的帶狀柔性印刷電路板。
13.如權(quán)利要求8所述的高頻功率變壓器的制作方法，其特征在于，所述原邊繞組各段銅箔的引出線(xiàn)通過(guò)骨架的接腳連接使得原邊繞組的各匝成串聯(lián)連接。
14.如權(quán)利要求8所述的高頻功率變壓器的制作方法，其特征在于，所述原邊繞組各段銅箔的引出線(xiàn)通過(guò)在骨架內(nèi)直接連接使得原邊繞組的各匝成串聯(lián)連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有原副邊繞組全交錯(cuò)結(jié)構(gòu)的高頻功率變壓器。傳統(tǒng)的原副邊繞組交錯(cuò)的高頻功率變壓器存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制作困難的缺點(diǎn)。本發(fā)明提供的高頻功率變壓器包括原邊繞組、副邊繞組和骨架。原邊繞組為由多段銅箔平行排列構(gòu)成,在原邊繞組的每段銅箔的兩段設(shè)置有引出線(xiàn);副邊繞組為單段銅箔,原邊繞組和副邊繞組相迭后,繞制到骨架上。原邊繞組與副邊繞組之間設(shè)置有絕緣層。原邊繞組各段銅箔的兩端引出線(xiàn)通過(guò)適當(dāng)連接使得原邊繞組的各段銅箔成串聯(lián)連接。本發(fā)明還提供了制作上述高頻功率變壓器的方法。
文檔編號(hào)H01F41/04GK1372278SQ0111098
公開(kāi)日2002年10月2日 申請(qǐng)日期2001年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月28日
發(fā)明者陳為, 馮江濤, 胡躍全 申請(qǐng)人:臺(tái)達(dá)電子工業(yè)股份有限公司