[發明專利]變壓器及其制造方法

無效

• 申請號: 200710167446.3
• 申請日: 2007-10-25
• 公開（公告）號: CN101419860A
• 公開（公告）日: 2009-04-29
• 發明（設計）人: 蔡明和;蔡崇立;黃煜斌
• 申請（專利權）人: 中茂電子（深圳）有限公司
• 主分類號: H01F27/28
• 分類號: H01F27/28;H01F27/32
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司
• 代理人: 任默聞

技術領域

本發明關于一種變壓器，特別是關于一種可對高頻電源升壓的變壓器。

背景技術

變壓器具有電壓、電流或阻抗轉換的功能，廣泛地應用于配電系統及各式電器產品。請參照圖1，其為現有變壓器裝置的示意圖。變壓器1利用電能與磁能轉換感應的原理，將一初級側繞線11及一次級側繞線12兩組線圈分別旋繞在共同的鐵芯10上。

其中，初級側繞線11連接至一電源端31，次級側繞線12連接至一負載端32，并通過初級側繞線11與次級側繞線12所旋繞匝數的比例來調整輸出至負載端32的電壓與電流。

理論上，當變壓器的轉換效率為100％時，初級側繞線11的輸入功率與次級側繞線12的輸出功率相同，但實際上由于激磁所產生的磁力線不可能全部被局限在鐵芯10中，再加上其他損耗，轉換效率必定有所損失。

一般來說，變壓器1運作時所產生的損失要項有鐵損、銅損及絕緣泄漏損失，而目前的工業技術能力已可將上述損失控制在合理的范圍內。

但是，當頻率超過音頻(約20KHz)，且要將電壓升高到2000V以上時，轉換損失會顯著的增加。其中，鐵損及銅損只是部分原因，主要的原因則是分布電容量與雜散電容量的增加。

關于電容量對功率損失的影響，可依照下列算式來估算：

電容抗的計算式：Xc＝1/2π×F×C

電容量以1PF、頻率為100Khz代入，可得電容抗：

1/2×3.14×100EXP³×1EXP^-12＝1.59MΩ

當電壓值為8000V時，損失功率為：

8000V²÷1.59MΩ＝40VA

由上述計算得知，即使只有1PF電容量，當頻率為100Khz時，即會產生1.59MΩ的容抗，此容抗值在電壓值1000V時，所損失的功率尚不顯著，但在電壓值達到8000V時，損失功率可達40VA。

然而，變壓器為傳統繞線方式時，其分布電容量遠大于1PF，因此將造成極大的功率損失，而使得驅動電路或變壓器本身無法承受。

請參照圖2A，其為現有變壓器1的次級側繞線12工法示意圖。圖中顯示了次級側繞線12以傳統的“往返重迭繞法”旋繞于鐵芯10的外部，其中，鐵芯10外部通常會先套設一繞線架13，然后再將次級側繞線12(如：銅線)旋繞于繞線架13上，且繞滿一層后再繞第二層，如此往返地旋繞，直到繞滿所設計的匝數(圈數)。

上述的繞線工法，在層與層之間所形成的分布電容是以并聯的方式一層層地向外累積，因此當變壓器處于高頻的工作頻率時，泄漏損失會隨著電壓升高而逐漸增加。

在一測試實驗中，在電源端施加預期的電壓值，當頻率在20Khz時，消耗功率約60VA。而當頻率升高至100Khz時，消耗功率達到300VA，而造成驅動電路無法負荷，保護電路立刻動作。

請參照圖2B，其為現有變壓器的另一種次級側繞線工法示意圖。圖中顯示了次級側繞線12以傳統的“多溝槽繞法”旋繞于鐵芯10的外部。其中，鐵芯10外部通常會先套設一繞線架13，且繞線架13上具有復數個突出部131以區隔出復數個溝槽。然后，再將次級側繞線12(如：銅線)旋繞于所述的溝槽內，直到繞滿所設計的匝數(圈數)。

同樣地，將上述的變壓器進行相同條件的測試實驗，在電源端施加預期的電壓值，當頻率在20Khz時，消耗功率約60VA。而當頻率升高至100Khz時，消耗功率約為180VA。雖然消耗功率較前一實施例小，但次級側繞線12的較高電壓端附近發生電暈放電(Corona)現象，而造成急速的溫升現象(約5分鐘內即超過80℃)。這樣的溫升現象，容易造成變壓裝置過熱而損壞。

因此，通過上述的實驗可以得知，高頻率的升壓裝置若要順利運作，必須克服繞線的分布電容量及介質放電的問題。

近年來，大尺寸液晶顯示器內背光裝置所使用的外部電極熒光燈(EEFL)、冷陰極燈管(CCFL)、整面型背光源(FFL)或電漿產生器...等，其工作頻率皆大于20Khz，皆必須使用高頻的變壓器來驅動。因此，如何降低變壓器在高頻時的功率損失，實為當前技術所必須解決的問題。

發明內容

本發明的一目的在于有效降低變壓器的繞線的雜散電容量、層間分布電容量及對地電容量。當工作頻率處于較高工作頻率時，變壓器的功率損失不會隨著電壓升高而顯著增加。

本發明的另一目的在于通過本發明的繞組結構，使得變壓器在高頻升壓的情況下，驅動電路與變壓器不會產生顯著的溫升。