[發(fā)明專利]易于制造的高功率變壓器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910163916.8
• 申請日: 2009-05-31
• 公開（公告）號: CN101651024A
• 公開（公告）日: 2010-02-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 阿圖羅·西爾瓦;尼爾·蓋爾
• 申請（專利權(quán)）人: 弗萊克斯電子有限責(zé)任公司
• 主分類號: H01F27/30
• 分類號: H01F27/30;H01F27/26;H01F27/28;H01F27/24;H01F27/40;H01F27/32
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所
• 代理人: 王 冉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種變壓器，具體地說，涉及一種易于制造的高功率變壓 器。

背景技術(shù)

通常，磁性部件以設(shè)計成能達(dá)到預(yù)期的電性能的方式將磁性材料用于 形成和引導(dǎo)磁場。磁性部件易于用于各種電子設(shè)備中，例如電腦、電視、 電話等。在操作中，磁場可以作為存儲、轉(zhuǎn)換和釋放電磁能量的媒介。變 壓器是磁性部件的一個具體例子，并且一般包括纏繞在線圈架上的兩個或 多個導(dǎo)體繞組(例如銅線)，其中線圈架具有貫穿其中的磁鐵芯。該線圈 架通常由模制塑料或其他適合的介電材料制成。導(dǎo)體以預(yù)定匝數(shù)和預(yù)定的 結(jié)構(gòu)纏繞線圈架來達(dá)到特定的電性能。例如，繞組的數(shù)目(例如初級繞組 和次級繞組)和每個繞組中導(dǎo)體的匝數(shù)是變壓器實現(xiàn)其預(yù)定功能的基礎(chǔ)。

為了在變壓器中形成磁場，將具有高磁導(dǎo)率的鐵芯組件置于線圈架 中。通常將鐵芯組件做成兩部分，每部分具有可置于線圈架相對的兩端的 E型橫截面。然后用多種物理方法將變壓器結(jié)合在一塊，例如彈簧夾、帶 或黏合劑。當(dāng)然，還可以在不同的應(yīng)用中使用不同的結(jié)構(gòu)。

通常，變壓器的操作原理是流過與次級繞組導(dǎo)體分開的初級繞組導(dǎo)體 的電流變化在鐵芯中產(chǎn)生磁通量，因而引起次級繞組導(dǎo)體中電流的變化。 在這兩個繞組導(dǎo)體中的電流比通常與每個導(dǎo)體的相對匝數(shù)有關(guān)。這會反過 來產(chǎn)生電壓，該電壓是磁通量的變化與匝數(shù)的乘積。

將變壓器用于多個領(lǐng)域中，包括用來給諸如手機、電腦之類的電子設(shè) 備供電的功率轉(zhuǎn)換器(或者功率適配器)。其中一種功率轉(zhuǎn)換器是開關(guān)模 式電源(SMPS)。SMPS包括電源單元和該單元中調(diào)節(jié)電流的電路。該調(diào) 節(jié)電路可以控制電流因而能夠?qū)㈦娐贩€(wěn)定至設(shè)定的電壓，將該電壓然后被 傳送至電子設(shè)備中。由于重量、經(jīng)濟(jì)和便利的因素，SMPS是需要穩(wěn)定的 電流和電壓的大多數(shù)消費電子產(chǎn)品選擇的裝置。然而，必須將它們仔細(xì)設(shè) 計成以在提供具有可接受的效率和最小的噪音的電能。

為滿足這些要求，功率轉(zhuǎn)換器可以包括一級或多級，該級包括一個或 多個磁性部件，這些磁性部件包括濾波器、變壓器、電感器等。將許多功 率轉(zhuǎn)換器設(shè)計成能提供多個電壓輸出。一個典型例子是臺式ATX電腦的電 源，它產(chǎn)生12V、5V、3.3V以及其它的電源。12V、5V和3.3V電源所有 都要求嚴(yán)格的電壓調(diào)節(jié)并且必須產(chǎn)生大的輸出電流。為了使單一的變壓器 產(chǎn)生所有預(yù)期的輸出電壓，在初級繞組和次級繞組之間的變壓器匝數(shù)比必 須和輸入電壓與輸出電壓加上輸出階段的調(diào)整電壓降之比相匹配。為了使 變壓器的次級匝數(shù)最小，經(jīng)常由于應(yīng)用了數(shù)量較小的整數(shù)匝數(shù)比而將一些 誤差引入到輸出電壓。

會認(rèn)識到，由于各種原因需要使用相對少的次級繞組。例如，由于電 壓從初級繞組至次級繞組逐級降低(例如，從120V降到3.3V)，匝數(shù)比可 能非常大，這要求初級繞組的匝數(shù)相對于次級繞組具有大量的匝數(shù)。其 次，由于次級繞組通常負(fù)擔(dān)相對大的電流，導(dǎo)致需要使用具有相對大的橫 截面的繞組，這將使繞組所需的空間增加。通過使用相對少的匝數(shù)，將減 少次級繞組和初級繞組所需的空間。

一些類型的AC/DC電源包括隔離變壓器，它能夠使得高壓母線(例 如250V-400V)逐級降低到一個或多個低電壓、高電流的輸出。在隔離變 壓器中最終產(chǎn)生的大匝數(shù)比要求利用多匝相對小的導(dǎo)線的初級繞組和一般 只包括數(shù)匝(例如小于10-15匝)的較大的高電流的次級繞組。由于較大 電流的需求，次級繞組通常具有相對大的橫截面積。次級繞組的大橫截面 積通常導(dǎo)致變壓器卷繞困難以及還由于集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)導(dǎo)致明顯的高 頻損失。

由于大功率變壓器需要大電流密度，所以可以利用絞合線直接將次級 繞組纏繞在線圈架上。絞合線可以提供導(dǎo)線安裝所需要的靈活性，但是對 于某些應(yīng)用來說成本很高。此外，在多輸出(如，多個次級繞組)的情況 下，使用絞合線需要大量的人工，而且，由于絞合線中絕緣體占的比重較 大，導(dǎo)致在可用的空間中所使用的全部的銅的面積很小。此外，用絞合線 制造變壓器的成本相對會比較高，而且易于出現(xiàn)制造失誤和誤差。