[發明專利]變壓器以及開關電源裝置

有效

• 申請號: 201010146546.X
• 申請日: 2010-03-16
• 公開（公告）號: CN101840769A
• 公開（公告）日: 2010-09-22
• 發明（設計）人: 中堀涉
• 申請（專利權）人: TDK株式會社
• 主分類號: H01F27/24
• 分類號: H01F27/24;H01F27/30;H01F27/28;H02M3/24
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 臧霽晨;李家麟

技術領域

本發明涉及具有磁芯和導電構件的變壓器以及具備這樣的變壓器的開關電源裝置。

背景技術

向來，作為開關電源裝置就有各種DC-DC變換器被提出供實用。其多數是利用連接于電力變換變壓器(變壓元件)的初級側繞組的開關電路(逆變器電路)的開關轉換動作將直流輸入電壓加以開關轉換，在電力變換變壓器(變壓器)的次級側繞組取出開關轉換輸出(逆變器輸出)的方式。伴隨開關電路的開關轉換動作，次級側繞組上出現的電壓經過整流電路整流后，由平滑電路(即濾波電路)變換為直流后輸出。

這種開關電源裝置中，上述變壓器的磁芯采用例如E型芯(EE芯、EI芯等)或U型芯(UU芯、UI芯等；例如參照專利文獻1)等。其中，E型芯的情況下，導體通過中央腳與兩外腳之間卷繞繞組以包圍中央，與此相對，在U型芯的情況下，導體通過兩腳以及腳的內側卷繞繞組。因此U型芯兩腳的腳間隔大約為E型芯的中央腳與兩個外腳之間的腳間隔的大約2倍。

專利文獻1：日本特開2008-253113號公報

在這里，磁芯采用上述專利文獻1那樣的U型芯的變壓器，與采用E型芯的情況相比，能夠擴大次級側繞組的散熱路徑，因此能夠降低繞組的溫度。因而可以不使多個逆變器電路和變壓器等并聯運行就能夠作為開關電源裝置全體處理大電流。

但是在使用這樣的U型芯的情況下，與使用E型芯的情況相比，上部芯和下部芯的厚度大，難于謀求降低芯部的高度。這是因為在U型芯的情況下，磁通容易集中于內側尺寸的部分，因此在使芯的寬度與E型芯相等的情況下，為了降低磁通密度，有必要加大芯的厚度。

又，在U型芯的情況下，如上所述有必要將腳的間隔做得大，因此在作為熱沉構件的基板方向上散熱路徑受到限制的情況下，從上部芯的中央部到致冷劑的散熱路徑的熱阻有變高的傾向。因此上部芯的中央部的溫度容易偏高。在這里，一旦芯部溫度達到高溫，飽和磁通密度變小，達到磁飽和，造成開關元件破壞，或促進材料劣化，特別是在絕緣變壓器的情況下，絕緣材料劣化以至于絕緣破壞，因此事關產品的壽命和產品的安全。從而，為了降低芯損同時降低熱阻，有必要進一步加大芯的尺寸，減小磁通密度和熱阻。這關系到裝置的大型化和成本的增加。

這樣做，在使用已有的E型芯和U型芯的變壓器的情況下，降低其高度(小型化)與擴大散熱路徑難于同時實現，因此謀求提高可靠性同時謀求降低成本也是困難的，還需要改善。

發明內容

本發明是鑒于上述存在問題而作出的，其目的在于，提供能夠提高可靠性同時謀求降低成本的變壓器以及開關電源裝置。

本發明的第1變壓器，具備：具有相互相對的兩個基體部和在這兩個基體部的對向面內相互交叉的兩條直線上逐對配置，將兩個基體部相互連結的4個腳部的磁芯、具有各腳部個別貫通的4個貫通孔，構成卷繞所述腳部的第1繞組的第1導電構件、以及具有各腳部個別貫通的4個貫通孔，構成卷繞所述腳部的第2繞組的第2導電構件。又卷繞第1繞組和第2繞組，利用流過所述第1或第2繞組的電流在所述4個腳部以及兩個基體部的內部形成磁路，4個腳部中，一條對角線上的兩個腳部的各內部發生的磁通都向著第1方向，同時另一條對角線上的兩個腳部的各內部發生的磁通的方向都向著與所述第1方向相反的第2方向。

本發明的第1開關電源裝置，是對從輸入端子對輸入的輸入電壓進行變壓，生成輸出電壓，從輸出端子對輸出的開關電源裝置，具備：在所述輸入端子對側配置的開關電路、在所述輸出端子對側配置的整流電路、以及配置于所述開關電路與整流電路之間的上述本發明的第1變壓器。在這里，上述第1繞組配置于上述開關電路側，上述第2繞組配置于上述整流電路側。在該開關電源裝置中，從輸入端子對輸入的輸入電壓在開關電路中被開關轉換(switching)，生成交流電壓。然后該交流電壓用變壓器變壓，變壓后的交流電壓利用整流電路整流，以此從輸出端子輸出輸出電壓。

在本發明的第1變壓器和第1開關電源裝置中，卷繞第1和第2繞組，使得4個腳部中，一條對角線上的兩個腳部的各內部發生的磁通都向著第1方向，同時另一條對角線上的兩個腳部的各內部發生的磁通的方向都向著與所述第1方向相反的第2方向。借助于此，在4個腳部以及兩個基體部的內部形成分別單方向(即一個方向)通過4個腳部中相鄰的兩個腳部以及兩個基體部的4個磁路。從而，與U型芯的情況相比，通過使磁路分散，降低了磁芯的磁通密度，因此降低了芯損。而且與E型芯的情況相比，散熱途徑擴大了，因此磁芯本身的冷卻同時還有第1和第2繞組的冷卻變得容易了。