CN106158286B

CN106158286B - 一种带中心抽头的变压器

Info

Publication number: CN106158286B
Application number: CN201510204753.9A
Authority: CN
Inventors: 董娜; 谢毅聪; 周敏
Original assignee: Delta Optoelectronics Inc
Current assignee: Delta Optoelectronics Inc
Priority date: 2015-04-27
Filing date: 2015-04-27
Publication date: 2018-04-10
Anticipated expiration: 2035-04-27
Also published as: CN106158286A; TWI524365B; US9916924B2; US20160314896A1; TW201638979A

Abstract

一种带中心抽头的变压器，包括磁芯和绕组，该绕组包括原边绕组和副边绕组，该原边绕组包括至少一层原边有效导电体，该副边绕组包括至少一层第一副边有效导电体和第二副边有效导电体，该原边有效导电体和第一、第二副边有效导电体的外表面包覆有绝缘层，单层该原边有效导电体的厚度dp和单层该第一或第二副边有效导电体的厚度ds分别为该堆叠方向的该原边和该第一、第二副边有效导电体的高度，该原边有效导电体的总厚度hp与该副边有效导电体的总厚度hs满足：0.65<hp/hs<0.8，其中，hp等于各层该原边有效导电体的厚度dp之和，hs等于各层该第一副边有效导电体和该第二副边有效导电体的厚度ds之和。

Description

一种带中心抽头的变压器

技术领域

本发明涉及一种变压器，特别是一种可实现在同样的窗口面积下的损耗最小化的带中心抽头的变压器。

背景技术

近年来，开关电源的小型化是一个重要的发展趋势，而磁性元件在体积、重量、损耗、成本等方面都占据了开关电源的较大比例。提高开关电源的频率是降低磁性元件体积，提高开关电源功率密度的有效手段，也是目前磁设计的热点。随着频率的升高，磁芯损耗和绕组损耗都会急剧增加，因而对磁性器件的分析和设计已经越来越重要。

带中心抽头的变压器广泛应用于副边采用双半波整流的功率变换器。与无抽头的变压器不同的是，带中心抽头的变压器副边两个线圈的电流是不同时的，即副边的两个线圈是分时工作的，不工作的那个线圈在部分时间内虽没有工作电流，但仍会感应出涡流损耗。由于带抽头的变压器副边电流的特殊性，因而其损耗分析与一般不带抽头的变压器有所不同。

带中心抽头的变压器，现有技术常见的做法是原副边绕组每层的铜皮是同等厚度的，这样虽然方便设计和制造，但对损耗和体积来说，都不是最好的选择。

参见图1A和图1B，图1A为现有的应用于LLC电路的带中心抽头的变压器等效电路图，图1B为现有的应用于PWM电路的带中心抽头的变压器等效电路图。图中虚线框中的就是变压器部分。P是指变压器原边绕组，而S1和S2 分别是指变压器的两个副边绕组，这两个副边绕组不会同时工作。图中的K1， K2(图1A，图1B中均有)，K3和K4(只有图1B中才有)是变压器原边的开关管，D1，D2是副边的开关管，Co，Cs是电容，Ls，Lm是电感，Ro是输出电阻。图2A-2C为现有的应用于LLC电路的带中心抽头的变压器的各绕组的电流波形图，其原边绕组的电流波形在一个周期内是一个类正弦波，其两个副边绕组的电流波形在一个周期内都是半个周期为类正弦波，半个周期为0。图3A-3C 为现有的应用于PWM电路的带中心抽头的变压器的各绕组的电流波形图，其原边绕组的电流波形在一个周期内是一个有正有负的类脉冲波，其两个副边绕组的电流波形在一个周期内都是半个周期为类脉冲波，半个周期为0。可见，无论是LLC电路还是PWM电路，原边绕组P的电流波形在一个周期内都是有正有负的，因而原边绕组P电流FFT的一次谐波分量是占比最大的，其dc分量和高次谐波分量占比很小，可以忽略不计；而两个副边绕组S1和S2的电流是不同时工作的，在一个周期内只有半个周期的电流有值，而另外半个周期电流值为0，因而S1和S2的电流FFT是1次谐波分量和dc分量占比较大，而高次谐波分量占比很小，也可以忽略不计。正是由于带中心抽头的变压器原副边绕组电流的FFT谐波分量的特点，如何合理分配原副边绕组的铜皮厚度，使其区别于现有技术的带中心抽头的变压器，以最大限度的利用有限的窗口面积，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种带中心抽头的变压器，在不改变总铜皮厚度的条件下，实现在同样的窗口面积下的损耗最小化，以达到最低的损耗和最高的体积利用率。

为了实现上述目的，本发明提供了一种带中心抽头的变压器，包括磁芯和绕组，所述绕组包括原边绕组、副边绕组，所述原边绕组包括至少一层原边有效导电体，所述副边绕组包括至少一层第一副边有效导电体和至少一层第二副边有效导电体，所述原边有效导电体和所述第一副边有效导电体、第二副边有效导电体的外表面包覆有绝缘层，所述磁芯围合成一变压器窗口，所述变压器窗口的高度h为所述原边绕组和所述副边绕组的堆叠方向的所述变压器窗口尺寸，单层所述原边有效导电体的厚度dp和单层所述第一副边有效导电体或第二副边有效导电体的厚度ds分别为所述堆叠方向的所述原边和所述第一副边有效导电体、第二副边有效导电体的高度，其中，所述原边有效导电体的总厚度hp与所述副边有效导电体的总厚度hs满足：0.65＜hp/hs＜0.8，其中，所述原边有效导电体的总厚度hp等于各层所述原边有效导电体的厚度dp之和，所述副边的有效导电体的总厚度hs等于各层所述第一副边有效导电体和第二副边有效导电体的厚度ds之和。

上述的带中心抽头的变压器，其中，所述变压器应用于LLC电路，所述原边有效导电体的总厚度hp与所述副边有效导电体的总厚度hs满足： 0.7＜hp/hs＜0.8。

上述的带中心抽头的变压器，其中，所述副边绕组包括第一副边绕组和第二副边绕组，所述绕组以S1PS2为绕组单元，堆叠出3n层结构的绕组，其中， S1为第一副边绕组，P为原边绕组，S2为第二副边绕组，n为自然数，若1.4＜ dp/ds1＜1.6或1.4＜dp/ds2＜1.6，则0.7＜hp/hs＜0.8，其中，dp为每层所述原边有效电导体的厚度，ds1为每层所述第一副边有效电导体的厚度，ds2为每层所述第二副边有效电导体的厚度，且ds1＝ds2，hp＝n×dp，hs＝2×n×ds1 或hs＝2×n×ds2。

上述的带中心抽头的变压器，其中，所述副边绕组包括第一副边绕组和第二副边绕组，所述绕组以S1PPS2或PS1S2P为绕组单元，堆叠出4n层结构的绕组，其中，S1为第一副边绕组，P为原边绕组，S2为第二副边绕组，n为自然数，若0.7＜dp/ds＜0.8，则0.7＜hp/hs＜0.8，其中，dp为每层所述原边有效电导体的厚度，ds1为每层所述第一副边有效电导体的厚度，ds2为每层所述第二副边有效电导体的厚度，且ds1＝ds2，hp＝2×n×dp，hs＝2×n×ds1或 hs＝2×n×ds2。

上述的带中心抽头的变压器，其中，所述变压器应用于PWM电路，所述原边有效导电体的总厚度hp与所述副边有效导电体的总厚度hs满足： 0.65＜hp/hs＜0.75。

上述的带中心抽头的变压器，其中，所述副边绕组包括第一副边绕组和第二副边绕组，所述绕组以S1PS2为绕组单元，堆叠出3n层结构的绕组，其中， S1为第一副边绕组，P为原边绕组，S2为第二副边绕组，n为自然数，若1.3＜ dp/ds1＜1.5或1.3＜dp/ds2＜1.5，则0.65＜hp/hs＜0.75，其中，dp为每层所述原边有效电导体的厚度，ds1为每层所述第一副边有效电导体的厚度，ds2 为每层所述第二副边有效电导体的厚度，且ds1＝ds2，hp＝n×dp，hs＝2×n× ds1或hs＝2×n×ds2。

上述的带中心抽头的变压器，其中，所述副边绕组包括第一副边绕组和第二副边绕组，所述绕组以S1PPS2或PS1S2P为绕组单元，堆叠出4n层结构的绕组，其中，S1为第一副边绕组，P为原边绕组，S2为第二副边绕组，n为自然数，若0.65＜dp/ds＜0.75，则0.65＜hp/hs＜0.75，其中，dp为每层所述原边有效导电体的厚度，ds1为每层所述第一副边有效导电体的厚度，ds2为每层所述第二副边有效导电体的厚度，且ds1＝ds2，hp＝2×n×dp，hs＝2×n×ds1 或hs＝2×n×ds2。

上述的带中心抽头的变压器，其中，所述绕组包括绕组单元，所述绕组单元包括顺序排列的所述原边绕组和所述副边绕组。

上述的带中心抽头的变压器，其中，至少一层所述原边有效导电体包括2 个以上导体，所述原边有效导电体的外表面包覆有所述绝缘层。

上述的带中心抽头的变压器，其中，至少一层所述第一副边有效导电体或所述第二副边有效导电体包括2个以上导体，所述第一副边有效导电体和所述第二副边有效导电体的外表面包覆有所述绝缘层。

上述的带中心抽头的变压器，其中，所述原边有效导电体、所述第一副边有效导电体和第二副边有效导电体至少其中之一的横截面为圆形、椭圆形或矩形。

本发明的技术效果在于：

本发明根据带中心抽头的变压器的各绕组(亦即，原边绕组，第一副边绕组和第二副边绕组)电流波形的FFT值，考虑高频趋肤效应和邻近效应造成的损耗，确定带中心抽头的变压器的原副边绕组的有效导电体厚度的最佳比例范围，以实现在同样的窗口面积小的损耗最小化。在不同的工况中，本发明所采用的原副边绕组的有效导电体厚度成一定比例的结构设计，与现有技术中所采用的原副边绕组的有效导电体厚度相等的结构设计相比，绕组损耗会减少 5％-12％左右。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1A为现有技术的带中心抽头的LLC变压器等效电路图；

图1B为现有技术的带中心抽头的PWM变压器等效电路图；

图2A-2C为现有技术带中心抽头的LLC变压器的各线圈的电流波形图；

图3A-3C为现有技术带中心抽头的PWM变压器的各线圈的电流波形图；

图4是实施例一中平面变压器的窗口高度和有效导电体厚度示意图；

图5是实施例一中垂直变压器的窗口高度和有效导电体厚度示意图；

图6是实施例二中以SPS为基本单元的绕组结构示意图；

图7A是实施例三中以SPPS为基本单元的绕组结构示意图；

图7B是实施例三中以PSSP为基本单元的绕组结构示意图；

图8是实施例四中绕组示意图；

图9是实施例五绕组示意图；

图10是以SPS为基本单元绕组共有6层铜皮的变压器示意图。

其中，附图标记

1 导体

11 第一副边绕组

12 第二副边绕组

2 原边绕组

3 绝缘层

4 窗口

5 磁芯

7 气隙

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

本发明根据带中心抽头的变压器的各绕组电流波形的FFT值，考虑高频趋肤效应和邻近效应造成的损耗，确定带中心抽头的变压器的原副边绕组的有效导电体厚度的最佳比例范围，以实现在同样的窗口面积下的损耗最小化。现有技术常常选择原副边绕组的有效导电体厚度相等的设计，这种选择虽然方便，但损耗偏高。在不同的工况中，本发明所确定的原副边绕组的有效导电体厚度的比例，与原副边绕组的有效导电体等厚的设计相比，绕组损耗会减少5％-12％左右。

参见图4及图5，图4是实施例一中平面变压器的窗口高度和有效导电体厚度示意图，图5是实施例一中垂直变压器的窗口高度和有效导电体厚度示意图。本发明的带中心抽头的变压器，包括磁芯5和绕组，所述绕组包括原边绕组和副边绕组，原边绕组包括至少一层原边有效导电体，副边绕组包括至少一＝层第一副边有效导电体和至少一层第二副边有效导电体，原边有效导电体和第一副边有效导电体、第二副边有效导电体的外表面包覆有绝缘层，其中，原边有效导电体、第一副边有效导电体和第二副边有效导电体为铜、银、铝等导电、导磁金属，绝缘层由绝缘材料制成，起到绝缘、耐压和安规等作用。磁芯5 围合成一变压器窗口4，且具有一气隙7，变压器窗口4的高度h为原边绕组和副边绕组的堆叠方向的变压器窗口4尺寸，单层原边有效导电体的厚度dp、单层第一副边有效导电体或第二副边有效导电体的厚度ds分别为堆叠方向的原边有效导电体、第一副边有效导电体、第二副边有效导电体的高度，原边有效导电体的总厚度hp与副边有效导电体的总厚度hs满足：0.65＜hp/hs＜0.8，其中，原边有效导电体的总厚度hp等于各层原边有效导电体的厚度dp之和，副边有效导电体的总厚度hs等于各层第一副边有效导电体和第二副边有效导电体的厚度ds之和。因该变压器其他部分的组成、结构、相互位置关系、连接关系及工作原理等均为较成熟的现有技术，故在此不作赘述，下面以具体实施例对本发明的原、副边结构予以详细说明。

实施例一

参见图4及图5，其分别定义了平面变压器和垂直变压器的原副边有效导电体1厚度的概念。图4和图5中的有效导电体1是指绕组中真正流过电流的部分，称之为绕组的有效导电体，常见的有效导电体有铜、银、铝等金属。绝缘层3是不导电的部分，其包覆于有效导电体的外表面，它不会有电流通过，常常起到绝缘、耐压和安规等作用。窗口4的高度是变压器原副边绕组堆叠方向的窗口4的尺寸，如图4和5中的h分别是其变压器窗口4的高度，定义有效导电体的厚度是在原副边绕组堆叠的方向上的有效导电体的高度尺寸，如图 4和5中的d就分别是其变压器中单层有效导电体的厚度。

对于带中心抽头的变压器，定义窗口4内原边有效导电体的总厚度是hp，第一副边有效导电体和第二副边有效导电体总共的有效导电体的厚度是hs，当满足0.65＜hp/hs＜0.8时，变压器绕组的损耗位于一个较小的范围内。

在带中心抽头的理想变压器中，原边绕组电流的一次谐波分量(记为Ip1，有效值)占据最大部分，而直流量和高次谐波分量的占比很小，可以忽略不计；而副边绕组电流的一次谐波分量(记为Is1，有效值)和直流分量(记为I_sdc) 占比最大，高次谐波的分量占比很小，也可以忽略不计。因而带中心抽头的理想变压器的绕组损耗可以分为原副边一次谐波的损耗和副边直流量的损耗，其中原副边1次谐波的损耗是占最大比例的。另外，在带中心抽头的理想变压器中，原副边1次谐波的总电流是平衡的，即原边绕组总的1次谐波电流加上两个副边绕组总的1次谐波电流等于0，即Ip1+Is1＝0，Ip1和Is1方向相反。众所周知，绕组通以直流电I_dc时，仅有直流损耗，其计算公式如下：

其中R_dc为直流电阻，ρ为绕组的电阻率，l_e为绕组的长度，d为绕组有效导电体的厚度，w为绕组有效导电体的宽度。由此，可以看出在其他条件一定的情况下，有效导电体越厚，直流损耗越小。若绕组通以高频交流电I_HF，趋肤效应、邻近效应和气隙7效应等高频才有的现象会使得绕组的电阻变大，情况就变得很复杂。为简单起见，类比直流损耗，一般高频绕组损耗可以写成

Loss_HF＝I_HF ²×R_dc×K_ac (2)

其中K_ac是AC系数，表征高频电阻和直流电阻之间的比例。一般来说，有效导电体越厚，直流损耗越小，K_ac会越大，但总的说来高频绕组损耗随着有效导电体厚度的增大，还是呈减小的趋势。若选择合适的结构，理想变压器的 K_ac会比较小，大约会在1.1-2.0这个范围内。此时，考虑原副边绕组电流的一次谐波和副边绕组电流的直流量，变压器的总损耗为

Loss＝I_p1 ²×R_p×K_p+I_s1 ²×R_s×K_s+I_sdc ²×R_s (3)

其中，Rp和Rs分别是原副边绕组的直流电阻，而K_p和K_s分别是原副边绕组的交流系数(AC系数)。根据不同工况，副边绕组电流的直流量(dc量) 和1次谐波电流量的比值T也不同，通常，这个比值一般在0.5-0.9左右，又因为有

I_p1＝-I_s1 (4)

则，

Loss＝I_s1 ²×R_p×K_p+I_s1 ²×R_s×K_s+I_s1 ²×T²×R_s (5)

在总有效导电体厚度一定的条件下，要使得绕组总体损耗Loss比较小，应该让原副边的绕组损耗大致相当，即

R_p×K_p＝R_s×K_s+T²×R_s (6)

若取K_p＝K_s＝1.5，当T＝0.5时，应该有则相应的原副边有效导电体厚度之比为同理，若T＝0.9时，应该有这样看来，T越大，也即副边绕组电流的直流量占比越大，则副边有效导电体的厚度的占比会越大些。

上面的推导是假设原副边绕组的AC系数都是1.5，得到的结论是原副边有效导电体的厚度之比应该有0.65＜hp/hs＜0.86。根据前文所说，有效导电体越厚，AC系数会越大，即Kac可能大于也可能小于1.5，另外考虑到原副边有效导电体的厚度会有所不同，原副边绕组的AC系数Kp和Ks应该也不会完全一样。考虑到Kac实际的范围1.1-2.0，再根据大量的仿真和计算数据，结合不同工况下的带中心抽头变压器各绕组的电流波形，最终确定原边有效导电体的总厚度与副边有效导电体的总厚度的比例范围为0.65＜hp/hs＜0.8，总的绕组损耗较小，相比较现有技术中的铜皮厚度的取值即原边有效导电体的总厚度与副边有效导电体的总厚度相同的状况下，损耗大约可以降5％-12％左右。尤其，当电路的工作频率在500k至2MHz之间，效果尤为明显。

其中，对于应用于谐振电路的带中心抽头变压器，例如应用于LLC电路的带中心抽头的变压器，应该有0.7＜hp/hs＜0.8。带中心抽头的变压器，副边绕组电流的dc量和1次谐波电流量的比值大约在0.6左右，根据不同的工况，这个比值会略有不同。

而对于应用于PWM电路的带中心抽头的变压器，应该有0.65＜hp/hs＜0.75。带中心抽头的变压器，副边绕组电流的dc量和1次谐波电流量的比值大约在 0.9左右，根据不同的工况，这个比值会略有不同。与应用于LLC电路的带中间抽头的变压器相比，应用于PWM电路的带中心抽头的变压器的副边绕组电流的dc量占比更大些，因而应用于PWM电路的带中心抽头的变压器的副边有效导电体的厚度占比要比应用于LLC电路的带中心抽头的变压器的副边有效导电体的厚度占比更大些。

实施例二

带中心抽头的变压器经常以S1 P S2为绕组的基本单元，来堆叠出具有3n 层有效导电体的变压器，其中n为自然数，基本单元中副边绕组S1和S2地位对等，可以互换，即可以以S2 P S1为基本单元进行堆叠。为了使得电路中 S1和S2能够尽可能的对称，若不考虑制作工艺的公差等问题，原则上副边绕组S1和S2有效导电体的厚度应该相等。参见图6，图6所示为一个S1 P S2 的基本单元，其中，所述副边包括第一副边绕组即S1和第二副边绕组即S2，所述绕组以S1PS2为绕组单元，堆叠出3n层结构的绕组，其中，S1为第一副边绕组，P为原边绕组，S2为第二副边绕组，n为自然数，若1.4＜dp/ds1＜1.6 或1.4＜dp/ds2＜1.6，则0.7＜hp/hs＜0.8，其中，dp为所述原边有效导电体2 的厚度，ds1为所述第一副边有效导电体11的厚度，ds2为所述第二副边有效导电体12的厚度，且ds1＝ds2，hp＝n×dp，hs＝2×n×ds1或hs＝2×n×ds2。即若应用于LLC电路的带中心抽头的变压器，在每个基本单元S1 PS2中，有单层的原边有效导电体2的厚度dp和单层的第一副边有效导电体的厚度 ds1(或单层的第二副边有效导电体的厚度ds2)满足1.4＜dp/ds1(ds2)＜1.6，则原边有效导电体2的总厚度hp＝n×dp和副边有效导电体的总厚度hs＝2×n× ds1(ds2)也满足实施例一中0.7＜hp/hs＜0.8。若应用于PWM电路的带中心抽头的变压器，则有1.3＜dp/ds1(ds2)＜1.5，则原边有效导电体2的总厚度hp 和副边有效导电体的总厚度hs也满足实施例一中0.65＜hp/hs＜0.75。于其他实施例中，带中心抽头的变压器以S1 P S2堆叠出3层结构。其中原边有效导电体、第一副边有效导电体和第二副边有效导电体可以均为一层结构。若1.4＜ dp/ds1＜1.6或1.4＜dp/ds2＜1.6，则0.7＜hp/hs＜0.8，其中，dp为所述原边有效导电体2的厚度，ds1为所述第一副边有效导电体11的厚度，ds2为所述第二副边有效导电体12的厚度，且ds1＝ds2，hp＝dp，hs＝2×ds1或hs＝2×ds2。

实施例三

参见图7A、7B，图7A所示为一个S1 P P S2的基本单元，图7B所示为一个P S1 S2 P的基本单元。带中心抽头的变压器还经常以S1 P P S2为绕组基本单元(或者P S1 S2 P为基本单元)，来堆叠出4n层有效导电体的变压器，其中n为自然数，基本单元中S1和S2地位对等，可以互换，即可以以S2 P P S1(或P S2 S1 P)为基本单元进行堆叠。为了使得副边绕组S1和S2能够尽可能地对称，若不考虑制作工艺的公差等问题，原则上副边绕组S1和S2有效导电体的厚度应该相等。所述副边绕组包括第一副边绕组和第二副边绕组，所述绕组以S1PPS2或PS1S2P为绕组单元，堆叠出4n层结构的绕组，其中，S1 为第一副边绕组，P为原边2，S2为第二副边绕组，n为自然数，若 0.7＜dp/ds＜0.8，则0.7＜hp/hs＜0.8，其中，dp为单层原边有效导电体2的厚度，ds1为单层第一副边有效导电体11的厚度，ds2为单层第二副边有效导电体12的厚度，且ds1＝ds2，hp＝2×n×dp，hs＝2×n×ds1或hs＝2×n×ds2。即若应用于LLC电路的带中心抽头的变压器，在每个基本单元S1 P P S2中，有原边有效导电体2的厚度dp和副边有效导电体的总厚度ds1(或ds2)满足 0.7＜dp/2×ds1＜0.8，或0.7＜dp/2×ds2＜0.8，则原边有效导电体2的总厚度 hp＝2×n×dp和副边有效导电体的总厚度hs＝2×n×ds1或hs＝2×n×ds2也满足实施例一中0.7＜hp/hs＜0.8。若应用于PWM电路的带中心抽头的变压器，则有0.65＜dp/2×ds1＜0.75，或0.65＜dp/2×ds2＜0.75，则原边有效导电体2 的总厚度hp和副边有效导电体的总厚度hs也满足实施例一中 0.65＜hp/hs＜0.75。

实施例四

参见图8，图8是实施例四中绕组示意图。至少一层原边有效导电体、至少一层第一副边有效导电体和至少一层第二副边有效导电体其中至少之一包括2个以上导体，且原边有效导电体、第一副边有效导电体和第二副边有效导电体的外表面均包覆有绝缘层。导体的横截面为矩形。需要说明的是，以实施例二中绕组采用S1 P S2的3n层结构为例，原边绕组包括多层原边有效导电体，副边绕组S1和S2中包括一层第一副边有效导电体和一层第二副边有效导电体，且原边有效导电体、第一副边有效导电体和第二副边有效导电体其中至少之一包括2个以上导体；或者副边绕组S1包括多层第一副边有效导电体，原边绕组包括一层原边有效导电体和副边绕组S2包括一层第二副边有效导电体，且至少一层第一副边有效导电体、原边有效导电体和第二副边有效导电体其中至少之一包括2个以上导体；或者副边绕组S2包括多层第二副边有效导电体，原边绕组包括一层原边有效导电体和副边绕组S1包括一层第一副边有效导电体，至少一层且第二副边有效导电体、原边有效导电体和第一副边有效导电体其中至少之一包括2个以上导体；或者原边绕组包括多层原边有效导电体，副边绕组S1和S2均包括多层第一副边有效导电体和多层第二副边有效导电体，且至少一层第一副边有效导电体、至少一层原边有效导电体和至少一层第二副边有效导电体其中至少之一包括2个以上导体。于本实施例中，原边、第一副边和第二副边有效导电体的厚度d也是沿着原副边绕组堆叠方向的原边、第一副边和第二副边有效导电体的高度。这样形状的变压器，原副边有效导电体的总厚度也满足实施例一中的要求。

实施例五

参见图9，图9是实施例五绕组单元示意图。如图9所示，至少一层原边有效导电体、至少一层第一副边有效导电体和至少一层第二副边有效导电体其中至少之一包括2个以上导体，且原边有效导电体、第一副边有效导电体和第二副边有效导电体的外表面均包覆有绝缘层。导体的横截面为圆形或椭圆，其中导体可以采用圆形导线或者利兹线，亦即，多个圆形导线或多股利兹线组成的单层有效导电体包括多个导体。于本实施例中，原边、第一副边和第二副边有效导电体的厚度d也是沿着原副边绕组堆叠方向的原边、第一副边和第二副边有效导电体的高度。这样形状的变压器，原副边有效导电体的总厚度也满足实施例一中的要求。

参见图10，图10是以SPS为基本单元绕组共有6层的变压器示意图。图 10所示的变压器以SPS为基本单元进行堆叠。图中dp和ds分别是单层原边有效导电体2的厚度和单层第一副边有效导电体11或单层第二副边有效导电体12的厚度。若该变压器工作在谐振频率是1MHz的电路中，并有原边绕组和第一副边绕组即S1的电流FFT如下表(第二副边绕组即S2的电流和第一副边绕组即S1的电流一样，故表中没有列出)：

	dc量	1次谐波量有效值
			原边电流(A)	0	8
第一副边电流(A)	2	4

于本实施例中，原边、第一和第二副边有效导电体采用铜皮结构。假设铜皮宽度是4mm，铜皮和铜皮之间绝缘层3的厚度是0.1mm，铜皮的总厚度是 0.5mm，工作温度是25摄氏度。若变压器原边铜皮的总厚度与副边铜皮的总厚度是相同的，则每层铜皮的厚度是0.083mm，当绕组铜皮是1米长的，经过仿真和计算，可得变压器绕组的总损耗是2.9W；若变压器的单层原边铜皮2的厚度dp和单层第一副边铜皮的厚度ds之比为dp/ds＝1.6，即单层原边2铜皮的厚度为0.11mm，单层第一副边铜皮的厚度为0.069mm，绕组铜皮同样是1 米长，则损耗为2.6W，损耗降低了11.5％，列表如下：

	dp＝ds	dp/ds＝1.6
			单层原边铜皮的厚度	0.083mm	0.11mm
单层第一副边铜皮的厚度	0.083mm	0.069mm
			绕组总损耗	2.9W	2.6W

可见，本发明根据带中心抽头的变压器的各绕组电流波形的FFT值，考虑高频趋肤效应和邻近效应造成的损耗，确定带中心抽头的变压器的原副边铜皮厚度的最佳比例范围，以实现在同样的窗口4面积小的损耗最小化。在不同的工况中，本发明的原副边铜皮厚度的比例，比现有技术中原副边每层铜皮等厚的结构，绕组损耗减少5％-12％左右。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种带中心抽头的变压器，包括磁芯和绕组，所述绕组包括原边绕组和副边绕组，所述原边绕组包括至少一层原边有效导电体，所述副边绕组包括至少一层第一副边有效导电体和至少一层第二副边有效导电体，所述原边有效导电体和所述第一副边有效导电体、所述第二副边有效导电体的外表面包覆有绝缘层，所述磁芯围合成一变压器窗口，所述变压器窗口的高度h为所述原边绕组和所述副边绕组的堆叠方向的所述变压器窗口尺寸，单层所述原边有效导电体的厚度dp和单层所述第一副边有效导电体或所述第二副边有效导电体的厚度ds分别为所述堆叠方向的所述原边有效导电体和所述第一副边有效导电体、所述第二副边有效导电体的高度，其特征在于，所述原边有效导电体的总厚度hp与所述副边有效导电体的总厚度hs满足：0.65<hp/hs<0.8，其中，所述原边有效导电体的总厚度hp等于各层所述原边有效导电体的厚度dp之和，所述副边的有效导电体的总厚度hs等于各层所述第一副边有效导电体和各层所述第二副边有效导电体的厚度ds之和。

2.如权利要求1所述的带中心抽头的变压器，其特征在于，所述变压器应用于LLC电路，所述原边有效导电体的总厚度hp与所述副边有效导电体的总厚度hs满足：0.7<hp/hs<0.8。

3.如权利要求2所述的带中心抽头的变压器，其特征在于，所述副边绕组包括第一副边绕组和第二副边绕组，所述绕组以S1PS2为绕组单元，堆叠出3n层结构的绕组，其中，S1为第一副边绕组，P为原边绕组，S2为第二副边绕组，n为自然数，若1.4<dp/ds1<1.6或1.4<dp/ds2<1.6，则0.7<hp/hs<0.8，其中，dp为每层所述原边有效电导体的厚度，ds1为每层所述第一副边有效电导体的厚度，ds2为每层所述第二副边有效电导体的厚度，且ds1＝ds2，hp＝n×dp，hs＝2×n×ds1或hs＝2×n×ds2。

4.如权利要求2所述的带中心抽头的变压器，其特征在于，所述副边绕组包括第一副边绕组和第二副边绕组，所述绕组以S1PPS2或PS1S2P为绕组单元，堆叠出4n层结构的绕组，其中，S1为第一副边绕组，P为原边绕组，S2为第二副边绕组，n为自然数，若0.7<dp/ds<0.8，则0.7<hp/hs<0.8，其中，dp为每层所述原边有效电导体的厚度，ds1为每层所述第一副边有效电导体的厚度，ds2为每层所述第二副边有效电导体的厚度，且ds1＝ds2，hp＝2×n×dp，hs＝2×n×ds1或hs＝2×n×ds2。

5.如权利要求1所述的带中心抽头的变压器，其特征在于，所述变压器应用于PWM电路，所述原边有效导电体的总厚度hp与所述副边有效导电体的总厚度hs满足：0.65<hp/hs<0.75。

6.如权利要求5所述的带中心抽头的变压器，其特征在于，所述副边绕组包括第一副边绕组和第二副边绕组，所述绕组以S1PS2为绕组单元，堆叠出3n层结构的绕组，其中，S1为第一副边绕组，P为原边绕组，S2为第二副边绕组，n为自然数，若1.3<dp/ds1<1.5或1.3<dp/ds2<1.5，则0.65<hp/hs<0.75，其中，dp为每层所述原边有效电导体的厚度，ds1为每层所述第一副边有效电导体的厚度，ds2为每层所述第二副边有效电导体的厚度，且ds1＝ds2，hp＝n×dp，hs＝2×n×ds1或hs＝2×n×ds2。

7.如权利要求5所述的带中心抽头的变压器，其特征在于，所述副边绕组包括第一副边绕组和第二副边绕组，所述绕组以S1PPS2或PS1S2P为绕组单元，堆叠出4n层结构的绕组，其中，S1为第一副边绕组，P为原边绕组，S2为第二副边绕组，n为自然数，若0.65<dp/ds<0.75，则0.65<hp/hs<0.75，其中，dp为每层所述原边有效导电体的厚度，ds1为每层所述第一副边有效导电体的厚度，ds2为每层所述第二副边有效导电体的厚度，且ds1＝ds2，hp＝2×n×dp，hs＝2×n×ds1或hs＝2×n×ds2。

8.如权利要求1所述的带中心抽头的变压器，其特征在于，所述绕组包括绕组单元，所述绕组单元包括顺序排列的所述原边绕组和所述副边绕组。

9.如权利要求1所述的带中心抽头的变压器，其特征在于，至少一层所述原边有效导电体包括2个以上导体，所述原边有效导电体的外表面包覆有所述绝缘层。

10.如权利要求1所述的带中心抽头的变压器，其特征在于，至少一层所述第一副边有效导电体或所述第二副边有效导电体包括2个以上导体，所述第一副边有效导电体和所述第二副边有效导电体的外表面包覆有所述绝缘层。

11.如权利要求1、9或10所述的带中心抽头的变压器，其特征在于，所述原边有效导电体、所述第一副边有效导电体和所述第二副边有效导电体至少其中之一的横截面为圆形、椭圆形或矩形。