CN111430133A - 一种变压器线圈半匝结构及其绕制方法 - Google Patents

一种变压器线圈半匝结构及其绕制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种变压器线圈半匝结构及其绕制方法，属于高频开关电源变压器技术领域，包括半匝线圈，所述半匝线圈单次穿过变压器磁芯/铁芯上的其中一个窗口，通过所述半匝线圈实现0.5匝的线圈特性，变压器磁芯/铁芯具有两个窗口。本发明改变了通过将两侧线圈均同时扩大两倍来达到等同变压效果的传统方式，提高了变压器磁芯窗口的利用率，大大减少了线材的损耗，降低了制作成本；并且用多层PCB铜箔或者平面铜板结构代替传统的铜导线，减少了金属消耗实现更小的内阻特性，采用叠层结构使相同的窗口面积过流能力更高，导电线表面积大，散热效果比传统形式更好，漏感相对传统的绕制形式更小，能实现更高功率密度，适用更高的开关频率。

Description

一种变压器线圈半匝结构及其绕制方法
技术领域
本发明涉及高频开关电源变压器技术领域，具体涉及一种变压器线圈半匝结构及其绕制方法。
背景技术
变压器是一种常用的电学器件。是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯(磁芯)。主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压(磁饱和变压器)等。按用途可以分为：电力变压器和特殊变压器(电炉变、整流变、工频试验变压器、调压器、矿用变、音频变压器、中频变压器、高频变压器、冲击变压器、仪用变压器、电子变压器、电抗器、互感器等)。
为了满足使用场景的要求，在制作变压器时，常需要根据变压比对初级线圈、次级线圈进行设计，在现有的变压器中，为了实现半匝的等同变压效果，常利用同步放大初级线圈、次级线圈的偶数倍来完成。通俗的说，当需要制作一个变压比为2:0.5的变压器时，现有绕制技术是将2:0.5的两侧均同时扩大两倍，使初级线圈、次级线圈的匝数比为4：1，在变压比保持不变的同时，实现半匝的等同变压效果。
上述线圈的结构及其绕制方式存在一定的弊端，减少了变压器磁芯窗口的利用率，增加了线材的损耗，并且在工作过程中增加了线材的热损耗，线圈层数多致使漏感偏大会影响某些特定拓扑中功率管的工作状态。因此，提出一种变压器线圈半匝结构及其绕制方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：如何解决现有线圈结构存在的磁芯窗口利用率小、线材损耗高等问题，提供了一种变压器线圈半匝结构。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括半匝线圈，所述半匝线圈单次穿过变压器磁芯/铁芯上的其中一个窗口，通过所述半匝线圈实现0.5匝的线圈特性，变压器磁芯/铁芯具有两个窗口。
更进一步的，所述变压器为平板变压器或平面变压器。
更进一步的，所述磁芯/铁芯的形状为PQ型或E型。
更进一步的，所述半匝结构还包括至少一个整匝线圈，所述整匝线圈单次同时穿过变压器磁芯上的两个窗口，通过所述整匝线圈实现1匝的线圈特性，所述半匝线圈与所述整匝线圈串联。
更进一步的，所述半匝线圈与所述整匝线圈均为平板型导电材料制成。
更进一步的，所述导电材料为平面铜板、扁平漆包线、铜皮、PCB铜箔中任一种。
更进一步的，所述半匝线圈与所述整匝线圈均以PCB铜箔导线形式设置在单层PCB的走线层内或者多层PCB中各走线层内，多层PCB中各走线层内的PCB铜箔并联构成所述半匝线圈与所述整匝线圈。采用多层PCB使相同的窗口面积过流能力更高，导电线表面积大，散热效果比传统形式更好，漏感相对传统的绕制形式更小。
更进一步的，所述半匝线圈与所述整匝线圈均为多层平面铜板并联构成。使用多层平面铜板结构代替传统的铜导线，减少了金属消耗实现更小的内阻特性，使相同的窗口面积过流能力更高，导电线表面积大，散热效果比传统形式更好，漏感相对传统的绕制形式更小。
更进一步的，变压器初级线圈与次级线圈中所述整匝线圈、所述半匝线圈的数量均根据变压器的变压比设置。改变了通过将两侧线圈均同时扩大两倍来达到等同变压效果的传统方式，提高了变压器磁芯窗口的利用率，大大减少了线材的损耗，降低了制作成本。
本发明还提供了一种变压器线圈半匝结构的绕制方法，利用该方法可以绕制出上述变压器线圈半匝结构，包括以下步骤：
S1：绕制半匝线圈
将一个线圈单次穿过两个窗口的变压器磁芯上的其中一个窗口，形成半匝线圈；
S2：绕制整匝线圈
将另一个线圈单次同时穿过变压器磁芯上的两个窗口，形成整匝线圈；
S3：连成半匝结构
将一个半匝线圈与多个整匝线圈按照变压器变压比设置依次串联，形成半匝结构(该半匝结构经过简单处理即形成变压器的初级或次级线圈)。
本发明相比现有技术具有以下优点：该变压器线圈的半匝结构及其绕制方法，改变了通过将两侧线圈均同时扩大两倍来达到等同变压效果的传统方式，提高了变压器磁芯窗口的利用率，大大减少了线材的损耗，降低了制作成本；并且用多层PCB铜箔或者平面铜板结构代替传统的铜导线，减少了金属消耗实现更小的内阻特性，采用叠层结构使相同的窗口面积过流能力更高，导电线表面积大，散热效果比传统形式更好，漏感相对传统的绕制形式更小，能实现更高功率密度，适用更高的开关频率，绕制起来更加简单，适用范围更大，值得被推广使用。
附图说明
图1是本发明实施例二中初级线圈的结构示意图；
图2是本发明实施例二中次级线圈的结构示意图；
图3是本发明实施例二中变压器线圈半匝结构绕制方法的流程示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例一
本实施例提供一种技术方案：一种变压器线圈半匝结构，包括半匝线圈，所述半匝线圈单次穿过变压器磁芯/铁芯上的其中一个窗口，通过所述半匝线圈实现0.5匝的线圈特性，变压器磁芯/铁芯具有两个窗口。
所述变压器为平板变压器或平面变压器。
所述磁芯/铁芯的形状为PQ型或E型。
所述半匝结构还包括至少一个整匝线圈，所述整匝线圈单次同时穿过变压器磁芯上的两个窗口，通过所述整匝线圈实现1匝的线圈特性，所述半匝线圈与所述整匝线圈串联。换言之，半匝结构即包含有半匝线圈的结构，只要包含半匝线圈即为半匝结构，和整匝线圈的数量无关，整匝线圈的数量可以为0，也可以为其他数量。
所述半匝线圈与所述整匝线圈均为平板型导电材料制成。
所述导电材料为平面铜板、扁平漆包线、铜皮、PCB铜箔中任一种，也可以为通过模具或者其他加工手段成型的导电结构。
所述半匝线圈与所述整匝线圈均以PCB铜箔导线形式设置在单层PCB的走线层内或者多层PCB中各走线层内，多层PCB中各走线层内的PCB铜箔并联构成所述半匝线圈与所述整匝线圈。采用多层PCB使相同的窗口面积过流能力更高，导电线表面积大，散热效果比传统形式更好，漏感相对传统的绕制形式更小。
所述半匝线圈与所述整匝线圈均还可以为多层平面铜板并联构成。使用多层平面铜板结构代替传统的铜导线，减少了金属消耗实现更小的内阻特性，使相同的窗口面积过流能力更高，导电线表面积大，散热效果比传统形式更好，漏感相对传统的绕制形式更小。
变压器初级线圈与次级线圈中所述整匝线圈、所述半匝线圈的数量均根据变压器的变压比设置。改变了通过将两侧线圈均同时扩大两倍来达到等同变压效果的传统方式，提高了变压器磁芯窗口的利用率，大大减少了线材的损耗，降低了制作成本。
本实施例还提供了一种变压器线圈半匝结构的绕制方法，利用该方法可以绕制出上述变压器线圈半匝结构，包括以下步骤：
S1：绕制半匝线圈
将一个线圈单次穿过两个窗口的变压器磁芯上的其中一个窗口，形成半匝线圈；
S2：绕制整匝线圈
将另一个线圈单次同时穿过变压器磁芯上的两个窗口，形成整匝线圈；
S3：连成半匝结构
将一个半匝线圈与多个整匝线圈按照变压器变压比设置依次串联，形成半匝结构(该半匝结构经过简单处理即形成变压器的初级或次级线圈)。
实施例二
如图1～2所示，本实施例中的变压器包括PQ型磁芯1、对称设置在PQ型磁芯1上的第一窗口12与第二窗口11、初级线圈与次级线圈。
所述初级线圈包括1个第一半匝线圈22、一个第一整匝线圈21(由图1中较粗的线条表示)，所述第一整匝线圈21穿过PQ型磁芯1内部的第一窗口12与第二窗口11，且所述第一整匝线圈21的末端与所述第一半匝线圈22的首端连接，形成第一连接端点23，所述第一半匝线圈22的末端穿过第二窗口11，但不从第一窗口12的内部穿过，而是从PQ型磁芯1的外部绕行，所述第一半匝线圈22的末端与所述第一整匝线圈21的首端为初级线圈的输入端24。
所述次级线圈包括第二半匝线圈32、两个第二整匝线圈31(由图1中较粗的线条表示)，两个所述第二整匝线圈31均穿过PQ型磁芯1内部的第一窗口12与第二窗口11，第一个所述第二整匝线圈31的末端与第二个所述第二整匝线圈31的首端连接，第二个所述第二整匝线圈31的末端与所述第二半匝线圈32的首端连接，所述第二半匝线圈32的末端穿过第二窗口11，但不从第一窗口12的内部穿过，而是从PQ型磁芯1的外部绕行，所述第二半匝线圈32的末端与第一个所述第二整匝线圈31的首端为次级线圈的输出端34。
上述变压器的变压比要求为1.5:2.5，因此利用上述半匝结构设计变压器的初级线圈与次级线圈以满足变压比要求，即所述整匝线圈、所述半匝线圈的数量均根据变压器的变压比设置。改变了通过将两侧线圈均同时扩大两倍来达到等同变压效果的传统方式，提高了变压器磁芯窗口的利用率，大大减少了线材的损耗，降低了制作成本。
当变压比要求为0.5:N+0.5时，其中N为正整数，只需将次级线圈中整匝线圈的数量增加至N个，从而构成N+0.5形式的半匝结构，更便于对变压器进行设计。
如图3所示，本实施例还提供了一种变压器线圈半匝结构的绕制方法，利用该方法可以绕制出上述变压器线圈半匝结构，包括以下步骤：
S1：绕制半匝线圈
将一个线圈单次穿过变压器磁芯上的其中一个窗口，形成半匝线圈；
S2：绕制整匝线圈
将另一个线圈单次同时穿过变压器磁芯上的两个窗口，形成整匝线圈；
S3：连成半匝结构
将一个半匝线圈多个整匝线圈按照变压器变压比设置依次串联，形成半匝结构(该半匝结构经过简单处理即形成变压器的初级或次级线圈)。
综上所述，上述两组实施例的变压器线圈的半匝结构及其绕制方法，改变了通过将两侧线圈均同时扩大两倍来达到等同变压效果的传统方式，提高了变压器磁芯窗口的利用率，大大减少了线材的损耗，降低了制作成本；并且用多层PCB铜箔或者平面铜板结构代替传统的铜导线，减少了金属消耗实现更小的内阻特性，采用叠层结构使相同的窗口面积过流能力更高，导电线表面积大，散热效果比传统形式更好，漏感相对传统的绕制形式更小，能实现更高功率密度，适用更高的开关频率，绕制起来更加简单，适用范围更大，值得被推广使用。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种变压器线圈半匝结构，其特征在于：包括半匝线圈，所述半匝线圈单次穿过变压器磁芯/铁芯上的其中一个窗口，通过所述半匝线圈实现0.5匝的线圈特性，变压器磁芯/铁芯具有两个窗口。
2.根据权利要求1所述的一种变压器线圈半匝结构，其特征在于：所述变压器为平板变压器或平面变压器。
3.根据权利要求1所述的一种变压器线圈半匝结构，其特征在于：所述磁芯/铁芯为PQ型或E型。
4.根据权利要求1所述的一种变压器线圈半匝结构，其特征在于：所述半匝结构还包括至少一个整匝线圈，所述整匝线圈单次同时穿过变压器磁芯上的两个窗口，通过所述整匝线圈实现1匝的线圈特性，所述半匝线圈与所述整匝线圈串联。
5.根据权利要求4所述的一种变压器线圈半匝结构，其特征在于：所述半匝线圈与所述整匝线圈均为平板型导电材料制成。
6.根据权利要求5所述的一种变压器线圈半匝结构，其特征在于：所述导电材料为平面铜板、扁平漆包线、铜皮、PCB铜箔中任一种。
7.根据权利要求6所述的一种变压器线圈半匝结构，其特征在于：所述半匝线圈与所述整匝线圈均以PCB铜箔导线形式设置在单层PCB的走线层内或者多层PCB中各走线层内，多层PCB中各走线层内的PCB铜箔并联构成所述半匝线圈与所述整匝线圈。
8.根据权利要求6所述的一种变压器线圈半匝结构，其特征在于：所述半匝线圈与所述整匝线圈均为多层平面铜板，多层所述平面铜板并联。
9.根据权利要求4所述的一种变压器线圈半匝结构，其特征在于：变压器初级线圈与次级线圈中所述整匝线圈、所述半匝线圈的数量均根据变压器的变压比设置。
10.一种变压器线圈半匝结构的绕制方法，其特征在于，利用该方法绕制如权利要求1～9任一项所述的变压器线圈半匝结构，包括以下步骤：
S1：绕制半匝线圈
将一个线圈单次穿过两个窗口的变压器磁芯上的其中一个窗口，形成半匝线圈；
S2：绕制整匝线圈
将另一个线圈单次同时穿过变压器磁芯上的两个窗口，形成整匝线圈；
S3：连成半匝结构
将一个半匝线圈与多个整匝线圈按照变压器变压比设置依次串联，形成半匝结构。
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