TWI450287B

TWI450287B - transformer

Info

Publication number: TWI450287B
Application number: TW101102565A
Authority: TW
Original assignee: Acbel Polytech Inc
Priority date: 2012-01-20
Filing date: 2012-01-20
Publication date: 2014-08-21
Also published as: US8964410B2; US20130188329A1; CN202502877U; TW201331967A

Description

變壓器

本發明係關於一種高功率、高效率之變壓器。

隨著電子產業的蓬勃發展，各式電子裝置除了功能愈趨多樣化與複雜化之外，外型亦皆朝輕、薄、短、小之方向發展，而為了達到使電子裝置體積縮小的目的，其內部所使用的電子元件與電路板均須配合朝薄型化、小型化來設計，其中影響該電子裝置之整體尺寸的主要關鍵在於電源供應器的尺寸。

參見圖10所示之一現有技術之電源供應器，該電源供應器主要包括一變壓器71，配合參見圖11所示之該變壓器71的等效電路示意圖所示，該變壓器71採中間抽頭式設計，且具有一一次側繞線711與一二次側繞線712：該一次側繞線711連接一組開關元件72，該開關元件72再連接一電流輸入端73；該二次側繞線712連接一輸出整流器74與一輸出濾波器75，該輸出濾波器75再連接一負載76。

在一電源供應器的設計中，提高該開關元件72的切換頻率，即所謂「高頻化」，可以減小電感、電容…等磁性元件的體積，但是，對於該電源供應器中所設之變壓器71來說，在高頻狀態下於導線上所產生的趨膚效應(skin effect)和鄰近效應(proximity effect)，將使得該變壓器71中之繞線711、712本身與繞線711、712之間產生額外的功率損耗，此現象在輸出大電流的情況下更為明顯。

又，由於上述輸出整流器74與輸出濾波器75係安裝在電子裝置之電路板上，使得變壓後的交流電從該變壓器71之二次側繞線712至該輸出整流器74的電流路徑長，其間於導線上所產生的等效電阻在高頻、大電流的情況下又會產生極大的損耗，並進而導致該開關元件72的開關損耗增加，影響整體電路的可靠性及效率。

為了解決上述現有技術之電源供應器的變壓器有功率耗損大的問題，有人便針對該現有技術之變壓器進行改良，如台灣證書號數第I278876號「變壓器結構」發明專利案所示，該變壓器包括一一次側線圈與多個二次側電路單元，每一二次側電路單元包括一印刷電路板，該印刷電路板上配置有二次側導體線圈與輸出整流電路，該輸出整流電路包括輸出整流裝置與輸出濾波裝置。藉此設計，各二次側導體線圈所產生之交流電會先分別經由其印刷電路板上所配置之輸出整流電路轉換為直流電之後，再將各二次側電路單元所產生之直流電匯流輸出，如此以解決因二次側繞線至輸出整流器的電流路徑過長而導致的損耗問題。

惟，由於上述變壓器必須要在其內部設置複數個印刷電路板，故該變壓器會有體積過大的問題，連帶使得應用此變壓器的電源供應器也無法進一步縮減其體積；其次需要注意的是，一般的磁性元件在高溫下會有失效的問題，而該變壓器中因為印刷電路板係緊湊相疊，因此各印刷電路板上所配置的輸出濾波裝置、輸出整流裝置…等電子元件在運作時所產生的廢熱將難以排散，如此將造成該變壓器溫度居高不下，使得該變壓器有失效之虞。

有鑑於前述現有技術所存在的問題，本發明針對變壓器之結構進行改良，希藉此設計提供一種具有高功率、高效率，且體積小、散熱效果良好的變壓器。

為了達到上述的發明目的，本發明所利用的技術手段係使一變壓器包括：二鐵芯，每一鐵芯上設有一中柱，該二鐵芯之中柱對應相接，每一鐵芯之中柱的兩相對旁側分別設有一側壁，兩側壁的側邊之間形成有一第一出線部與一第二出線部，又，每一鐵芯之其中一側壁上貫穿成型有一第三出線部；至少一一次側繞組單元，該一次側繞組單元包含一一次側繞線，該一次側繞線繞設該鐵芯之中柱，且該一次側繞組單元之一次側繞線的端部由該鐵芯之第三出線部向外部延伸；至少一二次側繞組單元，該二次側繞組單元套設該鐵芯之中柱，該二次側繞組單元包含至少一導電片，每一導電片具有一環形套接部，該套接部環繞該鐵芯之中柱，套接部的兩端朝該導電片的旁側延伸成型有平行並列的一第一接腳與一第二接腳；以及至少一整流子板，其分別設於該鐵芯之第一出線部或第二出線部的旁側，該整流子板上配置有至少一輸出濾波裝置與至少一組輸出整流裝置，該二次側繞組單元之每一導電片的第一接腳與第二接腳同時朝該鐵芯之第一出線部或第二出線部向外延伸設置，並穿相對應之整流子板，進而連接該相對應之整流子板的輸出濾波裝置及輸出整流裝置。

上述變壓器中：該變壓器具有複數個二次側繞組單元，各二次側繞組單元之導電片分別將其第一、第二接腳朝該鐵芯之第一出線部與第二出線部向外延伸設置。

上述變壓器中：該變壓器具有複數個二次側繞組單元，每一二次側繞組單元具有二導電片，該二導電片分別將其接腳朝該鐵芯之第一出線部與第二出線部向外延伸設置。

上述二次側繞組單元可包含二導電片，該兩導電片之第二接腳電性相接。

上述一次側繞組單元可進一步包括一環狀線架，該一次側繞線繞設於該線架上，該一次側繞線連同該線架一起套設於該鐵芯之中柱。

上述變壓器可進一步包括複數絕緣片，該絕緣片呈環片狀，其係分別設於該一次側繞組單元與二次側繞組單元之間，以及設於該二次側繞組單元之兩導電片之間，並套設該鐵芯之中柱。

本發明的優點在於，由於該交流電從該導電片之接腳輸出至該整流子板的路徑極短，因此在高頻、大電流的情況下可以有效地減少交流損耗；其次，由於該變壓器之各二次側繞組單元所產生之變壓後的交流電係傳導至位於鐵芯外側的整流子板進行整流，因此除了可免於在該變壓器內設置電路板，進而得到一結構緊湊、體積縮減的變壓器外，更可便於排散該整流子板之各輸出整流裝置與各輸出濾波裝置所產生的熱能，使該變壓器保持良好的運作效果。

以下以中央抽頭架構為例，並配合圖式及本發明之較佳實施例，進一步闡述本發明為達成預定發明目的所採取的技術手段。

參見圖1及圖2所示之本發明的變壓器的第一較佳實施例，該變壓器包括二鐵芯10、至少一一次側繞組單元20、至少一二次側繞組單元30、複數絕緣片40與至少一整流子板50。

該二鐵芯10相互對接，每一鐵芯10上設有一中柱11，該中柱11的兩相對旁側分別設有一側壁12，該兩側壁12的側邊之間形成有一第一出線部13與一第二出線部14，組裝時，該二鐵芯10之中柱11對應相接，且其中一鐵芯10之側壁12分別與另一鐵芯10之側壁12對應相接。

該一次側繞組單元20包含一線架21與一一次側繞線22，該線架21呈環狀，該一次側繞線22可採用單股線或多股線繞設於該線架21上，再連同該線架21一起套設於該鐵芯10之中柱11。

進一步參見圖3所示，該二次側繞組單元30為中間抽頭式設計，且係套設於該鐵芯10之中柱11上，該二次側繞組單元30包含二導電片31，每一導電片31具有一環形套接部311，該套接部311環繞該鐵芯10之中柱11，套接部311的兩端朝該導電片31的旁側延伸成型有平行並列的一第一接腳312與一第二接腳313，該兩導電片31之第二接腳313電性相接。

該絕緣片40呈環片狀，其係分別設於該一次側繞組單元20與二次側繞組單元30之間，以及設於該二次側繞組單元30之兩導電片31之間，並套設該鐵芯10之中柱11。

配合參見圖4所示，該整流子板50設於該鐵芯10的旁側，該整流子板50上配置有至少一輸出濾波裝置C1、C2、C3與至少一組輸出整流裝置D11、D12、D21、D22、D31、D32，該輸出整流裝置D11、D12、D21、D22、D31、D32可為二極體(Diode)或金屬氧化物半導體場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)，該二次側繞組單元30之兩導電片31的第一接腳312與第二接腳313穿設該整流子板50，並連接相應的輸出濾波裝置C1、C2、C3與輸出整流裝置D11、D12、D21、D22、D31、D32。

又，該整流子板50係用以設置於一電子裝置之電路板上，藉此，各二次側繞組單元30由導電片31之接腳312、313所輸出的交流電直接進入該整流子板50進行整流及濾波而轉換成直流電，接著再匯流、集中輸入該電子裝置之電路板，以供應該電路板上各式電子元件運作所需之電力。

在如圖1至圖3所示之本發明的第一較佳實施例中，該變壓器具有複數個一次側繞組單元20、複數個二次側繞組單元30與一整流子板50。

該一次側繞組單元20與二次側繞組單元30交錯疊置，且各一次側繞組單元20之一次側繞線22的端部係由該鐵芯10之第一出線部13向外部延伸，進而與一電流輸入端相接。該二次側繞組單元30之導電片31的第一接腳312與第二接腳313則由該鐵芯10之第二出線部14朝外部延伸，且該兩導電片31之第二接腳313以焊接方式電性連接。

該整流子板50上配置有至少一輸出濾波裝置C1、C2、C3與複數組輸出整流裝置D11、D12、D21、D22、D31、D32，且該整流子板50係設於該鐵芯10之第二出線部14的旁側，以供各二次側繞組單元30之導電片31的第一接腳312與第二接腳313分別連接相對應的輸出濾波裝置C1、C2、C3與輸出整流裝置D11、D12、D21、D22、D31、D32。

上述第一較佳實施例之變壓器設計中，由於該交流電從該導電片31之接腳312、313輸出至該整流子板50的路徑極短，因此在高頻、大電流的情況下可以有效地減少損耗；再者，由於該變壓器之各二次側繞組單元30所產生之變壓後的交流電係傳導至位於鐵芯10外側的整流子板50進行整流，因此除了可免於在該變壓器內設置電路板，進而得到一結構緊湊、體積縮減的變壓器外，更可便於排散該整流子板50之各輸出整流裝置D11、D12、D21、D22、D31、D32與各輸出濾波裝置C1、C2、C3所產生的熱能，使該變壓器保持良好的運作效果。

在如圖5及圖6所示之本發明的第二較佳實施例中，該鐵芯10A之其中一側壁12A上進一步貫穿成型有一第三出線部15A，該變壓器具有複數個一次側繞組單元20A、複數個二次側繞組單元30A與二整流子板50A。

該一次側繞組單元20A與二次側繞組單元30A交錯疊置，且各一次側繞組單元20A之一次側繞線22A的端部係由該鐵芯10A之第三出線部15A向外部延伸，以與一電流輸入端相接。該二次側繞組單元30A之兩導電片31A的第二接腳313A以焊接方式電性連接，且各二次側繞組單元30A之接腳312A、313A分別由該鐵芯10A之第一出線部13A或第二出線部14A朝外部延伸。

該二整流子板50A分別設於該鐵芯10A之第一出線部13A與第二出線部14A的旁側，每一整流子板50A上配置有至少一輸出濾波裝置C1、C2、C3與複數組輸出整流裝置D11、D12、D21、D22、D31、D32，以供各二次側繞組單元30A之導電片31A的第一接腳312A與第二接腳313A分別連接相對應之整流子板50A的輸出濾波裝置C1、C2、C3與輸出整流裝置D11、D12、D21、D22、D31、D32。

上述第二較佳實施例之變壓器結構，將各二次側繞組單元30A之第一接腳312A與第二接腳313A由該鐵芯10A之兩相對側向外延伸的設計，可進一步加大各二次側繞組單元30A之接腳312A、313A間的距離，以利散熱，同時減少每一整流子板50A上所需配置的輸出濾波裝置C1、C2、C3與輸出整流裝置D11、D12、D21、D22、D31、D32的數目，或者可使該輸出濾波裝置C1、C2、C3與該輸出整流裝置D11、D12、D21、D22、D31、D32皆配置於該整流子板50A之外側，所謂整流子板50A之外側是指非對應於該鐵芯10A的一側，如此一來，除散熱效果較佳外，更可方便維修，使該變壓器可具有良好的散熱效果以維持運作。

在如圖7及圖8所示之本發明的第三較佳實施例中，該鐵芯10B之其中一側壁12B上進一步貫穿成型有一第三出線部15B，該變壓器具有複數個一次側繞組單元20B、複數個二次側繞組單元30B與二整流子板50B。

該一次側繞組單元20B與二次側繞組單元30B交錯疊置，且各一次側繞組單元20B之一次側繞線22B的端部係由該鐵芯10B之第三出線部15B向外部延伸，以與一電流輸入端相接。進一步參見圖9所示，每一二次側繞組單元30B之兩導電片31B分別將其接腳311B、312B朝該鐵芯10B之第一出線部13B與第二出線部14B向外延伸設置。

該二整流子板50B分別設於該鐵芯10B之第一出線部13B與第二出線部14B的旁側，每一整流子板50B上配置有至少一輸出濾波裝置C1、C2、C3與複數組輸出整流裝置D11、D12、D21、D22、D31、D32，以供各二次側繞組單元30B之導電片31B的第一接腳312B與第二接腳313B分別連接相對應之整流子板的輸出濾波裝置C1、C2、C3與輸出整流裝置D11、D12、D21、D22、D31、D32。之後，每一二次側繞組單元30B之兩導電片31B的第二接腳313B再經由該電子裝置之電路板60B上所配置之電路而電性連接。

在上述第三較佳實施例之變壓器結構中，對於每一二次側繞組單元30B來說，由於該鐵芯10B之第一出線部13B與第二出線部14B處僅需設置二接腳312B、313B，故各接腳312B、313B暨整體導電片31B的寬度可較前述第一、第二較佳實施例更為加寬，使該導電片31B中的電流分佈均勻，同時減少交流損耗；再者，此第三較佳實施例將二次側繞組單元30B之兩導電片31B分別將接腳312B、313B朝不同方向延伸的設計，除了也可使該變壓器的電路左右對稱之外，由於其無須將兩導電片31B之第二接腳313B相對焊接，故組裝的工法也可較前述第一、第二較佳實施例更為簡易，同時還有防止組裝人員組裝錯誤的防呆效果。

10、10A、10B‧‧‧鐵芯

11‧‧‧中柱

12、12A、12B‧‧‧側壁

13、13A、13B‧‧‧第一出線部

14、14A、14B‧‧‧第二出線部

15A、15B‧‧‧第三出線部

20、20A、20B‧‧‧一次側繞組單元

21‧‧‧線架

22、22A、22B‧‧‧一次側繞線

30、30A、30B‧‧‧二次側繞組單元

31、31A、31B‧‧‧導電片

311‧‧‧套接部

312、312A、312B‧‧‧第一接腳

313、313A、313B‧‧‧第二接腳

40‧‧‧絕緣片

50、50A、50B‧‧‧整流子板

C1、C2、C3‧‧‧輸出濾波裝置

D11、D12、D21、D22、D31、D32‧‧‧輸出整流裝置

60B‧‧‧電路板

71‧‧‧變壓器

711‧‧‧一次側繞線

712‧‧‧二次側繞線

72‧‧‧開關元件

73‧‧‧電流輸入端

74‧‧‧輸出整流器

75‧‧‧輸出濾波器

76‧‧‧負載

圖1為本發明第一較佳實施例之立體外觀圖。

圖2為本發明第一較佳實施例之立體分解圖。

圖3為本發明第一較佳實施例之二次側繞組的立體分解圖。

圖4為本發明第一較佳實施例之等效電路示意圖。

圖5為本發明第二較佳實施例之立體外觀圖。

圖6為本發明第二較佳實施例之立體分解圖。

圖7為本發明第三較佳實施例之立體外觀圖。

圖8為本發明第三較佳實施例之立體分解圖。

圖9為本發明第三較佳實施例之二次側繞組的立體分解圖。

圖10為現有技術之電源供應器的結構示意圖。

圖11為現有技術之變壓器的等效電路示意圖。

10．．．鐵芯

22．．．一次側繞線

312．．．第一接腳

313．．．第二接腳

50．．．整流子板

Claims

一種變壓器，其包括二鐵芯、至少一一次側繞組單元、至少一二次側繞組單元與至少一整流子板，其中：每一鐵芯上設有一中柱，該二鐵芯之中柱對應相接，每一鐵芯之中柱的兩相對旁側分別設有一側壁，兩側壁的側邊之間形成有一第一出線部與一第二出線部，又，每一鐵芯之其中一側壁上貫穿成型有一第三出線部；該一次側繞組單元包含一一次側繞線，該一次側繞線繞設該鐵芯之中柱，且該一次側繞組單元之一次側繞線的端部由該鐵芯之第三出線部向外部延伸；該二次側繞組單元套設該鐵芯之中柱，該二次側繞組單元包含至少一導電片，每一導電片具有一環形套接部，該套接部環繞該鐵芯之中柱，套接部的兩端朝該導電片的旁側延伸成型有平行並列的一第一接腳與一第二接腳；該整流子板分別設於該鐵芯之第一出線部或第二出線部的旁側，該整流子板上配置有至少一輸出濾波裝置與至少一組輸出整流裝置，該二次側繞組單元之每一導電片的第一接腳與第二接腳同時朝該鐵芯之第一出線部或第二出線部向外延伸設置，並穿設相對應之整流子板，進而連接該相對應之整流子板的輸出濾波裝置及輸出整流裝置。
如請求項1所述之變壓器，其中：該變壓器具有複數個二次側繞組單元，各二次側繞組單元之導電片分別將其第一、第二接腳朝該鐵芯之第一出線部與第二出線部向外延伸設置。
如請求項1所述之變壓器，其係設置於一電子裝置之電路板上，其中：該變壓器具有複數個二次側繞組單元，每一二次側繞組單元具有二導電片，該二導電片分別將其接腳朝該鐵芯之第一出線部與第二出線部向外延伸設置。
如請求項1或2所述之變壓器，其中前述二次側繞組單元包含二導電片，該兩導電片之第二接腳電性相接。
如請求項1至3中任一項所述之變壓器，其中前述一次側繞組單元進一步包括一環狀線架，該一次側繞線繞設於該線架上，該一次側繞線連同該線架一起套設於該鐵芯之中柱。
如請求項4所述之變壓器，其中前述一次側繞組單元進一步包括一環狀線架，該一次側繞線繞設於該線架上，該一次側繞線連同該線架一起套設於該鐵芯之中柱。
如請求項5所述之變壓器，其進一步包括複數絕緣片，該絕緣片呈環片狀，其係分別設於該一次側繞組單元與二次側繞組單元之間，以及設於該二次側繞組單元之兩導電片之間，並套設該鐵芯之中柱。
如請求項6所述之變壓器，其進一步包括複數絕緣片，該絕緣片呈環片狀，其係分別設於該一次側繞組單元與二次側繞組單元之間，以及設於該二次側繞組單元之兩導電片之間，並套設該鐵芯之中柱。