TWM446964U - 邊繞式的繞線變壓器 - Google Patents

Description

邊繞式的繞線變壓器

本創作是有關一種繞線變壓器，特別是一種邊繞式的繞線變壓器的構造。

對於功率變換器而言(例如：電腦電源供應器或是切換式電源供應器)，如何增加功率密度，縮小尺寸以及提高開關頻率(切換頻率)，是功率變換器的設計者所關心的問題。提高開關頻率雖然可以減少例如變壓器和濾波器的尺寸，但是開關損耗會對高頻工作造成不利的影響，為了減少開關損耗，遂有諧振切換技術被提出使用。

一般而言，LLC諧振式功率變換器包括：一個具有金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)的控製器、一個LLC諧振網絡和一個整流器網絡。控製器透過脈衝頻率調製(PFM)的方式，交替切換兩個MOSFET，並隨負載變化而改變工作頻率，調節輸出電壓Vout。LLC諧振網絡包括：兩個諧振電感(Lr和Lm)和一個諧振電容(Cr)。LLC諧振式功率變換器有著零電壓開關(ZVS)、器件的電壓應力低等特點，非常適合在要求高效率和大功率電源的應用。隨著LLC諧振式功率變換器的廣泛應用，應用於LLC諧振式功率變換器的LLC變壓器的設計也愈來愈受到重視。已知應用於LLC諧振式功率變換器的LLC變壓器，通常會把磁性元件Lr和Lm集成在一個變壓器內， 利用變壓器的漏感(漏磁電感)作為Lr，利用變壓器的磁感(激磁電感)作為Lm，可以減少磁性元件的數目。

傳統的繞組變壓器都具有一固定的鐵芯，其上繞有初級(又稱一次)與次級(又稱二次)的線圈，線圈的繞線方式通常是將初級線圈和次級線圈以同軸的關係繞在同一個鐵芯，其中一者位於內圈另一者位於外圈，初級與次級的線圈在電力方面互相分離且互相絕緣，以這種方式繞線的繞組變壓器，初級線圈和次級線圈初之間具有較佳的耦合密度，因此具有較小的漏感。一般而言LLC的磁感量(激磁電感量)是漏感量(漏磁電感量)的3到7倍，通常要求漏感值較大，換言之，應用於LLC諧振式功率變換器的LLC變壓器應減少變壓器初級側和次級側的耦合密度，才能獲得較大的漏感。

另一方面，傳統採用內外兩圈繞線方式的繞組變壓器在運作時，位於內圈的線圈也會有散熱不易的問題。因此，設計應用於LLC諧振式功率變換器的LLC變壓器，需著重於設計變壓器的漏感與磁感，以及設計變壓器初級側和次級側的繞線方式。

本創作提出了一種邊繞式的繞線變壓器，具有方便調整漏感，散熱效果佳，節省空間，可降低銅損和鐵損，並能提高電性及效率之功效。

本創作提出之邊繞式的繞線變壓器的一種實施例構造，包 括：至少兩個直立並列的鐵芯，以及分別繞設在這兩個直立並列之鐵芯的第一繞組和第二繞組，第一繞組和第二繞組分別為不同次側的線圈，在第一繞組和第二繞組之間設有絕緣層；藉由這種在繞設有第一繞組的某一個鐵芯的側邊設置繞設有第二繞組的另一個鐵芯，構成一種邊繞式的繞線變壓器，進而實現前述之功效。

本創作提出之邊繞式的繞線變壓器的一種實施例構造，包括：直立並列的左側鐵芯和右側鐵芯，左側鐵芯至少繞設有第一繞組，右側鐵芯繞設有第二繞組，第一繞組和第二繞組分別為不同次側的線圈，在第一繞組和第二繞組之間設有絕緣層。

依據本創作提出之邊繞式的繞線變壓器的另一實施例，包含：直立並列的左側鐵芯和右側鐵芯，左側鐵芯繞設有位於內層的第一繞組和位於外層的第二繞組，右側鐵芯繞設有第二繞組，第一繞組和第二繞組分別為不同次側的線圈，在第一繞組和第二繞組之間設有絕緣層，且該第一、第二繞組係為係為銅線、銅箔或漆包線之任一種。

依據本創作提出之邊繞式的繞線變壓器的另一實施例，包含：三個直立並列的左側鐵芯、中間鐵芯和右側鐵芯鐵芯，中間鐵芯至少繞設有第一繞組，左側鐵芯和右側鐵芯中的至少一者繞設有第二繞組，第一繞組和第二繞組分別為不同次側的線圈，在第一繞組和第二繞組之間設有絕緣層。

依據本創作提出之邊繞式的繞線變壓器的另一實施例，包 含：三個直立並列的左側鐵芯、中間鐵芯和右側鐵芯，中間鐵芯繞設有位於內層的第一繞組和位於外層的第二繞組，左側鐵芯和右側鐵芯中的至少一者繞設有第二繞組，第一繞組和第二繞組分別為不同次側的線圈，在第一繞組和第二繞組之間設有絕緣層。

依據本創作提出之邊繞式的繞線變壓器的一種實施例，其中左側鐵芯和右側鐵芯分別繞設有第二繞組，繞設在左側鐵芯和右側鐵芯的第二繞組彼此串聯。

依據本創作提出之邊繞式的繞線變壓器的一種實施例，其中左側鐵芯和右側鐵芯分別繞設有第二繞組，繞設在左側鐵芯和右側鐵芯的第二繞組彼此並聯。

依據本創作提出之邊繞式的繞線變壓器的一種實施例，其中左側鐵芯和右側鐵芯分別繞設有第二繞組，繞設在左側鐵芯、右側鐵芯和中間鐵芯的第二繞組彼此串聯。

依據本創作提出之邊繞式的繞線變壓器的一種實施例，其中左側鐵芯和右側鐵芯分別繞設有第二繞組，繞設在左側鐵芯和右側鐵芯的第二繞組彼此並聯然後再和繞設於中間鐵芯的第二繞組串聯。

綜合前述創作的內容可以瞭解，本創作邊繞式的繞線變壓器，透過在至少兩個直立並列的鐵芯分別繞設第一繞組和第二繞組的手段，構成一種邊繞式的繞線變壓器的基本構造，以這種基本構造為基礎的其他實施例變化，藉由三個直立並列的鐵 芯，以及在其中某一個鐵芯繞設單層線圈或是雙層線圈的變化，進而完成一種邊繞式的繞線變壓器，並能獲得下列功效。

1.使用邊繞式的構造，可以減少鐵損和銅損，提高電性及效率。

2.使用邊繞式的構造，同樣線架和磁芯，比普通繞制變壓器功率大。

3.使用邊繞式的構造，繞設在相鄰之直立並列的鐡芯的線圈之間具有較大的氣流間隙，可以改善變壓器的散熱效果，降低損耗，提高變壓器的利用率。

4.使用邊繞式的構造，可以過調整任兩個相鄰之直立並列的鐡芯之間的氣流間隙，而具有方便調整漏感的功效。

5.使用邊繞式的構造，可以將電感和漏感集于一體，在應用於LLC變壓器之時更能節省電路佔用的空間。

有關本創作的其他功效及實施例的詳細內容，將配合圖式說明如下。

本創作提出之邊繞式的繞線變壓器的一種實施例構造，包括：至少兩個直立並列的鐵芯，以及分別繞設在這兩個直立並列之鐵芯的第一繞組和第二繞組，第一繞組和第二繞組分別為不同次側(一次側或二次側)的線圈，在第一繞組和第二繞組之間設有絕緣層；藉由這種在其中一個繞設有第一繞組的鐵芯的側邊設置另一個繞設有第二繞組的鐵芯，構成一種具有方便 調整漏感，散熱效果佳，節省空間，可降低銅損和鐵損，並能提高電性及效率等多種功效的邊繞式的繞線變壓器。依據此一實施例構造，本創作「邊繞式的繞線變壓器」還具有下列數種變化，茲配合圖式分別說明其實施例構造如下。

本創作提出之邊繞式的繞線變壓器的一種實施例構造，如「第1圖」所示，包括：直立並列的左側鐵芯10L和右側鐵芯10R，左側鐵芯10L至少繞設有第一繞組C1，右側鐵芯10R繞設有第二繞組C2，第一繞組C1和第二繞組C2分別為不同次側(一次側或二次側)的線圈，在第一繞組C1和第二繞組C2之間設有絕緣層20，且該第一繞組C1或第二繞組C2係可選用銅線、銅箔或漆包線之任一種。

依據本創作提出之邊繞式的繞線變壓器的另一實施例，如「第2圖」所示，包含：直立並列的左側鐵芯10L和右側鐵芯10R，左側鐵芯10L繞設有位於內層的第一繞組C1和位於外層的第二繞組C2，右側鐵芯10R繞設有第二繞組C2，第一繞組C1和第二繞組C2分別為不同次側的線圈(一次側或二次側)，在第一繞組C1和第二繞組C2之間設有絕緣層20，換言之，若是第一繞組C1是繞線變壓器的一次側線圈，第二繞組C2就是繞線變壓器的二次側線圈，反之亦然。

依據本創作提出之邊繞式的繞線變壓器的另一實施例，如「第3圖」所示，包含：三個直立並列的左側鐵芯10L、中間鐵芯10C和右側鐵芯10R，中間鐵芯10C至少繞設有第一 繞組C1，左側鐵芯10L和右側鐵芯10R中的至少一者繞設有第二繞組C2，換言之，其中的一種實施例只在左側鐵芯10L繞設第二繞組C2，另一種實施例只在右側鐵芯10R繞設第二繞組C2，在另一種實施例是在左側鐵芯10L和右側鐵芯10R都繞設有第二繞組(見「第3圖」)，第一繞組C1和第二繞組C2分別為不同次側的線圈(一次側或二次側)，在第一繞組C1和第二繞組C2之間設有絕緣層20。

依據本創作提出之邊繞式的繞線變壓器的另一實施例，如「第4圖」所示，包含：三個直立並列的左側鐵芯10L、中間鐵芯10C和右側鐵芯10R，中間鐵芯10C繞設有位於內層的第一繞組C1和位於外層的第二繞組C2，左側鐵芯10L和右側鐵芯10R中的至少一者繞設有第二繞組C2，換言之，其中的一種實施例只在左側鐵芯10L繞設第二繞組C2，另一種實施例只在右側鐵芯10R繞設第二繞組C2，在另一種實施例是在左側鐵芯10L和右側鐵芯10R都繞設有第二繞組(見「第4圖」)，第一繞組C1和第二繞組C2分別為不同次側的線圈，在第一繞組C1和第二繞組C2之間設有絕緣層20，意即是，若是第一繞組C1是繞線變壓器的一次側線圈，第二繞組C2就是繞線變壓器的二次側線圈，反之亦然。

前述的第一繞組C1和第二繞組C2可以選用銅綫、銅箔或是漆包綫其中的任一種；第一繞組C1和第二繞組C2分別為不同次側的線圈，換言之，若是第一繞組C1是繞線變壓器 的一次側線圈，第二繞組C2就是繞線變壓器的二次側線圈，基本上，第一繞組C1和第二繞組C2的匝數可以視變壓器的規格及輸出功率決定，而且任一線圈在任一鐵芯繞設的層數也不限於單層，依據變壓器的規格可以是單層或是多層的構造。

前述在第一繞組C1和第二繞組C2之間的絕緣層20，可以是絕緣膠帶或是以其他絕緣材料製成的絕緣元件，在下文中還會配合實施例作詳細的說明。

本創作提出之邊繞式的繞線變壓器可以將電感和漏感集于一體，在應用於LLC變壓器之時能節省電路佔用的空間，另一方面，本創作提出之邊繞式的繞線變壓器在具有三個直立並列的左側鐵芯10L、中間鐵芯10C和右側鐵芯10R的實施例中，其中的第二繞組C2還可以配合LLC變壓器應用在LLC諧振式功率變換器的電路設計，採用串聯或是並聯的電性連接方式，不同的實施方式說明如下。

在具有三個直立並列的左側鐵芯10L、中間鐵芯10C和右側鐵芯10R的實施例中，其中第二繞組C2的一種電性連接方式如「第5-1圖」的等效電路圖所示，其中繞設在左側鐵芯10L和右側鐵芯10R的第二繞組C2彼此串聯；另一種電性連接方式的實施例如「第5-2圖」的等效電路圖所示，其中繞設在左側鐵芯10L和右側鐵芯10R的第二繞組C2彼此並聯。

在具有三個直立並列的左側鐵芯10L、中間鐵芯10C和 右側鐵芯10R的實施例中，當中間鐵芯10C繞設有位於內層的第一繞組C1和位於外層的第二繞組C2，其中第二繞組C2的一種電性連接方式如「第5-3圖」的等效電路圖所示，繞設在左側鐵芯10L、右側鐵芯10R和中間鐵芯10C的第二繞組C2彼此串聯；另一種電性連接方式的實施例如「第5-4圖」的等效電路圖所示，其中繞設在左側鐵芯10L和右側鐵芯10R的第二繞組C2彼此並聯然後再和繞設於中間鐵芯10C的第二繞組C2串聯。

依據前述本創作之邊繞式的繞線變壓器，以其中具有三個直立並列的左側鐵芯10L、中間鐵芯10C和右側鐵芯10R的實施例為範例，下文將配合圖式揭露一種具體的結構實施例說明如下。

如「第6圖」所示之一種邊繞式的繞線變壓器，包括： 兩個對接的E型鐵芯30A和30B，鐵芯的材料可以選用氧鐵材料製造，透過對接的兩個E型鐵芯30A和30B構成一種具有三個直立並列的左側鐵芯10L、中間鐵芯10C和右側鐵芯10R的構造，但並非以這種E型鐵芯為限，其他例如I型、T型或U型的鐵芯亦可使用。

一繞線座，為塑膠成型之元件，可作為前述之絕緣體20，繞線座包含：左側繞線架40L、中間繞線架40C和右側繞線架40R，左側繞線架40L、中間繞線架40C和右側繞線架40R都是一種管型的元件，可以分別套在前述左側鐵芯10L、中間鐵 芯10C和右側鐵芯10R的外圍，進而可與E型鐵芯30A和30B組成邊繞式的繞線變壓器的主要架構(見「第7圖」)，其中的左側繞線架40L、中間繞線架40C和右側繞線架40R可定義一繞線空間，可供前述的第一繞組C1和第二繞組C2繞設，中間繞線架40C的頂端兩側延設有一簷面41，可以防止第一繞組C1及/或第二繞組C2脫出，在中間繞線架40C的底端兩側設有數個接線針腳42，另外在第一繞組C1和第二繞組C2之間，還可以設有絕緣層20(可採用絕緣膠帶)，最後再於邊繞式的繞線變壓器的外圍包覆絕層20(可採用絕緣膠帶)，即可成為一種如「第8圖」所示的構造。

雖然本創作已透過上述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本創作，任何熟習相像技藝者，在不脫離本創作之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本創作之專利保護範圍須視本說明書所附之請求項所界定者為準。

10C‧‧‧中間鐵芯

10L‧‧‧左側鐵芯

10R‧‧‧右側鐵芯

20‧‧‧絕緣層

30A‧‧‧E型鐵芯

30B‧‧‧E型鐵芯

40L‧‧‧左側繞線架

40C‧‧‧中間繞線架

40R‧‧‧右側繞線架

41‧‧‧簷面

42‧‧‧接線針腳

C1‧‧‧第一繞組

C2‧‧‧第二繞組

第1圖，是本創作的一實施例，顯示兩個直立並列之左側鐵芯、右側鐵芯、第一繞組及第二繞組的構造示意圖。

第2圖，是本創作的一實施例，顯示兩個直立並列之左側鐵芯、右側鐵芯、第一繞組及第二繞組的構造示意圖，其中左側鐵芯的內層為第一繞組外層為第二繞組。

第3圖，是本創作的一實施例，顯示三個直立並列之左側鐵芯、中間鐵芯、右側鐵芯、第一繞組及第二繞組的構造示意圖。

第4圖，是本創作的一實施例，顯示三個直立並列之左側鐵芯、中間鐵芯、右側鐵芯、第一繞組及第二繞組的構造示意圖，中間鐵芯的內層為第一繞組外層為第二繞組。

第5-1圖~第5-2圖，是本創作的一實施例，顯示在具有三個直立並列之鐵芯的實施例中，分別繞設在左側鐵芯和右側鐵芯的第二繞組的一種等效電路圖。

第5-3圖~第5-4圖，是本創作的一實施例，顯示在具有三個直立並列之鐵芯的實施例中，分別繞設在左側鐵芯、中間鐵芯和右側鐵芯的第二繞組的一種等效電路圖。

第6圖，是本創作的一種實施例構造，顯示用於組成三個直立並列之鐵芯的元件形狀及其組合關係。

第7圖，是第6圖之實施例構造的組合圖，顯示用於組成三個直立並列之鐵芯的元件組合完成的構造。

第8圖，是本創作的一種實施例構造，顯示第6圖之鐵芯在繞 設線圈之後完成封裝的外觀圖。

10C‧‧‧中間鐵芯

10L‧‧‧左側鐵芯

10R‧‧‧右側鐵芯

30A‧‧‧E型鐵芯

30B‧‧‧E型鐵芯

40L‧‧‧左側繞線架

40C‧‧‧中間繞線架

40R‧‧‧右側繞線架

41‧‧‧簷面

42‧‧‧接線針腳

Claims (11)

1. 一種邊繞式的繞線變壓器，包括：至少兩個直立並列的鐵芯，以及分別繞設在該兩個直立並列之鐵芯的一第一繞組和一第二繞組，該第一繞組和該第二繞組分別為不同次側的線圈，在該第一繞組和該第二繞組之間設有一絕緣層。
2. 如申請專利範圍第1項所述之邊繞式的繞線變壓器，其中兩個直立並列之該鐵芯中的某一者繞設有位於內層的該第一繞組和位於外層的該第二繞組，另一個該鐵芯繞設有該第二繞組，該第一繞組和該第二繞組分別為不同次側的線圈。
3. 如申請專利範圍第1項所述之邊繞式的繞線變壓器，其中直立並列的該鐵芯共有三個，包含：一左側鐵芯、一中間鐵芯和一右側鐵芯，該中間鐵芯至少繞設有該第一繞組，該左側鐵芯和該右側鐵芯中的至少一者繞設有該第二繞組。
4. 如申請專利範圍第3項所述之邊繞式的繞線變壓器，其中該左側鐵芯和該右側鐵芯分別繞設有該第二繞組，繞設在該左側鐵芯和該右側鐵芯的該第二繞組彼此串聯。
5. 如申請專利範圍第3項所述之邊繞式的繞線變壓器，其中該左側鐵芯和該右側鐵芯分別繞設有該第二繞組，繞設在該左側鐵芯和該右側鐵芯的該第二繞組彼此並聯。
6. 如申請專利範圍第3項所述之邊繞式的繞線變壓器，其中該左側鐵芯和該右側鐵芯分別繞設有該第二繞組，該中間鐵芯繞設有位於內層的該第一繞組和位於外層的一第二繞組，在內層的 該第一繞組和在外層的該第二繞組之間設有一絕緣層。
7. 如申請專利範圍第6項所述之邊繞式的繞線變壓器，其中繞設在該左側鐵芯、該右側鐵芯和該中間鐵芯的該第二繞組彼此串聯。
8. 如申請專利範圍第6項所述之邊繞式的繞線變壓器，其中繞設在該左側鐵芯和該右側鐵芯的該第二繞組彼此並聯然後再和繞設於該中間鐵芯的該第二繞組串聯。
9. 如申請專利範圍第1項所述之邊繞式的繞線變壓器，其中該些鐵芯可以是E型、I型、T型和U型鐵芯中之任一種。
10. 如申請專利範圍第1項所述之邊繞式的繞線變壓器，其中該絕緣層可以是絕緣膠帶或是以其他絕緣材料製成的絕緣元件。
11. 如申請專利範圍第1項所述之邊繞式的繞線變壓器，其中該第一繞組或第二繞組係可以選用銅線、銅箔、漆包線之任一種。