CN101128894B - 谐振型变压器及使用该变压器的电源单元 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种谐振型变压器，具有O字型磁芯、初级线圈和次级线圈。O字型磁芯，由第一分割磁芯和第二分割磁芯形成，并具有包含第一磁隙的第一磁腿以及与此第一磁腿相对的第二磁腿。初级线圈，其卷绕在第一磁腿的外周，并至少覆盖第一磁隙。次级线圈，卷绕在第二磁腿的外周。

Description

谐振型变压器及使用该变压器的电源单元
技术领域
本发明涉及各类电子设备等中使用的谐振型变压器及使用该变压器的电源单元。 
背景技术
图13和图14是现有谐振型变压器的剖面图，图14表示磁通的流动。此谐振型变压器具有：E字型磁芯2A、2B对接形成的B字型磁芯4，以及，分别隔着线圈架8而卷绕在中磁腿6A、6B上的初级线圈10和次级线圈12。 
中磁腿6A、6B之间形成有磁隙14，初级线圈10、次级线圈12配置为在磁隙14附近相邻接。中磁腿6A比中磁腿6B更长，磁隙14是由中磁腿6A、6B对接而形成的。 
对应于此谐振型变压器的初级线圈10的磁漏电感，将共振用电容器与开关元件设计为串联，能够引起电流共振。这种谐振型变压器，例如在特开平8-064439号公报中得以公开。 
上述现有结构中，初级线圈10和次级线圈12配置为在磁隙14附近相邻接。因此，如图14所示，初级线圈10所产生的磁通16的一部分，不环绕B字型磁芯4内部而成为漏磁通18，与次级线圈12直接交链。因此，由于漏磁通18而在次级线圈12中产生涡电流，并且，此涡电流引起次级线圈12的温度上升，特性下降。 
发明内容
本发明提供一种能够抑制次级线圈的温度上升并且改善特性的谐振型变压器。本发明的谐振型变压器具有O字型磁芯、初级线圈和次级线圈。O字型磁芯，由第一分割磁芯和第二分割磁芯形成，并具有包含第一磁隙的第一磁腿以及与此第一磁腿相对的第二磁腿。初级线圈，其卷绕在第一磁腿的外周，并至少覆盖第一磁隙。次级线圈，卷绕在第二磁腿的外周，所述第一磁腿的所述第一磁隙中的相对面的长度方向尺寸与宽度方向尺寸 的比率是0.5以上2.0以下。利用此结构，减少了在初级线圈所产生的磁通内的、不环绕O字型磁芯而直接与次级线圈互连的磁通。换言之，次级线圈上产生的涡电流得以抑制，因涡电流引起的次级线圈的温度上升也被抑制。 
附图说明
图1是本发明实施方式的谐振型变压器的立体分解图。 
图2是图1所示谐振型变压器背面侧的立体分解图。 
图3是图1所示谐振型变压器中使用的O字型磁芯的立体图。 
图4是图1所示谐振型变压器的立体图。 
图5是表示图4中未安装壳体的状态的立体图。 
图6是图1所示谐振型变压器的剖面图。 
图7是使用图1所示谐振型变压器的电源单元的电路图。 
图8是表示图6中磁通的流动的剖面图。 
图9是表示磁芯剖面长宽比与磁漏电感的关系的特性图。 
图10是表示磁芯剖面长宽比与耦合系数的关系的特性图。 
图11是本发明实施方式的另一谐振型变压器的剖面图。 
图12是本发明实施方式的又一谐振型变压器的剖面图。 
图13是现有谐振型变压器的剖面图。 
图14是表示图13中磁通的流动的剖面图。 
附图标记说明 
2A，2B        E字型磁芯 
4             B字型磁芯 
6A，6B        中磁腿 
8             线圈架 
10            初级线圈 
12            次级线圈 
14            磁隙 
16            磁通 
18            漏磁通 
20            O字型磁芯 
201A，201B    背部 
202A       第一磁腿 
202B       第二磁腿 
22A        第一线圈架 
22B        第二线圈架 
24         初级线圈 
26         次级线圈 
28A        第一端子 
28B        第二端子 
30A        第一C字型磁芯 
30B        第二C字型磁芯 
32A        第一磁隙 
32B        第二磁隙 
34A        第一凹部 
34B        第二凹部 
36         壳体 
38         绝缘壁 
39A，391A，391B    梁部 
40         共振用电容器 
42         开关元件 
44         磁漏电感 
46         磁通 
48         漏磁通 
50         相对面 
60         谐振型变压器 
61         U字型磁芯 
62         I字型磁芯 
63A，63B   L字型磁芯 
具体实施方式
图1是本发明实施方式的谐振型变压器的立体分解图，图2是同谐振型变压器的背面侧的立体分解图。图3是O字型磁芯的立体图，图4是同谐振型变压器的立体图，图5是未安装壳体的同谐振型变压器的立体图。图6是同谐振型变压器的剖面图。 
本发明实施方式的谐振型变压器60具有O字型磁芯20、初级线圈24及次级线圈26。O字型磁芯20具有背部201A、201B以及第一、第二磁腿202A、202B。而且，O字型磁芯20由作为第一、第二分割磁芯的第一、第二C字型磁芯30A、30B间隔着第一、第二磁隙32A、32B而形成，其各自的端部相对。磁腿202A包含磁隙32A，磁腿202B包含磁隙32B，磁腿202B与磁腿202A相对向。 
初级线圈24借助第一线圈架22A而卷绕在磁腿202A的外周，次级线圈26借助第二线圈架22B而卷绕在磁腿202B的外周。初级线圈24、次级线圈26被卷绕成分别覆盖磁隙32A、32B。即，线圈架22A设置在磁腿202A的外周与初级线圈24之间，并被初级线圈24所卷绕。线圈架22B设置在磁腿202B的外周与次级线圈26之间，并被次级线圈26所卷绕。 
初级线圈24和次级线圈26是将约150根绝缘被覆的铜线进行绞合而形成的里兹线，各个端部与插入线圈架22A、22B的第一、第二端子28A、28B相连接。端子28A、28B分别包含布线用端子部分与安装用端子部分。 
C字型磁芯30A、30B，例如，由锰系铁氧体、镍系铁氧体或者粉末磁芯构成，线圈架22A、22B由酚醛树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)等的绝缘树脂所构成。 
谐振型变压器60还具有形成有与线圈架22A、22B的外形一致的第一、第二凹部34A、34B的壳体36。壳体36由与线圈架22A、22B相同的绝缘性树脂构成。壳体36覆盖O字型磁芯20，并且在凹部34A、34B处嵌合线圈架22A、22B。或者，线圈架22A、22B在凹部34A、34B处分别与壳体36粘接。通过前述任一种方法，线圈架22A、22B与O字型磁芯20被定位并固定在壳体36上。壳体36中，用于分离线圈架22A、22B，并保证绝缘性的绝缘壁38设置在线圈架22A、22B之间。 
图7是使用上述结构的谐振型变压器60的电源单元的电路图。这样的电源单元在，例如，使用等离子体显示器或液晶显示器的图像装置等中使用。在40kHz～100kHz的驱动频率下，400V的输入电压降为24V的输出电压。此电源单元中，设有与初级线圈24连接的共振用电容器40和开关元件42。于是，初级线圈24所产生的磁漏电感44、共振用电容器40与开关元件42引起电流共振以驱动谐振型变压器60。在此电源单元中，磁漏电感44设定为数十到数百μH，共振用电容器40的电容设定为1μF以下。 
图8是表示谐振型变压器60的磁通的流动的剖面图。初级线圈24卷绕在磁腿202A上，次级线圈26卷绕在磁腿202B上。初级线圈24卷绕在设有磁隙32A的部分。因此，如图8所示，初级线圈24所产生的磁通46的大部分环绕O字型磁芯20内部，或者不环绕O字型磁芯20内部而成为漏磁通48环绕初级线圈24。于是，漏磁通48大部分不与初级线圈24相邻配置的次级线圈26互感。换言之，因与次级线圈26的互感而引起的次级线圈26中产生的涡电流得以抑制，次级线圈26的温度上升得以抑制。 
特别是，初级线圈24与次级线圈26分别卷绕相互面对的磁腿202A、202B。因此，初级线圈24所产生且与次级线圈26直接互感的漏磁通48更低从而抑制温度的上升。通过抑制此温度的上升，在初级线圈24、次级线圈26的温度上升都为40K左右，与现有谐振型变压器相比进一步抑制温度上升。 
壳体36中，绝缘壁38设置在初级线圈24与次级线圈26之间。这样，初级线圈24与次级线圈26，在空间直线距离上不绝缘，而是由于绝缘壁38在更长的沿面距离上被绝缘。因此，能够保证较高的绝缘性，是优选的。 
而且，如图1所示，壳体36纵向的梁部39A在与O字型磁芯20接触的方向上延伸。壳体36的横向的梁部391A在朝向相对侧的横向的梁部391B的方向并封闭开口的方向上延伸。即，壳体36具有设置于线圈架22A、22B与O字型磁芯20之间的梁部39A、391A、391B。利用此结构，在具有导电性的O字型磁芯20与初级线圈24、次级线圈26之间，由于梁部39A和梁部391A或梁部391B而得到了较长的沿面距离，从而能够保证较高绝缘性。在此，梁部391A、391B也可以延伸直到没有开口部，但是，为了抑制初级线圈24、次级线圈26的温度上升，优选的是保留开口部。 
而且，使C字型磁芯30A、30B相向而形成O字型磁芯20，以包含C字型磁芯30A、30B相对部分的方式卷绕着初级线圈24、次级线圈26。因此，不环绕O字型磁芯20内部而从在相对部分形成的磁隙32A、32B泄漏的漏磁通48，被初级线圈24、次级线圈26截止。因此，对其它安装部件的影响得以抑制。 
如图2所示，磁隙32A中的相对面50的长度方向尺寸d2与宽度方向尺寸d1之比优选为0.5以上2.0以下。这样，抑制来自图8所示磁隙32A的漏磁通48，并且提高初级线圈24与次级线圈26的耦合。 
d2/d1之比向着0.5下降时，初级线圈24和次级线圈26的相对面积变小，因此，磁漏电感增加，耦合系数变小。相反，d2/d1之比向着2.0上升时，初级线圈24与次级线圈26的相对面积变大，因此，磁漏电感减少，耦合系数变大。关于这点，用图9和图10来详细说明。 
图9是表示图2所示相对面50的长度方向尺寸d2与宽度方向尺寸d1之比d2/d1与磁漏电感之间的关系的特性图，图10是表示d2/d1与耦合系数的关系的特性图。 
比率d2/d1小于0.5时，如图9所示，磁漏电感的上升斜率变得很大。且，如图10所示，耦合系数的下降斜率也变得很大。因此，在此范围内，C字型磁芯30A、30B的制造偏差引起的相对面50的较小的尺寸变化，容易造成磁漏电感和耦合度发生较大的特性偏差。另一方面，相对面50的长度剖面尺寸d2与宽度剖面尺寸d1的比率大于2.0时，如图9、图10所示，磁漏电感和耦合度的变化都小。换言之，尺寸比对特性的影响较小。但是，如果比率d2/d1大，产品的高度高，安装时的稳定性下降，或者不能满足薄型化的要求。因上述原因，相对面50的长度剖面尺寸d2与宽度剖面尺寸d1的比率在0.5以上2.0以下，是具有足够电特性以及安装性的产品尺寸。 
另外，虽然伴随着高频驱动次级线圈26的交流阻抗成分增大，但是此交流阻抗成分通过将里兹线用于次级线圈26而得以降低。因此，次级线圈26优选使用里兹线。另外，因为像上述这样能够抑制次级线圈26的温度上升，伴随着温度上升交流阻抗成分也减少，即使减少绞合为里兹线的铜线的根数，也不会损害特性。这样，有可能实现小形化和成本削减。 
初级线圈24和次级线圈26通过线圈架22A、22B而卷绕，并设有固定线圈架22A、22B的壳体36。因此，可以对插入线圈架22A、22B的端子28A、28B进行定位，改善对安装基板的安装性。 
然而，不仅可以通过使C字型磁芯30A、30B相向而形成O字型磁芯20，也可以是，如图11所示，用U字型磁芯61和I字型磁芯62构成第一和第二分割磁芯，并将两者相向而形成O字型磁芯20。或者，如图12所示，还可以是用两个L字型磁芯63A、63B构成第一、第二分割磁芯，并将两者相向而形成O字型磁芯20。这些情况下，利用将初级线圈24配置为覆盖设于第一、第二分割磁芯间的磁隙，如上述，次级线圈26的温度上升得以抑制。在此，如果使用C字型磁芯30A、30B或L字型磁芯63A、63B，因为2个分割磁芯是同形状，所以生产效率高。而且，通过使用C字型磁芯30A、30B，磁隙32A被配置在初级线圈24中央附近。因此，磁通48能被可靠导入到初级线圈24内，所以这是优选的。 
另外，虽然根据分割磁芯的形状也可以不使用线圈架22A、22B，但是如果使用线圈架22A、22B，可以提高初级线圈24、次级线圈26的生产效率。 
工业利用可能性 
本发明谐振型变压器，因为抑制了次级线圈的温度上升并改善特性，所以能在各种电子设备中使用。

Claims (11)

1.一种谐振型变压器，包括：
O字型磁芯，其由第一分割磁芯和第二分割磁芯形成，并具有包含第一磁隙的第一磁腿以及与所述第一磁腿相对的第二磁腿；
初级线圈，其卷绕在所述第一磁腿的外周，并至少覆盖所述第一磁隙；以及，
次级线圈，其卷绕在所述第二磁腿的外周；
所述第一磁腿的所述第一磁隙中的相对面的长度方向尺寸与宽度方向尺寸的比率是0.5以上2.0以下。
2.根据权利要求1所述的谐振型变压器，其中，
所述第二磁腿包含第二磁隙，并且，所述次级线圈卷绕为至少覆盖所述第二磁隙。
3.根据权利要求1所述的谐振型变压器，其中，还包括：
第一线圈架，其设置于所述第一磁腿的外周与所述初级线圈之间，并被所述初级线圈卷绕；
第二线圈架，其设置于所述第二磁腿的外周与所述次级线圈之间，并被所述次级线圈卷绕。
4.根据权利要求3所述的谐振型变压器，其中，
所述第一线圈架具有包含布线用端子部分和安装用端子部分的第一端子，所述第二线圈架具有包含布线用端子部分和安装用端子部分的第二端子。
5.根据权利要求3所述的谐振型变压器，其中，还包括：
用于固定所述第一线圈架、所述第二线圈架及所述O字型磁芯的壳体。
6.根据权利要求5所述的谐振型变压器，其中，
所述壳体上，设有与所述第一线圈架嵌合的第一凹部以及与所述第二线圈架嵌合的第二凹部。
7.根据权利要求5所述的谐振型变压器，其中，
所述壳体具有设置于所述第一线圈架与所述第二线圈架之间的绝缘壁。
8.根据权利要求5所述的谐振型变压器，其中，
所述壳体具有设置于所述第一线圈架和所述第二线圈架与所述O字型磁芯之间的梁部。
9.根据权利要求1所述的谐振型变压器，其中，
所述次级线圈由里兹线构成。
10.根据权利要求1所述的谐振型变压器，其中，
所述第一分割磁芯与所述第二分割磁芯是C字型，使其各自的端部相对而形成所述O字型磁芯。
11.一种电源单元，包括：
权利要求1所述的谐振型变压器；
与所述谐振型变压器的所述初级线圈连接的谐振用电容器；以及
与所述谐振型变压器的所述初级线圈连接的开关元件，
利用所述谐振型变压器的磁漏电感、所述谐振用电容器、所述开关元件而实现电流谐振。
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