CN101609741B - 变压器结构及其所适用的整流电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种变压器结构及其所适用的整流电路，该变压器结构至少包含：初级绕线；绕线架，具有第一绕线部以及第二绕线部，第一绕线部及第二绕线部用以供初级绕线缠绕；多个第一立体导电折片，分别套设于绕线架的第一绕线部及第二绕线部；第二立体导电折片，设置于多个第一立体导电折片之间；磁芯组，部分穿设于多个第一立体导电折片、绕线架的第一绕线部、第二绕线部以及第二立体导电折片；以及固定板件，与多个第一立体导电折片及第二立体导电折片连接，以固定多个第一立体导电折片及第二立体导电折片。使用本发明变压器的整流电路可减少损耗、成本及尺寸，进而使整流电路应用于直流/直流转换器时，直流/直流转换器具有较佳的转换效率。

Description

变压器结构及其所适用的整流电路

技术领域

本发明涉及一种变压器结构，尤指一种可增加散热效率、减少成本及尺寸的变压器结构及其所适用的整流电路。

背景技术

交换式电源转换电路(switching power converter)利用内部开关元件的开关操作将所接收的电源转换成多种预定准位的电源。以交换式直流/直流转换器为例，其将直流电源转换成其它准位的直流电源，且一般直流/直流转换器均会具有一整流电路，用以将所接收的电源进行整流及滤波。而由于目前直流/直流转换器朝高效能及低损耗的趋势发展，即输出采用低电压大电流的形式输出，因此现今业界皆采用倍流整流(current-doubler rectifier)电路来取代传统的整流电路，以使直流/直流转换器符合趋势。

虽然倍流整流电路确实可使直流/直流转换器减少损耗，但由于倍流整流电路主要由变压器及至少一个电感元件所构成，且两者间采用分离设置，故仍具有许多问题。首先，倍流整流电路的变压器的次级绕组皆利用线圈缠绕于一磁芯组而形成，由于线圈为细薄的线形结构，因此其表面积相对较小，故使得变压器散热效率不佳，又因直流/直流转换器朝采用大电流输出的趋势发展，于运行的过程中会产生大量的热能，因此使用线圈缠绕当次级绕组的变压器便更凸显此缺陷。其次，由于变压器及电感元件间利用额外的线路彼此连接，故倍流整流电路具有额外的线路损耗，使得直流/直流转换器仍无法达到最佳的转换效率。再者，由于倍流整流电路的变压器及电感元件分离设置，将使得倍流整流电路具有成本较高及尺寸过大的问题。

因此，如何发展一种可增加散热效率，并可将电感元件整合于变压器内，以改善上述现有技术缺陷的变压器结构及其所适用的整流电路，实为目前迫切需要解决的课题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种变压器结构及其所适用的整流电路，以解决现有倍流整流电路因所构成的变压器及电感元件间需利用额外的线路作连接，使得现有倍流整流电路成本较高、尺寸过大以及具有额外的线路损耗，以及现有倍流整流电路的变压器由线圈缠绕构成次级绕组，使得变压器的散热效率不佳等缺陷，使本发明变压器的整流电路可减少损耗、成本及尺寸，进而使整流电路应用于直流/直流转换器时，直流/直流转换器具有较佳的转换效率。

为达上述目的，本发明的一较广义实施形式为提供一种变压器结构，至少包含：初级绕线；绕线架，具有第一绕线部以及第二绕线部，第一绕线部及第二绕线部用以供初级绕线缠绕；多个第一立体导电折片，分别套设于绕线架的第一绕线部及第二绕线部，且分别包含一第一本体、一第一连接部、一第二连接部及一第一容置槽，其中该第一容置槽贯穿该第一本体，用以容置该绕线架的该第一绕线部或该第二绕线部，该第一连接部由该第一本体的一端部沿该第一容置槽的开口方向平行延伸，该第二连接部由该第一本体的另一端部沿水平方向延伸，其中每一个第一立体导电折片弯折环绕形成具有多圈的结构，其中在该第一立体导电折片的该第一本体的该第一连接部相同平面的一侧面上，该第一本体的各圈间以至少一个转接段连接，该转接段的至少一侧边为一斜面结构；第二立体导电折片，设置于多个第一立体导电折片之间，且包含一第二本体、一第三连接部、一第四连接部及一第二容置槽，其中该第二容置槽贯穿该第二本体，该第三连接部由该第二本体的一端部沿该第二容置槽的开口方向平行延伸，该第四连接部由该第二本体的另一端部所延伸，用以插接于一电路板上；磁芯组，部分穿设于多个第一立体导电折片、绕线架的第一绕线部、第二绕线部以及第二立体导电折片的第二容置槽；以及固定板件，与多个第一立体导电折片及第二立体导电折片连接，以固定多个第一立体导电折片及第二立体导电折片。

本发明的另一较广义实施形式为提供一种整流电路，至少包含：变压器结构，至少包含：初级绕线；绕线架，具有第一绕线部以及第二绕线部，第一绕线部及第二绕线部用以供初级绕线缠绕；多个第一立体导电折片，分别套设于绕线架的第一绕线部及第二绕线部，且分别包含一第一本体、一第一连接部、一第二连接部及一第一容置槽，其中该第一容置槽贯穿该第一本体，用以容置该绕线架的该第一绕线部或该第二绕线部，该第一连接部由该第一本体的一端部沿该第一容置槽的开口方向平行延伸，该第二连接部由该第一本体的另一端部沿水平方向延伸，其中每一个第一立体导电折片弯折环绕形成具有多圈的结构，其中在该第一立体导电折片的该第一本体的该第一连接部相同平面的一侧面上，该第一本体的各圈间以至少一个转接段连接，该转接段的至少一侧边为一斜面结构；第二立体导电折片，设置于多个第一立体导电折片之间，且包含一第二本体、一第三连接部、一第四连接部及一第二容置槽，其中该第二容置槽贯穿该第二本体，该第三连接部由该第二本体的一端部沿该第二容置槽的开口方向平行延伸，该第四连接部由该第二本体的另一端部所延伸，用以插接于一电路板上；磁芯组，部分穿设于多个第一立体导电折片、绕线架的第一绕线部、第二绕线部以及第二立体导电折片的第二容置槽；以及固定板件，与多个第一立体导电折片及第二立体导电折片连接，以固定多个第一立体导电折片及第二立体导电折片；以及输出电容，与变压器结构的第二立体导电折片电连接。

本发明的有益技术效果在于，使用本发明变压器的整流电路并不需要利用额外的线路将变压器及变压器的第二立体导电折片作连接，故整流电路可减少损耗、成本及尺寸，进而使整流电路应用于直流/直流转换器时，直流/直流转换器具有较佳的转换效率。

附图说明

图1：为本发明较佳实施例的变压器的分解结构示意图。

图2：为图1所示的变压器组合设置于电路板上的结构示意图。

图3：为图1所示的第二立体导电折片的另一变化形式结构示意图。

图4：为使用图1所示的变压器的直流/直流转换器的电路结构图。

图5：为本发明第二较佳实施例的变压器的分解结构分解图。

图6：为图5所示的变压器的组合完成并设置于电路板上的结构示意图。

其中，附图标记说明如下：

1：变压器         2：电路板

10：初级绕线      11：绕线架

110：第一绕线部       110a、111a：中空孔洞

111：第二绕线部       12：磁芯组

121：E形磁芯          121a：端部

121b：中柱            122：I形磁芯

13：第一立体导电折片  130：第一本体

130a：侧面            130b：转接段

130c：斜面结构        131：第一连接部

132：第二连接部       133：第一容置槽

14：第二立体导电折片  140：第二本体

141：第三连接部       142：第四连接部

143：第二容置槽       15：固定板件

151：穿设孔           16：辅助板件

161：设置孔           17：电子元件

4：直流/直流转换器    41：开关电路

42：控制电路          43：倍流整流电路

431、432：整流器      VIN：输入端

VOUT：输出端          C：输出电容

N：节点

具体实施方式

体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的形式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上应作为说明之用，而并非用以限制本发明。

请参阅图1及图2，其中图1为本发明第一较佳实施例的变压器的分解结构示意图，图2则为图1所示的变压器组合设置于电路板上的结构示意图。如图1及图2所示，本实施例的变压器1可应用于例如一倍流整流电路43中(如图4所示)，主要由一初级绕线10、一绕线架11、一磁芯组12、多个第一立体导电折片13、一第二立体导电折片14以及固定板件15所构成。于本实施例中，绕线架11用以供初级绕线10缠绕，且可为但不限于由相互分离设置的一第一绕线部110及一第二绕线部111所构成，以使初级绕线10可分成两部分地缠绕于第一绕线部110及第二绕线部111上。此外，第一绕线部110还具有一中空孔洞110a，第二绕线部111亦具有一中空孔洞111a，中空孔洞110a、111a用以供部分磁芯组12穿设。当然，于一些实施例中，第一绕线部110及第二绕线部111亦可为一体成形。另外，又于其它实施例中，当初级绕线10缠绕于绕线架11的第一绕线部110及第二绕线部111后，可利用例如绝缘胶带(图未示)将初级绕线10包覆，以将初级绕线10隔绝。

于本实施例中，多个第一立体导电折片13分别套设于绕线架11的第一绕线部110及第二绕线部111，即第一绕线部110及第二绕线部111容置于多个第一立体导电折片13的内部，用以形成变压器1的次级绕组。于一些实施例中，第一立体导电折片13可为但不限于由一铜片弯折环绕而形成，并具有一第一本体130、一第一连接部131、一第二连接部132以及一第一容置槽133的立体结构，其中第一容置槽133由第一本体130所围绕形成，主要用来容置绕线架11的第一绕线部110或第二绕线部111，而第一连接部131由第一本体130的一端部沿第一容置槽133的开口方向平行延伸，第二连接部132则相对于第一连接部131由第一本体130的另一端部沿水平方向延伸，而与第一连接部131位于不同平面。于一些实施例中，每一个第一立体导电折片13可弯折环绕形成例如具有两圈的结构，但并不以此为限，可依变压器1的实际电压需求而有不同的实施形式。此外，当该第一立体导电折片13弯折环绕形成例如具有两圈的结构时，各圈间以彼此的侧边相对设置且维持一间隙，其中在第一立体导电折片13的第一本体130的第一连接部131相同平面的侧面130a上，各圈间以至少一个转接段130b连接，该转接段130b的侧边为一斜面结构130c，以此可使第一本体130的各圈不会相互重叠环绕，进而可缩小第一立体导电折片13的体积。当然，于此实施例中，第二立体导电折片14亦可由与第一立体导电折片13相似的架构形成。

于本实施例中，磁芯组12可为但不限于由一E形磁芯121及一I形磁芯122所构成，其中E形磁芯121及I形磁芯122分别设置于绕线架11以及多个第一立体导电折片13的相对两侧，且E形磁芯121的两端部121a分别穿设于绕线架11的第一绕线部110的中空孔洞110a及第二绕线部111的中空孔洞111a，故变压器1的初级绕线10及多个第一立体导电折片13可通过磁芯组12而产生电磁耦合感应。

第二立体导电折片14设置于多个第一立体导电折片13之间，且供磁芯组12的E形磁芯121的中柱121b穿设，使第二立体导电折片14搭配磁芯组12的E形磁芯121的中柱121b感应，以达到电感元件的功效。于一些实施例中，第二立体导电折片14可为但不限于由一铜片弯折环绕而形成，并具有一第二本体140、一第三连接部141(如图2所示)、一第四连接部142及一第二容置槽143的立体结构(如图3所示)，其中第二容置槽143由第二本体140所围绕形成，用以容置磁芯组12的E形磁芯121的中柱121b，而第三连接部141由第二本体140的一端部沿第二容置槽143的开口方向平行延伸，第四连接部142则相对于第三连接部141由第二本体140的另一端部延伸后再垂直弯折向下，并与第三连接部141之间形成一间隔距离。于一些实施例中，第二立体导电折片14亦可弯折环绕形成例如具有两圈的结构，但并不以此为限，可依变压器1的实际电压需求而有不同的实施形式。

当然，第二立体导电折片14的结构并不局限于如图2所示的实施形式。于一些实施例中，如图3所示，第二立体导电折片14的第四连接部142可相对于第三连接部141由第二本体140的另一端部先向上垂直延伸后再垂直弯折向下，并同样与第三连接部141之间形成一间隔距离。

于本实施例中，固定板件15与磁芯组12的I形磁芯122相邻设，且可为导电材质，例如铜片，主要用来供多个第一立体导电折片13与第二立体导电折片14连接。于一些实施例中，固定板件15可具有多个穿设孔151，所述多个穿设孔151分别与多个第一立体导电折片13的第一连接部131及第二立体导电折片14的第三连接部141相对应设置，用以分别供第一连接部131及第三连接部141穿设，以使多个第一立体导电折片13及第二立体导电折片14固定于固定板件15上，且使多个第一立体导电折片13与第二立体导电折片14之间可通过固定板件15而相互导通。

当然，固定板件15的形状以及多个穿设孔151的设置位置并不局限于如图1所示，可依多个第一立体导电折片13及第二立体导电折片14的设置方向而有不同的实施形式。又于一些实施例中，多个第一立体导电折片13的第一连接部131及第二立体导电折片14的第三连接部141亦可利用焊接或是卡合的方式连接且固定于固定板件15上。

于本实施例中，变压器1还可具有至少一个辅助板件16，用以供电子元件17设置，例如晶体管或二极管，以辅助电子元件17的支撑以及散热。另外，辅助板件16上还可具有与第一立体导电折片13的第二连接部132相对应的设置孔161，主要用来供多个第一立体导电折片13的第二连接部132穿设，以将辅助板件16固定于多个第一立体导电折片13的一侧。另外，辅助板件16还可为导电材质所构成，例如铜片，故电子元件17可通过辅助板件16与变压器1导通。

请再参阅图2，变压器1可直立地设置于一电路板2上，且电路板2还可具有与多个第一立体导电折片13的第一连接部131以及第二立体导电折片14的第四连接部142相对应设置的插槽(图未示)，使变压器1可通过多个第一立体导电折片13的第一连接部131以及第二立体导电折片14的第四连接部142穿设于电路板2的多个插槽而固定于电路板2上。

由于变压器1的用来当作次级绕组的多个第一立体导电折片13由铜片弯折环绕所形成，故第一立体导电折片13具有较大的表面积，因此当变压器1运行而输出例如高电流时，可具有较佳的散热效率。

请参阅图4，并配合图1及图2，其中图4为应用图1所示的变压器的直流/直流转换器的电路结构图。如图4所示，直流/直流转换器4包含一输入端VIN、一开关电路41、一控制电路42、一整流电路以及一输出端VOUT，其中，输入端VIN接收一直流电压，而整流电路可为但不限于一倍流整流电路43。开关电路41则与输入端VIN、倍流整流电路43以及控制电路42电连接，用以接收输入端VIN所传来的直流电压，并根据控制电路42的控制而输出一脉冲调变直流电压至倍流整流电路43，于一些实施例中，开关电路41可包含多个开关元件(图未标)，例如两个开关元件，以使开关电路41形成半桥电路拓朴(half-bridge topology)，但不以此为限，亦可包含例如四个开关元件，以使开关电路41形成全桥电路拓朴(full-bridge topology)。控制电路42则与开关电路41、倍流整流电路43以及输出端VOUT电连接，用以检测输出端VOUT的电压而控制开关电路41的多个开关元件动作。

倍流整流电路43用来将开关电路41所传送的脉冲调变直流电压转换、整流以及滤波后输出至直流/直流转换器4的输出端VOUT。于本实施例中，倍流整流电路43主要由一输出电容C、多个整流器431、432以及变压器1所构成。

变压器1如同图1所示主要包含初级绕线10、用以形成次级绕组的多个第一立体导电折片13、可作为电感元件的第二立体导电折片14以及磁芯组12。初级绕线10与开关电路41电连接，以接收开关电路41传来的脉冲调变直流电压。磁芯组12可使初级绕线10、多个第一立体导电折片13以及第二立体导电折片14产生电磁耦合感应，多个第一立体导电折片13与整流器431、432电连接，用以感应初级绕线10而产生感应电流，该感应电流还通过多个整流器431、432整流。第二立体导电折片14则与输出电容C电连接，用以与输出电容C组成滤波器而将变压器1所转换的电压滤波后传送至输出端VOUT输出。

于上述实施例中，由于多个第一立体导电折片13与第二立体导电折片14连接于由铜片所构成的固定板件15上(如图2所示)，故多个第一立体导电折片13与第二立体导电折片14彼此之间相导通，故于图4上，多个第一立体导电折片13与第二立体导电折片14彼此电性连接于一节点N上。此外，整流器431、432可为但不限于由二极管所构成，而更佳地可由金氧半场效晶体管(MOSFET)所构成。于一些实施例中，图4所示的整流器431、432可如同图1所示的电子元件17而设置于变压器1的辅助板件16上，但并不以此为限。

由于本发明的变压器1的第二立体导电折片14与磁芯组12相配合可当作电感元件，故倍流整流电路43可利用变压器1的第二立体导电折片14执行电感元件的作用，例如于本实施例中可与电容C构成滤波器，如此一来，倍流整流电路43便不需要利用额外的线路使变压器1与变压器1的第二立体导电折片14连接，进而减少损耗、成本及尺寸，且当倍流整流电路43应用于直流/直流转换器4时，可使直流/直流转换器4具有较佳的转换效率。

当然，于一些实施例中，变压器可旋转一角度后设置于电路板上，以符合不同电子设备的空间配置。请参阅图5及图6，其中图5为本发明第二较佳实施例的分解结构分解图，图6则为图5所示的变压器的组合完成并设置于电路板上的结构示意图。如图5及图6所示，本实施例的变压器与图1所示的变压器结构相仿，且具有相同附图标记的元件代表的结构与功能相似，故元件特征及组装方法于此不再赘述。但与图1及图2相比，本实施例的变压器1除了辅助板件16及电子元件17外，其它结构可旋转一角度后而形成卧式的方式设置于电路板2上，此外，多个第一立体导电折片13的第二连接部132相较于图1则改为与第一连接部131同平面的方向水平延伸，而第二立体导电折片14的第四连接部142相较于图1及图2则改与第二立体导电折片14的第三连接部141相垂直的方向向下延伸，使设置电子元件17的辅助板件16可通过设置孔161穿设第一立体导电折片13的第二连接部132而固设于变压器1的外侧，并与磁芯组12的E形磁芯121相邻，而变压器1可通过第二立体导电折片14的第四连接部142插接于电路板2的插槽而固设于电路板2上。

综上所述，本发明提供一种变压器结构及其所适用的整流电路，由于变压器利用铜片所构成的第一立体导电折片为次级绕组，故变压器可通过第一立体导电折片的表面积大而具有较佳的散热效率。再者，由于变压器的第二立体导电折片与磁芯组相配合可作为电感元件，故使用本发明变压器的整流电路并不需要利用额外的线路将变压器及变压器的第二立体导电折片作连接，故整流电路可减少损耗、成本及尺寸，进而使整流电路应用于直流/直流转换器时，直流/直流转换器具有较佳的转换效率。

本发明得由熟悉此技术的人员进行任意思考及改变，且皆不脱离所附权利要求书所限定的保护范围。

Claims (9)

1.一种变压器结构，至少包含：

一初级绕线；

一绕线架，具有一第一绕线部以及一第二绕线部，该第一绕线部及该第二绕线部用以供该初级绕线缠绕；

多个第一立体导电折片，分别套设于该绕线架的该第一绕线部及该第二绕线部，且分别包含一第一本体、一第一连接部、一第二连接部及一第一容置槽，其中该第一容置槽贯穿该第一本体，用以容置该绕线架的该第一绕线部或该第二绕线部，该第一连接部由该第一本体的一端部沿该第一容置槽的开口方向平行延伸，该第二连接部由该第一本体的另一端部沿水平方向延伸，其中每一个第一立体导电折片弯折环绕形成具有多圈的结构，其中在该第一立体导电折片的该第一本体的该第一连接部相同平面的一侧面上，该第一本体的各圈间以至少一个转接段连接，该转接段的至少一侧边为一斜面结构；

一第二立体导电折片，设置于所述多个第一立体导电折片之间，且包含一第二本体、一第三连接部、一第四连接部及一第二容置槽，其中该第二容置槽贯穿该第二本体，该第三连接部由该第二本体的一端部沿该第二容置槽的开口方向平行延伸，该第四连接部由该第二本体的另一端部所延伸，用以插接于一电路板上；

一磁芯组，部分穿设于所述多个第一立体导电折片、该绕线架的该第一绕线部、该第二绕线部以及该第二立体导电折片的第二容置槽；以及

一固定板件，与所述多个第一立体导电折片及该第二立体导电折片连接，以固定所述多个第一立体导电折片及该第二立体导电折片。

2.如权利要求1所述的变压器结构，其中该绕线架的该第一绕线部及该第二绕线部分离设置，而该第一绕线部及该第二绕线部各自具有一中空孔洞，所述空孔洞用以容置部分该磁芯组。

3.如权利要求1所述的变压器结构，其中所述多个第一立体导电折片及该第二立体导电折片由铜片所弯折环绕而构成，而该磁芯组由一E形磁芯及一I形磁芯所构成。

4.如权利要求1所述的变压器结构，其中该固定板件还具有多个穿设孔，所述多个穿设孔与所述多个第一立体导电折片的该第一连接部及该第二立体导电折片的该第三连接部相对应设置，用以供该第一连接部及该第三连接部穿设，以将所述多个第一立体导电折片及该第二立体导电折片固定于该固定板件上。

5.如权利要求1所述的变压器结构，其中该变压器结构还具有至少一个辅助板件，所述辅助板件用以供一电子元件设置，而该辅助板件还具有一设置孔，该设置孔与每一个第一立体导电折片的该第二连接部相对应位置设置，用以供该第二连接部穿设，以将该辅助板件固定于该第一立体导电折片的一侧。

6.如权利要求5所述的变压器结构，其中该辅助板件由铜片所构成，以使该电子元件与该第一立体导电折片相导通，而该固定板件为铜片所构成，以使所述多个第一立体导电折片以及该第二立体导电折片相导通。

7.一种整流电路，至少包含：一变压器结构及一输出电容，其中该变压器结构，至少包含：

一初级绕线；

一绕线架，具有一第一绕线部以及一第二绕线部，该第一绕线部及该第二绕线部用以供该初级绕线缠绕；

多个第一立体导电折片，分别套设于该绕线架的该第一绕线部及该第二绕线部，且分别包含一第一本体、一第一连接部、一第二连接部及一第一容置槽，其中该第一容置槽贯穿该第一本体，用以容置该绕线架的该第一绕线部或该第二绕线部，该第一连接部由该第一本体的一端部沿该第一容置槽的开口方向平行延伸，该第二连接部由该第一本体的另一端部沿水平方向延伸，其中每一个第一立体导电折片弯折环绕形成具有多圈的结构，其中在该第一立体导电折片的该第一本体的该第一连接部相同平面的一侧面上，该第一本体的各圈间以至少一个转接段连接，该转接段的至少一侧边为一斜面结构；

一第二立体导电折片，设置于所述多个第一立体导电折片之间，且包含一第二本体、一第三连接部、一第四连接部及一第二容置槽，其中该第二容置槽贯穿该第二本体，该第三连接部由该第二本体的一端部沿该第二容置槽的开口方向平行延伸，该第四连接部由该第二本体的另一端部所延伸，用以插接于一电路板上；

一磁芯组，部分穿设于所述多个第一立体导电折片、该绕线架的该第一绕线部、该第二绕线部以及该第二立体导电折片的第二容置槽；以及

一固定板件，与所述多个第一立体导电折片及该第二立体导电折片连接，以固定所述多个第一立体导电折片及该第二立体导电折片；

该输出电容，与该变压器的该第二立体导电折片电连接。

8.如权利要求7所述的整流电路，其中该整流电路为一倍流整流电路，而该第二立体导电折片与该输出电容组成一滤波器。

9.如权利要求7所述的整流电路，其中该整流电路还具有多个整流器，所述多个整流器与所述多个第一立体导电折片电连接。

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