CN102385978A

CN102385978A - 集成有感应器的变压器

Info

Publication number: CN102385978A
Application number: CN2011102536537A
Authority: CN
Inventors: 韩奎范; 崔硕文; 孙莹豪
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2011-08-30
Publication date: 2012-03-21
Also published as: US20120049993A1; JP5474893B2; JP2012054549A

Abstract

本发明公开了一种集成有感应器的变压器。该变压器包括变压器单元，被配置为通过彼此相对连接的第一磁芯和第二磁芯与包括在第一磁芯和第二磁芯之间的空间中的初级线圈和次级线圈之间的互感来执行电压变换；以及感应器单元，具有连接至第二磁芯的第三磁芯和包括在第二磁芯和第三磁芯之间的空间中的感应器。通过将具有不同功能的两个元件物理集成为一个元件来制造该变压器，从而简化了系统的结构。

Description

集成有感应器的变压器

相关申请的交叉参考

本申请要求于2010年8月31日提交的题为“集成有感应器的变压器”的韩国专利申请第10-2010-0084821号的优先权，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及集成有感应器的变压器，更具体地，涉及其中执行变压器功能的元件和执行谐振感应器功能的元件物理集成为一个元件的变压器。

背景技术

近来，随着对谐波电流的限制国际性地增大，各种电气产品和电子产品中的功率因数校正电路的使用已经变得越来越普遍和必要。因此，目前，大多数的供电装置(power supply device)包括功率因数校正电路(PFC)和直流-直流(DC-DC)转换器。一般的功率因数校正电路使用升压转换器，其中，由于升压转换器本身的特性，升压转换器的输出总是高于其输入。而且，由于输出电压再次用作DC-DC转换器的输入，所以DC-DC转换器具有高的输入电压。

同时，为了将供电装置制造为具有高的功率密度的嵌入式产品，有必要简化其结构并减小其体积。通常，随着切换频率变高，可以减小功率因数校正电路的体积，而同时切换损耗与切换频率成比例增大，因而降低了效率。因此，在功率因数校正电路中获得高效率所需的零电压切换成为需求。利用变压器的漏电感和外部谐振感应器的电感执行零电压切换。即，谐振感应器和变压器在谐振转换器结构中起到了重要的作用。

发明内容

本发明的目的在于提供用来简化系统结构的装置。

根据本发明的示例性实施方式，提供了集成有感应器的变压器，包括：变压器单元，通过彼此相对连接的第一磁芯和第二磁芯与包括在第一磁芯和第二磁芯之间的空间中的初级线圈和次级线圈之间的互相感应来执行电压变换；以及感应器单元，具有连接至第二磁芯的第三磁芯和包括在第二磁芯和第三磁芯之间的空间中的感应器。

根据本发明的另一个示例性的实施方式，提供了集成有感应器的变压器，包括：依次连接的第一磁芯至第三磁芯；第一线圈管，插入在第一磁芯和第二磁芯之间并具有依次缠绕在其上的初级线圈和次级线圈；以及第二线圈管，插入在第二磁芯和第三磁芯之间并具有缠绕在其上的第三线圈。

附图说明

图1示出了根据本发明实施方式的包括变压器的供电装置的结构；

图2是示出图1的变压器的截面图；以及

图3是示出图1的变压器的透视图。

具体实施方式

下文中，将参照附图描述本发明的示例性实施方式。然而，仅通过实例描述了示例性实施方式，但本发明并不限于此。

在描述本发明的过程中，当与本发明相关的已知技术的详细说明不会使本发明的精神不清楚时，将省略其详细说明。此外，考虑到本发明的功能定义了以下的技术术语，可以通过用户和操作者的意图以不同的方式来解释这些技术术语。因此，应该基于整个说明书的内容来解释其定义。

因此，本发明的精神由权利要求来确定，并且可以提供以下的示例性实施方式来向本领域的技术人员有效地描述本发明的精神。

以下参照附图描述根据本发明实施方式的集成有感应器的变压器。

图1是示出根据本发明实施方式的包括变压器的供电装置的结构的示图。

如图1中所示，根据本发明实施方式的供电装置100包括EMI滤波器102、功率因数校正电路104以及DC-DC转换器106。

下面将描述供电装置100的各个模块的功能。

首先，EMI滤波器102去除包括在交流电压中的谐波成分，并将其输出。

其次，功率因数校正电路(PFC)104为将交流电压变换为直流电压并将其输出的电路，这降低了由直流电压构成的电流波形和电压波形的噪声，提高并输出功率因数。更具体地，随着功率传输的距离增加，电流波形和电压波形之间的不匹配增大。随着电流波形和电压波形彼此不匹配的间隔变宽，无效功率与有效功率之比增大，从而功率因数减小。功率因数校正电路104增大其中两个波形彼此匹配的间隔，从而其中可以使用有效功率的间隔增大，因而提高了功率因数。从功率因数校正电路104输出的直流电压通过DC-DC转换器106上升至具有适合于操作内部电路的电平的电源。

DC-DC转换器106包括开关单元107、谐振电容器Cs、变压器108、整流单元109和平滑单元110。

首先，开关单元107包括第一至第四开关SW1～SW4。第一开关SW1和第四开关SW4与第二开关SW2和第三开关SW3以恒定的时间间隔交替接通和断开，从而生成方波。更具体地，当第一开关SW1和第四开关SW4或第二开关SW2和第三开关SW3断开时，由于变压器的谐振感应器Ls和谐振电容器Cs的谐振操作，变压器108的初级线圈中感应的电流方向发生改变。此时，第一开关SW1和第四开关SW4或第二开关SW2和第三开关SW3两端的电压变为0V，然后，在零电压的状态下，相应的开关接通，从而提高了功率变换效率。即，开关单元107利用谐振电容器Cs和变压器108的谐振感应器Ls生成的谐振来执行零电压切换(ZVS)，从而根据方波的生成获得了高的功率变换效率。

通过结合谐振电容器Cs执行谐振操作，变压器108的谐振感应器Ls有助于开关单元107的零电压切换，利用初级线圈和次级线圈使方波(即，由开关单元107生成的交流电)升压至具有恒定电平的电压，并输出该电压。在初级线圈和次级线圈之间产生互感，因此输入至初级线圈的交流电电压被变换为在次级线圈中发生感应。变压器108的初级线圈串联地分别连接至谐振感应器Ls和谐振电容器Cs。同时，变压器108被制造为具有物理集成有谐振感应器Ls的结构。下面将参照图2和图3详细描述这种结构。

随后，整流单元109对由变压器108升压的交流电力进行整流，平滑单元110对由整流单元109整流的直流电力进行平滑并输出该直流电力。

图2是示出了图1的变压器的截面图，图3是示出了图1的变压器的透视图。

参照图2和图3，变压器108包括变压器单元200和感应器单元202。

首先，变压器单元200包括彼此相对连接的第一磁芯204和第二磁芯206，以及插入在第一磁芯204和第二磁芯206之间且其上缠绕有初级线圈210和次级线圈212的线圈管(bobbin)214。在这种情况下，初级线圈210首先缠绕在线圈管214上，次级线圈212随后缠绕在其上。初级线圈210和次级线圈212通过绝缘乙烯树脂互相绝缘。同时，感应器单元202包括连接至变压器单元200的第二磁芯206的第三磁芯208，以及插入在第二磁芯206和第三磁芯208之间且在其上缠绕有线圈216的线圈管218。在这种情况下，第二磁芯206和第三磁芯208朝着同一方向彼此连接，而不同于第一磁芯204和第二磁芯206。换句话说，在变压器108中，第一磁芯204、第二磁芯206、和第三磁芯208依次连接，通过相对彼此互感而执行电压变换功能的初级线圈210和次级线圈212包括在第一磁芯204和第二磁芯206之间，用作谐振感应器的线圈216包括在第二磁芯206和第三磁芯208之间。即，初级线圈210和次级线圈212与线圈216之间的间隔距离由第二磁芯206的厚度B确定。第一磁芯204、第二磁芯206和第三磁芯208中的每个磁芯都可以包括具有图2和图3中所示的E形状的E-形磁芯。

同时，由于初级线圈210和次级线圈212与线圈216被设置为彼此接近，因此它们之间的互感是有问题的。为了避免这种情况，将用来物理绝缘初级线圈210和次级线圈216与线圈216的第二磁芯206的厚度B制造得比第一磁芯204的厚度A或第三磁芯208的厚度C宽。在这种情况下，第一磁芯204、第二磁芯206和第三磁芯208的各厚度之比是1∶2∶1。当然，为了提供足够的间隔距离，可以进一步增加第二磁芯206的厚度。同时，可以通过使第一磁芯204的厚度A、第二磁芯206的厚度B和第三磁芯208的厚度C相等而在第二磁芯206和第三磁芯208之间另外插入I-形磁芯，来增大初级线圈210和次级线圈212与线圈216之间的距离。在这种情况下，仅提供1∶2∶1的比率作为实例，从而其可以根据第一至第三磁芯204、206和208的材料、线圈数，磁芯的形状等进行变化。

如上所述，通过将执行变压器功能的元件和执行谐振感应器功能的元件集成为单个元件来制造根据本发明实施方式的集成有谐振感应器的变压器，从而简化了系统的结构，并且热沉变成为单块集成电路而提高了热沉效率。此外，将两个元件之间的间隔距离设定为足够宽，从而可以防止两个集成单元之间发生互感。

本发明实施方式通过将分别具有不同功能的两个元件物理集成为一个元件而简化了系统的结构。

此外，本发明实施方式通过将两个元件集成为一个元件而将分别配备有两个元件的热沉集成为一个元件，从而有效地执行热沉。

尽管为了说明已经公开了本发明的示例性实施方式，本领域的技术人员应该理解的是，在不脱离所附权利要求所公开的本发明的范围和精神的情况下，可以做出各种修改、增加和替换。

因此，本发明的范围不应当限于以上描述的实施方式，而应当用所附权利要求及其等同替换来确定。

Claims

1.一种变压器，包括：

变压器单元，通过彼此相对连接的第一磁芯和第二磁芯与包括在所述第一磁芯和所述第二磁芯之间的空间中的初级线圈和次级线圈之间的互感来执行电压变换；以及

感应器单元，具有连接至所述第二磁芯的第三磁芯和包括在所述第二磁芯和所述第三磁芯之间的空间中的感应器。

2.根据权利要求1所述的变压器，其中，所述第二磁芯和所述第三磁芯朝着同一方向连接。

3.根据权利要求1所述的变压器，其中，所述第二磁芯具有设定为比所述第一磁芯和所述第三磁芯的厚度宽的厚度。

4.根据权利要求3所述的变压器，其中，所述第一磁芯、所述第二磁芯和所述第三磁芯的各厚度之比被设定为1∶2∶1。

5.根据权利要求1所述的变压器，其中，将I-形磁芯另外连接在所述第二磁芯和所述第三磁芯之间。

6.根据权利要求1或5所述的变压器，其中，所述第一磁芯至所述第三磁芯是E-形磁芯。

7.根据权利要求5所述的变压器，其中，所述第一磁芯至所述第三磁芯的厚度被设定为彼此相同。

8.一种变压器，包括：

依次连接的第一磁芯至第三磁芯；

第一线圈管，插入在所述第一磁芯和所述第二磁芯之间并具有依次缠绕在其上的初级线圈和次级线圈；以及

第二线圈管，插入在所述第二磁芯和所述第三磁芯之间并具有缠绕在其上的第三线圈。

9.根据权利要求8所述的变压器，其中，所述第一磁芯和所述第二磁芯彼此相对地连接，所述第二磁芯和所述第三磁芯朝着同一方向连接。

10.根据权利要求8所述的变压器，其中，所述第二磁芯具有设定为比所述第一磁芯和所述第三磁芯的厚度宽的厚度。

11.根据权利要求10所述的变压器，其中，所述第一磁芯、所述第二磁芯和第三磁芯的各厚度之比被设定为1∶2∶1。

12.根据权利要求8所述的变压器，其中，将I-形磁芯另外连接在所述第二磁芯和所述第三磁芯之间。

13.根据权利要求8或12所述的变压器，其中，所述第一磁芯至所述第三磁芯为E-形磁芯。

14.根据权利要求12所述的变压器，其中，所述第一磁芯至所述第三磁芯的厚度被设定为彼此相同。