CN102403120A

CN102403120A - 一种变压器及变压器绕线方法

Info

Publication number: CN102403120A
Application number: CN2011103401791A
Authority: CN
Inventors: 邱宜忠
Original assignee: Shenzhen Tatfook Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Tatfook Technology Co Ltd
Priority date: 2011-10-31
Filing date: 2011-10-31
Publication date: 2012-04-04

Abstract

本发明一种变压器及变压器绕线方法，根据所需要的多路额定输出电压确定次级线圈理论匝数比；根据次级线圈的理论匝数比确定次级线圈的整数匝，所述整数匝为缠绕变压器骨架一圈的线圈匝数；调节所述次级线圈小数匝的匝数，使多路次级线圈每一路输出的电压值接近所需要的额定输出电压值，所述小数匝为以变压器上任意两个不同的引脚为起点和终点并缠绕变压器骨架不足一圈的匝数。本发明实施例提出通过一种变压器小数匝的设计方法使多路输出开关电源的交叉调整率得到较为明显的改善。通过变压器的引出脚，适当安排绕制工艺，以得到需要的小数匝。小数匝不但可以实现精确的匝比，而且事实上也调整了输出次级的漏感。

Description

一种变压器及变压器绕线方法

技术领域

本发明涉及一种变压器及变压器绕线方法。

背景技术

现有设计中常常需要研发多路输出的开关电源，以满足同一个有源产品中不同元器件和不同电路所需不同供电电压的需要。在数控和通信领域中，对供电的电源电压精度要求很高，即使负载大范围变化时，输出电压也要保证在一定范围内。多路输出开关电源中，只选其中一路输出为主路输出，主路输出的选取根据各路输出的重要性、对稳压精度的要求、负载电流大小及稳定性等因素来选取。主路选取后，其它各路输出为辅路输出。由于主路输出带有反馈环路控制，所以主路输出稳压精度较高，但其它辅路输出的稳压精度就比较差。辅路输出的稳压精度受主路负载及其变化量、本身辅路负载及其变化量、其它辅路负载及其变化量、各路对应变压器绕组的线经、整流二极管正向导通压降、输入电压变化、PCB走线等因素影响，当上述各变化量较大时，辅路输出的稳压精度一般会超过±10％，交叉调整率甚至会超过±20％。

而改进多路输出开关电源的交叉调整率的方法，可以分为有源的和无源的两大类。有源的方法常用的有三端稳压，三端稳压的功耗都比较大，多数须加散热器。又磁放大器的磁芯要选矩形磁滞回线材料，并增加控制电路以控制磁开关的饱和导通时间，从而达到控制输出电压的目的。可见，虽然具有高稳压精度，但是前者电源的效率、可靠性均降低，后者电路复杂、成本高。无源的方法有，输出电压加权反馈，各路输出滤波电感的耦合，变压器各绕组耦合优化，吸收电路的设计，增加适当大小的假负载。优点是电路简单、成本低廉，但交叉调整率改善的程度有限。

中国专利01133071.6《一种可实现分数匝的通用变压器铁心及其绕组结构》认为传统的变压器都属于整数匝的结构，无法实现分数匝。并提供一种变压器铁芯，包括一个中柱和两个边柱的铁芯，至少在所述一个边柱上开设至少一个凹槽或通孔，绕组绕制所述中柱和所述边柱上，绕制在边柱上的绕组穿过所述凹槽或通孔。

文献《磁性元器件分册》107页至109页提出，分数匝次级只与部分初级磁通相耦合，漏感比一般线圈要大得多，多路输出时，严重影响交叉调节性能。

发明内容

为了解决现有技术中交叉调整率变化过大的问题，本发明实施例提供了一种变压器及变压器绕线方法。

一种变压器绕线方法，

根据所需要的多路额定输出电压确定次级线圈理论匝数比；

根据次级线圈的理论匝数比确定次级线圈的整数匝，所述整数匝为缠绕变压器骨架一圈的线圈匝数；

调节所述次级线圈小数匝的匝数，使多路次级线圈每一路输出的电压值接近所需要的额定输出电压值，所述小数匝为以变压器上任意两个不同的引脚为起点和终点并缠绕变压器骨架不足一圈的匝数。

一种变压器，包括集成电路板和穿过集成电路板中孔的磁芯，所述集成电路板由多层电路板相互压合形成，每层电路板上设有输出端和绕组线圈，所述绕组线圈包括整数匝和小数匝，所述整数匝为缠绕变压器骨架一圈的线圈匝数，所述小数匝为以变压器上任意两个不同的引脚为起点和终点并缠绕变压器骨架不足一圈的匝数。

本发明实施例提出通过一种变压器小数匝的设计方法使多路输出开关电源的交叉调整率得到较为明显的改善。克服“变压器分数匝设计及应用”的技术偏见，通过变压器的引出脚，适当安排绕制工艺，以得到需要的小数匝。小数匝不但可以实现精确的匝比，而且事实上也调整了输出次级的漏感。说明了传统变压器可以实现小数匝，小数匝可以改善多路输出的交叉调整率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中

图1显示了实施例一中圆形骨架第一种绕线方式示意图；

图2显示了实施例一中圆形骨架第二种绕线方式示意图；

图3显示了实施例一中圆形骨架第三种绕线方式示意图；

图4显示了实施例一中圆形骨架第四种绕线方式示意图；

图5显示了实施例二中第一绕组平面变压器绕线方式示意图；

图6显示了实施例二中第二绕组平面变压器绕线方式示意图；

图7显示了实施例二中第三绕组平面变压器绕线方式示意图；

图8显示了实施例二中第一绕组平面变压器优化后绕线方式示意图；

图9显示了实施例二中第二绕组平面变压器优化后绕线方式示意图；

图10显示了实施例二中第三绕组平面变压器优化后绕线方式示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

为克服现有技术中认为传统的变压器不能实现分数匝的技术偏见，通过以下实施例说明传统的变压器可实现分数匝。

如图1至图4所示的四种绕线情况，我们在磁性元器件的设计过程中基本把它们都当作一匝或一圈来看待处理；但是从严格数学物理意义上来说，它们是不同的。

我们不考虑骨架脚位之间距离的差异，绕线工艺的差异，先不考虑小数匝的耦合情况。假设图1中引脚1、2、3和4中每相邻两引脚对应磁芯中柱的弧度为40°；引脚5、6、7和8中每相邻两引脚对应磁芯中柱的弧度为40°；引脚1和引脚8对应磁芯中柱的弧度为60°；引脚1和引脚5对应磁芯中柱的弧度为180°。

如图1所示，线圈的匝数为

匝。如图2所示，线圈的匝数为

匝。如图3所示，线圈的匝数为

匝。图4所示，

匝。

以上实施可以说明变压器的匝数可以实现分数匝，并可以计算小数匝的匝数，当所述变压器的骨架为圆形骨架时，根据引脚的位置及引脚对应磁芯中柱的弧度确定小数匝的匝数。

所述两个引脚所对应磁芯中柱的弧度为a，线圈的匝数为(360±a)/360。

下面为克服现有技术中提到的分数匝严重影响交叉调节性能的技术偏见，根据具体实施例进行说明。

实施例二

一种变压器绕线方法，

根据所需要的多路输出电压比确定次级线圈理论匝数比；

调节所述次级线圈小数匝的匝数，使多路次级线圈输出的电压值接近所需要的多路输出电压值，所述小数匝为以变压器上任意两个不同的引脚为起点和终点并不足缠绕变压器骨架一圈的匝数。

所述调节所述次级线圈小数匝的匝数的步骤还包括：使线圈连接不同的输出端改变小数匝的匝数使多路次级线圈输出的电压值接近所需要的多路输出电压值。

所述变压器的骨架为矩形骨架时，根据引脚的位置及线圈缠绕骨架的位置确定小数匝的匝数。

下面举例进行具体说明，设计一款DC-DC变换器，输入直流电压为48V，输出电压分别为3.3V/1A、5.0V/1A和7.0V/1A。

变压器采用平面变压器，根据所需要的输出电压值计算平面变压器的初次级匝比为7∶2∶3.1∶4.2。

设计变压器的初次级匝比为7∶2∶3∶4。绕制工艺采用堆叠绕法，即将平面变压器层层叠加在一起，输出5.0V的平面压器借用3.3V的绕组，7.0V借用5.0V的绕组。

平面变压器PCB电路板布图如图5至图7所示，现有观点中认为图1中匝数为2匝，即输出端S0与S1之间的匝数为1匝，图2中线圈匝数为1匝，将平面变压器相互叠加在一起，即S0与S2之间匝数为3匝，图3中线圈匝数为1匝，即S0与S3之间匝数为4匝，因此，变压器次级线圈匝数比为2∶3∶4。本专利的发明人经过研究认为，图1中线圈的匝数并不是完全的2匝，而是包含整数匝和小数匝的，其中，整数匝为缠绕变压器骨架一圈的线圈匝数，即整数匝为1匝，小数匝为以变压器上任意两个不同的引脚为起点和终点并不足缠绕变压器骨架一图的匝数，相邻两个输出端占用的匝数为0.1匝，因此S0与S1两端之间的小数匝为0.9匝，即输出端S0与S1之间的匝数为1+0.9＝1.9匝，图2中输出端S1与S2之间小数匝数为0.9匝，即S0与S2之间的匝数为1.9+0.9＝2.8匝，图3中输出端S2与S3之间小数匝数为0.9匝，即S0与S3之间的匝数为2.8+0.9＝3.7匝，次级线圈的匝数比为1.9∶2.8∶3.7≈2.00∶2.94∶3.89，通过测量实际输出的电压得出结果如表1所示：

表1

此时，从表1可得出以3.3V为额定电压输出端，所测的交叉调整率为：-7.88％～+11.5％，以5V为额定电压输出端，所测的交叉调整率为：-5.60％～+7.80％，以7V为额定电压输出端，所测的交叉调整率为：-10.5％～+14.0％。

图8至图10是对图5至图7面变压器中PCB布局的优化，在图8中调整线圈匝数的输出端位置，由于相邻两个输出端的匝数为0.1匝，因此为调整后S0和S1之间的匝数为1.7匝，图9中调整后S1和S2之间的匝数为1.1匝，因此S0与S2之间的匝数为1.7+1.1＝2.8匝，图10中调整后S2和S3之间的匝数为1.1匝，因此S0与S3之间的匝数为2.8+1.1＝3.9匝。此时，次级匝比为1.7∶2.8∶3.9≈2.00∶3.27∶4.56，可见，5.0V、7.0V的绕组匝数已经提高了，此时，通过测量实际输出的电压得出结果如表2所示：

表2

此时，从表1可得出以3.3V为额定电压输出端，所测的交叉调整率为：-1.21％～+3.94％，以5V为额定电压输出端，所测的交叉调整率为：-7.40％～+4.20％，以7V为额定电压输出端，所测的交叉调整率为：-3.57％～+5.14％。

可见，优化变压器的绕制工艺后，即调整变压器线圈的小数匝之后，3.3V/5.0V/7.0V三路输出的交叉调整率与优化前相比均得到较为明显的改善。小数匝不但可以实现精确的匝比，而且事实上也调整了输出次级的漏感，说明了传统变压器可以实现分数匝，分数匝可以改善多路输出的交叉调整率。

实施例三

本发明还提出一种变压器，包括集成电路板和穿过集成电路板中孔的磁芯，所述集成电路板由多层电路板相互压合形成，每层电路板上设有输出端和绕组线圈，所述绕组线圈包括整数匝和小数匝，所述整数匝为缠绕变压器骨架一圈的线圈匝数，所述小数匝为以变压器上任意两个不同的引脚为起点和终点并缠绕变压器骨架不足一圈的匝数。

所述绕组线圈通过连接不同的输出端改变小数匝的匝数。

所述变压器的骨架为圆形骨架时，根据引脚的位置及引脚对应磁芯中柱的弧度确定小数匝的匝数。

所述两个引脚所对应磁芯中柱的弧度为a，缠绕线圈的匝数为(360±a)/360。

值得一提的是，以上实施例中，不同的结构特征(例如上述的多种连接方式)可以相互组合使用，并不限于各附图所示。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种变压器绕线方法，其特征在于：

根据所需要的多路额定输出电压确定次级线圈理论匝数比；

2.根据权利要求1所述的变压器绕线方法，其特征在于：所述调节所述次级线圈小数匝的匝数的步骤还包括：使线圈连接不同的输出端改变小数匝的匝数使多路次级线圈每一路输出的电压值接近所需要的额定输出电压值。

3.根据权利要求2所述的变压器绕线方法，其特征在于：所述变压器的骨架为圆形骨架时，根据引脚的位置及引脚对应磁芯中柱的弧度确定小数匝的匝数。

4.根据权利要求3所述的变压器绕线方法，其特征在于：所述两个引脚所对应磁芯中柱的弧度为a，缠绕线圈的匝数为(360±a)/360。

5.根据权利要求2所述的变压器绕线方法，其特征在于：所述变压器的骨架为矩形骨架时，根据引脚的位置及线圈缠绕骨架的位置确定小数匝的匝数。

6.一种变压器，其特征在于：包括集成电路板和穿过集成电路板中孔的磁芯，所述集成电路板由多层电路板相互压合形成，每层电路板上设有输出端和绕组线圈，所述绕组线圈包括整数匝和小数匝，所述整数匝为缠绕变压器骨架一圈的线圈匝数，所述小数匝为以变压器上任意两个不同的引脚为起点和终点并缠绕变压器骨架不足一圈的匝数。

7.根据权利要求6所述的变压器，其特征在于：所述绕组线圈通过连接不同的输出端改变小数匝的匝数。

8.根据权利要求7所述的变压器，其特征在于：所述变压器的骨架为圆形骨架时，根据引脚的位置及引脚对应磁芯中柱的弧度确定小数匝的匝数。

9.根据权利要求8所述的变压器，其特征在于：所述两个引脚所对应磁芯中柱的弧度为a，缠绕线圈的匝数为(360±a)/360。

10.根据权利要求7所述的变压器，其特征在于：所述变压器的骨架为矩形骨架时，根据引脚的位置及线圈缠绕骨架的位置确定小数匝的匝数。