CN102436914A - 一种原副边绕组组合式结构的高频功率变压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种原副边绕组组合式结构的高频功率变压器，变压器包括内部骨架、中间骨架和外部骨架，内原边绕组绕制在内部骨架上，副边绕组绕制在中间骨架上，外原边绕组绕制在外部骨架上，中间骨架插装在外部骨架内，内部骨架插装在中间骨架内。本发明中的变压器结构和工艺简单且漏感小、安全、可靠性高。

Description

一种原副边绕组组合式结构的高频功率变压器

 

技术领域

    本发明公开一种高频功率变压器，特别是一种原副边绕组组合式结构的高频功率变压器。

背景技术

随着广大消费者的生活水平的逐步提高，人们对各种家用电器的需求也在持续增长，家用电器早已是人们日常生活不可缺少的东西，甚至众多的家电也成为个人财产的一个组成部分。由于家用电器产品本身存在的质量缺陷以及使用操作不当等原因给使用者造成的伤害事故并不少见，因此，人们在购买商品时，从以往的简单地“比价比外观”，过渡到比性能、比安全。而家用电器因用户的频繁接触，所以为了安全起见，目前的家电一般都采用高频开关电源将高压交流市电转换为安全直流电后给家用电器供电。高频开关电源因为直接接入市电，受电网的各种干扰冲击以及自然界气候变化引起的雷击冲击、高低温度以及高湿度的冲击，是众多安全事故发生的根源，因此高频开关电源的高可靠性已是众多电源生产企业的品质基石。而作为高频开关电源的核心功率器件——高频变压器，因为连接在高频开关电源原边与副边之间，一边是可以给用户造成任合伤害的原边电路，一边是用户经常直接接触的副边电路，因此，高频变压器是否符合安规安全要求已是其设计和制造的关键技术，是高频开关电源方案是否可靠的根本。因此各电源生产厂商针对变压器设计和制造工艺控制首先考虑的就是保证高可靠性及安规安全。

目前，高频功率变压器绕组的布置方式通常有以下三种：（1）请参看附图1和附图2，原副边绕组叠绕式结构，在骨架1上绕原边绕组2，然后再叠绕上副边绕组3；（2）请参看附图1和附图3，原副边绕组呈三明治结构，即内外两层原边绕组2把副边绕组3夹在中间；（3）请参看附图1和附图4，原副边绕组交错结构，原边绕组2和副边绕组3交错绕制，即一层原边绕组2，一层副边绕组3，副边绕组与原边绕组相互交错层叠。

为保证安全距离，上述三种方法通常要在每个绕组结束后要加2-3层的绝缘胶带，并且为了加大绕组铜线与PIN脚及磁芯间的安全爬电距离，要在每个绕组两端加3-5mm的挡墙5，整体安规与安全虽然是符合的，但是，因为变压器的制作工艺过于复杂，变压器总体成本居高不下，严重影响开关电源的整体成本；另外，因人工在加绝缘胶带及挡墙时无法控制其完全平整，所以在绕线时必不可免的存在绕组不平整及叠加绕制的状况，这样就会增加变压器的漏感，使其用在电源上后会造成电源整体性能的下降，而且绕组间采用绝缘胶带4隔离存在被机械刺破的风险及高温后绝缘胶带材质软化导致产品绝缘强度降低的风险，从而存在安全方面的隐患。

发明内容

针对上述提到的现有技术中的高频功率变压器制作工艺复杂、存在安全隐患的缺点，本发明提供一种新的原副边绕组组合式结构的高频功率变压器，其包括内原边绕组、副边绕组和外原边绕组，各绕组均采用独立骨架，各绕组绕制完成后组合在一起组成一个完整的变压器。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种原副边绕组组合式结构的高频功率变压器，变压器包括内部骨架、中间骨架和外部骨架，内原边绕组绕制在内部骨架上，副边绕组绕制在中间骨架上，外原边绕组绕制在外部骨架上，中间骨架插装在外部骨架内，内部骨架插装在中间骨架内。 

本发明解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括：

所述的内部骨架一端固定安装有接线引脚，内原边绕组与接线引脚连接。

所述的中间骨架一端固定安装有接线引脚，副边绕组与接线引脚连接。

所述的外部骨架一端固定安装有接线引脚，外原边绕组与接线引脚连接。

所述的内部骨架未设置接线引脚一端的外侧壁厚度比设有接线引脚一端的外侧壁厚。

所述的中间骨架两端侧壁比内部骨架设有接线引脚一端的外侧壁厚。

所述的外部骨架未设置接线引脚一端的外侧壁厚度比设有接线引脚一端的外侧壁厚。

所述的内部骨架和外部骨架上的接线引脚设置在同一端，中间骨架上的接线引脚与外部骨架上的接线引脚设置在异端。

所述的外原边绕组外侧缠绕有绝缘胶带。

本发明的有益效果是：本发明的中的变压器结构和工艺简单且漏感小、安全、可靠性高。本发明因骨架两边已有足够的安全距离，铜线在绕制时已按绕线槽的高度适当选择了铜线线径，并且副边绕组和外原边绕组的骨架内壁隔离在各原副边绕组之间充当了绝缘层，因此内原边绕组和副边绕组在铜线绕制完成后无须再包绝缘胶带隔离，简化了变压器制作工艺，并且使用骨架绝缘代替绝缘胶带绝缘会更加坚固，完全规避了用绝缘胶带隔离存在被刺破的风险及高温后绝缘胶带材质软化导致产品绝缘强度降低的风险，提高了安规安全的可靠度。

下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

图1为常规变压器立体结构示意图。

图2为常规变压器第一种绕制方法局部剖面结构示意图。

图3为常规变压器第二种绕制方法局部剖面结构示意图。

图4为常规变压器第三种绕制方法局部剖面结构示意图。

图5为本发明变压器立体结构示意图。

图6为本发明变压器种绕制方法局部剖面结构示意图。

图7为本发明内部骨架立体结构示意图。

图8为本发明内部骨架正视结构示意图。

图9为本发明中间骨架立体结构示意图。

图10为本发明中间骨架正视结构示意图。

图11为本发明外部骨架立体结构示意图。

图12为本发明外部骨架正式结构示意图。

图13为本发明带有磁芯的分解状态结构示意图。

    图中，1-骨架，2-原边绕组，3-副边绕组，4-绝缘胶带，5-挡墙，6-接线引脚，7-内部骨架，8-中间骨架，9-外部骨架，10-内原边绕组，11-外原边绕组，12-第一加宽位置，13-第二加宽位置，14-内部骨架外侧端，15-外部骨架外侧端，16-内部骨架内侧端，17-磁芯。

具体实施方式

    本实施例为本发明优选实施方式，其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或近似的，均在本发明保护范围之内。

本发明中的高频功率变压器主要包括内原边绕组10、副边绕组3和外原边绕组11，各个绕组（包括原边绕组和副边绕组）均采用独立骨架，各绕组绕制完成后组合在一起组成一个完整的变压器。本实施例中，骨架包括内部骨架7、中间骨架8和外部骨架9，其中内原边绕组10绕制在内部骨架7上，副边绕组3绕制在中间骨架8上，外原边绕组11绕制在外部骨架9上，内部骨架7、中间骨架8和外部骨架9均呈筒状，其中，绕有内原边绕组10的内部骨架7插装在中间骨架8内，绕有副边绕组3的中间骨架10插装在外部骨架9内，形成一个完整的变压器。由于各绕组均绕制在各自独自的骨架上，然后组装在一起，使得骨架绕组绕制工艺简单，适合于规模化和自动化生产，提高了变压器生产效率。本实施例中，内部骨架7一端固定设有接线引脚6，本实施例中，将设有接线引脚6一端定义为内部骨架内侧端16，另一端定义为内部骨架外侧端14，中间骨架8一端固定设有接线引脚6，外部骨架9一端固定设有接线引脚6，本实施例中，将外部骨架9另一端定义为外部骨架内侧端15。本实施例中，内部骨架7和外部骨架9上的接线引脚6设置在同一侧，而中间骨架8上的接线引脚设置在异侧。

请参看附图13，本实施例中，变压器还包括有磁芯17，磁芯17为EE型，当变压器组装完成后，两个E型磁芯对插入内部骨架7中，磁芯中柱插入内部骨架7内壁组成的磁芯插槽中，磁芯其他部分组成的矩形将外部骨架9（或组合完整的变压器）包住。

本实施例中，内部骨架7、中间骨架8和外部骨架9中的每个骨架都结合安规要求，针对副边绕组3与高频变压器磁芯17靠近部分在中间骨架8边上加宽了足够的附合安规的距离，本实施例中，加宽距离为3mm，因磁芯属于原边，而副边绕组3必须保证与磁芯间有足够的安规距离，所以在设计副边绕组3的中间骨架8时，中间骨架8两侧设有加宽位置12、13，加宽位置12、13处的厚度加至附合安规要求的距离宽度，本实施例中，加宽距离为3mm；而内部骨架7和外部骨架9属于用于绕制原边绕组，但内部骨架7的外侧端14及外部骨架9的外侧端15靠近副边绕组3的出线接线引脚（或称为出线PIN，即PIN7、PIN8、PIN9  PIN7、PIN8、PIN9为副边绕组3的出线PIN脚，当输出电压为单路时，副边只有一个绕组，此时根据PCB布局状况任选两个PIN脚用于挂线，另一脚空置；当输出电压为双路时，副边有两个绕组，此时根据PCB布局状况选其中一个脚用于两个绕组接地的公共挂线脚，另两个PIN脚分别用于两个绕组挂线），为保证原边绕组与副边绕组3的出线接线引脚间的安规距离，在设计内部骨架7和外部骨架9时，内部骨架外侧端14和外部骨架外侧端15处的厚度有加至附合安规要求的距离宽度，而内部骨架7的内侧端16处因靠近内原边绕组10出线接线引脚（或称为出线PIN，即PIN1、PIN2  PIN1、PIN2为内原边绕组10的出线PIN脚，分别用于内原边绕组起绕端及结束端的挂线），所以无须加宽。

内原边绕组10、副边绕组3和外原边绕组11中的每个绕组均采用独立骨架，在各骨架绕线完成后，首先将绕有副边绕组3的中间骨架8插入绕有外原边绕组11的外部骨架9中，再将绕有内原边绕组10的内部骨架7插入绕有副边绕组3的中间骨架8中；内原边绕组10与外原边绕组11将副边绕组3夹在中间，原副边绕组间紧密耦合，这样制作成形的高频功率变压器的漏感会很小，另外，副边绕组3和外原边绕组11通过外部骨架9内壁隔离，副边绕组3和内原边绕组10通过中间骨架8内部隔离，外部骨架9和中间骨架8在各原副边绕组之间充当了绝缘层，因此，内原边绕组10和副边绕组3在铜线绕制完成后无须再包绝缘胶带隔离，简化了变压器制做工艺，并且使用骨架绝缘代替绝缘胶带绝缘会更加坚固，完全规避了用绝缘胶带隔离存在被刺破的风险及高温后绝缘胶带材质软化导致产品绝缘强度降低的风险，提高了安规安全的可靠度。

    本发明的原副边绕组组合式结构的高频功率变压器的制造方法如下：

分别将分离的内原边绕组10、副边绕组3和外原边绕组11按变压器设计参数完成绕制。变压器出线脚PIN1、PIN2为内原边绕组10的出线脚，PIN3、PIN4、PIN5、PIN6  PIN3、PIN4、PIN5、PIN6为外原边绕组11的出线PIN脚，外原边绕组只有两个出线端，所以在实际选择挂线脚时根据PCB布局状况任选两个PIN脚用于挂线，另两脚空置；当因设计需要需在变压器上增加一个反馈绕组时，可用两个空置的PIN脚挂线 为外原边绕组11的出线脚，PIN7、PIN8、PIN9为副边绕组3的出线脚；因绕有副边绕组3的中间骨架8内壁隔离在内原边绕组10与副边绕组3之间充当了绝缘层，所以内原边绕组10在铜线绕制完成后无须包绝缘胶带隔离；绕有外原边绕组11的外部骨架9内壁隔离在副边绕组3与外原边绕组11之间充当了绝缘层，所以副边绕组3在铜线绕制完成后无须包绝缘胶带隔离；外原边绕组11在铜线绕制完成后须在外面包三层绝缘胶带4。

各骨架绕线完成后，首先将绕有副边绕组3的中间骨架插入绕有外原边绕组11的外部骨架9中，再将绕有内原边绕组10的内部骨架7插入绕有副边绕组3的中间骨架9中，组装成原副边绕组组合式结构的高频功率变压器；然后再将磁芯装入变压器中，再按变压器制作工艺流程进行真空含浸、烤干后，可正式使用。

传统变压器所有的绕组都要绕制在一个骨架上，而本发明所示的各骨架上只需绕制一个绕组，绕制工艺非常简单，可完全使用机器自动绕制，并且组装工艺也非常简单，较之传统变压器制作可节约一半人力，适合于规模化和自动化生产，提高了变压器生产效率及制造成本。

本发明的中的变压器结构和工艺简单且漏感小、安全、可靠性高。本发明因骨架两边已有足够的安全距离，铜线在绕制时已按绕线槽的高度适当选择了铜线线径，并且副边绕组和外原边绕组的骨架内壁隔离在各原副边绕组之间充当了绝缘层，因此内原边绕组和副边绕组在铜线绕制完成后无须再包绝缘胶带隔离，简化了变压器制作工艺，并且使用骨架绝缘代替绝缘胶带绝缘会更加坚固，完全规避了用绝缘胶带隔离存在被刺破的风险及高温后绝缘胶带材质软化导致产品绝缘强度降低的风险，提高了安规安全的可靠度。

Claims (9)

1.一种原副边绕组组合式结构的高频功率变压器，其特征是：所述的变压器包括内部骨架、中间骨架和外部骨架，内原边绕组绕制在内部骨架上，副边绕组绕制在中间骨架上，外原边绕组绕制在外部骨架上，中间骨架插装在外部骨架内，内部骨架插装在中间骨架内。

2.根据权利要求1所述的原副边绕组组合式结构的高频功率变压器，其特征是：所述的内部骨架一端固定安装有接线引脚，内原边绕组与接线引脚连接。

3.根据权利要求1所述的原副边绕组组合式结构的高频功率变压器，其特征是：所述的中间骨架一端固定安装有接线引脚，副边绕组与接线引脚连接。

4.根据权利要求1所述的原副边绕组组合式结构的高频功率变压器，其特征是：所述的外部骨架一端固定安装有接线引脚，外原边绕组与接线引脚连接。

5.根据权利要求2所述的原副边绕组组合式结构的高频功率变压器，其特征是：所述的内部骨架未设置接线引脚一端的外侧壁厚度比设有接线引脚一端的外侧壁厚。

6.根据权利要求3所述的原副边绕组组合式结构的高频功率变压器，其特征是：所述的中间骨架两端侧壁比内部骨架设有接线引脚一端的外侧壁厚。

7.根据权利要求4所述的原副边绕组组合式结构的高频功率变压器，其特征是：所述的外部骨架未设置接线引脚一端的外侧壁厚度比设有接线引脚一端的外侧壁厚。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的原副边绕组组合式结构的高频功率变压器，其特征是：所述的内部骨架和外部骨架上的接线引脚设置在同一端，中间骨架上的接线引脚与外部骨架上的接线引脚设置在异端。

9.根据权利要求1至7中任意一项所述的原副边绕组组合式结构的高频功率变压器，其特征是：所述的外原边绕组外侧缠绕有绝缘胶带。

Images