CN104376981A - 一种开关电源变压器组合磁芯 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种开关电源变压器组合磁芯，包括两个或两个以上第一磁芯和一个或一个以上第二磁芯，第二磁芯的合成磁路磁体的截面积是第一磁芯的合成磁路磁体的截面积的两倍或两倍以上；第二磁芯的磁柱为第一磁芯磁柱的两倍且位置对称的分布在磁芯磁体的两侧，但第二磁芯的磁体两边的磁柱长度不等进而使磁体两侧的绕线窗口大小不等；所述第一磁芯和第二磁芯的中心磁柱分别绕变压器的初级绕组或次级绕组。本发明所述组合磁芯使得变压器的初级绕组和次级绕组完全绝缘隔离开，解决了常规工艺的变压器的初级绕组和次级绕组双重绝缘的问题以及常规工艺的变压器分布电容带来的不良影响问题，使电源变压器漏感小，传输效率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种开关电源变压器的磁芯，特别是涉及一种适合变压器的多个绕组之间串并联的磁芯。
背景技术
目前，在开关电源中变压器大多都采用图3所示常规结构，变压器的磁芯由上下两半三磁柱的磁芯27和28正对重叠组合而成，中心磁柱33和34正对插入线圈骨架32，变压器的初级绕组和次级绕组都沿磁柱平行方向绕在骨架32的绕线槽中，初级绕组29和次级绕组30之间用绝缘胶布31绝缘隔离，初级绕组29和次级绕组30其中最少要有一个绕组用三层绝缘线绕制或者在绕组两边增加挡墙绝缘胶布来满足安全标准的安全距离的要求，导致工艺复杂，加工费用高。图3所示常规结构的变压器一般在绕组匝数多的情况下绕组需分多层分别绕制，层与层之间会存在层间分布电容，这个电容和变压器的漏感一起谐振产生的电压尖峰给电源带来电压应力高、EMI噪音高、待机功耗高等不良问题，同时，分多层绕制还使得这个绕组的外层和变压器的另一绕组的距离更远，导致初级绕组和次级绕组的电场耦合效应差，变压器的传输效率低。
图4所示是现有的另一种应用磁柱比较短的磁芯的平面变压器结构示意图，变压器的磁芯由上下两半三磁柱的磁芯38和磁芯39正对重叠组合而成，变压器的初级绕组37和次级绕组35都垂直于磁柱绕在中心磁柱上，初级绕组37和次级绕组35以及磁芯38和磁芯39之间分别用绝缘胶布36绝缘隔离。这种结构的磁芯和绕组分布结构，很难做到使初级绕组和次级绕组之间满足双层绝缘以及安全距离的要求，这种结构的变压器一般应用于隔离电压不高的直流到直流的开关电源中，市电供电的交流到直流转换的开关电源或高压开关电源很难应用此种平面变压器。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种能适应开关电源变压器绝缘及效率要求的的磁芯，解决现有开关电源变压器分布电容高、绕制工艺复杂、安全距离和双重绝缘要求难满足，传输效率低的问题。
本发明采用的技术方案是：一种开关电源变压器组合磁芯，包括两个或两个以上第一磁芯和一个或一个以上第二磁芯，第二磁芯的合成磁路磁体的截面积是第一磁芯的合成磁路磁体的截面积的两倍或两倍以上；所述第二磁芯的磁柱为第一磁芯磁柱的两倍且位置对称的分布在磁芯磁体的两侧；所述第二磁芯的磁体两边的磁柱长度不等进而使磁体两侧的绕线窗口大小不等；所述第一磁芯和第二磁芯的中心磁柱分别绕变压器的初级绕组或次级绕组。
一种具体的实现方式是：一第二磁芯设于两个第一磁芯之间组成组合磁芯，两相邻位置的磁芯的磁柱等面积重叠正对，重叠正对的不同磁芯的磁柱之间插入绝缘材料。
另一种具体的实现方式是：两个第二磁芯并列设于两个第一磁芯之间组成组合磁芯，两相邻位置的磁芯的磁柱等面积重叠正对，重叠正对的不同磁芯的磁柱之间插入绝缘材料。
第三种具体的实现方式是：一第二磁芯设于两个第一磁芯之间组成组合磁芯单元，两相邻位置的磁芯的磁柱等面积重叠正对，重叠正对的不同磁芯的磁柱之间插入绝缘材料；多个组合磁性单元并列设置形成组合磁芯。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
（1）所述组合磁芯至少由三个或三个以上的磁芯组成，使得开关电源变压器的初级绕组和次级绕组可以分布在相邻的不同磁芯上，初级绕组和次级绕组之间可以用非常薄的两层或两层以上的绝缘材料隔离开，初级绕组和次级绕组之间重叠的面积比较大，距离比较近，因而初级绕组和次级绕组之间的电场耦合效应比较强，漏感小，保证开关电源变压器的传输效率比较高；
（2）所述组合磁芯，每相邻的两个磁芯之间可以用非常薄的两层或两层以上的绝缘材料隔离开，而开关电源变压器的初级绕组和次级绕组分布在相邻的不同磁芯上，使得开关电源变压器的初级绕组和次级绕组之间的耐压和绝缘距离完全可以满足各国安全标准的要求，工艺简单，易于批量制造；
（3）所述组合磁芯，由两种不同的多磁柱磁芯组合而成，使用时，开关电源变压器的任何一个多匝数的绕组可以分成多段绕制，每一段绕组都可以分别分布到多磁柱的磁芯的绕线窗口中，使得变压器的任何一个多匝数多层分布的绕组的每层之间的距离增大，从而使绕组之间的分布电容减小到忽略不计的程度，使变压器电压应力高、EMI噪音高、待机功耗高等不良问题得到极大改善；
（4）所述组合磁芯，每个磁芯的磁柱都比较短，组合磁芯比较扁平，磁芯的绕线窗口非常适合分布平面型结构的绕组，绕线窗口的占空系数比较高，组合后的磁芯应用于变压器等效于多个小功率变压器通过串并联组合而成的变压器，在输出相同功率的情况下，所述组合磁芯要比常规磁芯体积小，比常规磁芯的传输效率高。
附图说明
图1是本发明所述变压器组合磁芯的实施例一的结构示意图；
图2是本发明所述变压器组合磁芯实施例一应用实例示意图；
图3是一种常规变压器的结构示意图；
图4是另一种常规平面变压器的结构示意图；
图5是本发明所述多磁柱变压器磁芯的组合方式示意图一；
图6是本发明所述多磁柱变压器磁芯的组合方式示意图二；
图7是本发明所述多磁柱变压器磁芯的组合方式示意图三；
图8为本发明所述变压器使用的三磁柱磁芯的俯视图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员理解，下面将结合附图以及实施例对本发明进行进一步详细描述。
如图1、2所示，本实施例中所述开关电源变压器的磁芯，由包含三个磁柱的磁芯2和磁芯3以及包含六个磁柱的磁芯1组合而成。磁芯1的中心磁柱11和磁芯2的中心磁柱8等面积重叠正对，磁芯1的两边磁柱9、10分别和磁芯2的两边磁柱6、7等面积重叠正对；磁芯1的中心磁柱14和磁芯3的中心磁柱17等面积重叠正对，磁芯1的两边磁柱12、13分别和磁芯3的两边磁柱15、16等面积重叠正对；磁芯2和磁芯3的规格及形状可以是常规的三磁柱的E型、ER型、EFD型、EM型、ED型、EPC型、POT型、PQ型、RM型等磁芯，也可以是三磁柱以上的特殊磁芯，磁芯1的形状则是与磁芯2和磁芯3的形状相对应的特殊的六磁柱或者六磁柱以上的磁芯。
其中，磁芯1的磁体25两边各分布两个位置相对的绕线窗口和三个磁柱9、10、11，一边的绕线窗口分布变压器第一绕组的一半21，另一边的绕线窗口分布变压器第一绕组的另一半19和第二绕组20，磁芯的磁体两边的中心磁柱11和中心磁柱14的长度以及磁体两边分布的绕线窗口是非对称的，以便匹配变压器的第一绕组和第二绕组，使变压器的占空系数提高。
磁芯2的绕线窗口用于绕制变压器的第三绕组的一半18，磁芯3的绕线窗口用于绕制变压器的第3绕组的另一半22以及变压器的第四绕组23；所有的绕组都是垂直于中心磁柱的平面分布的扁平绕组；磁芯1和磁芯2之间插入非常薄的两层或两层以上的绝缘材料4，磁芯1和磁芯3之间插入非常薄的两层或两层以上的绝缘材料5。由于插入了两层或两层以上绝缘材料，使得变压器的第一绕组、第二绕组与变压器的第三绕组、第四绕组之间完全绝缘隔离开来，而且能够满足双重绝缘的安全标准要求。
本发明中，每个磁芯的绕线窗口都只分布一个分成多段绕组的其中一个单层绕组，能够使得每个绕组的分布电容降到最小。
图5-7是本发明的所述组合磁芯另外三种实施例示意图，适合匝数多，绕组层数多的变压器应用。其中图5是组合磁芯的中间是两个并列设置且磁柱重叠正对第二磁芯1，另两个第一磁芯2和第一磁芯3分列两边组合而成。图6是一个第二磁芯1介于两个相同的第二磁芯2和第二磁芯3之间，磁芯1的磁柱分别和磁芯2和磁芯3相对的磁柱重叠正对设置组成一个磁芯单元，然后与另一个类似组合的磁芯单元并列组合而成。图7是一个第一磁芯1介于两个不同的第二磁芯之间，磁芯2和磁芯3的磁柱长度不同，但磁柱的截面积相同，磁芯1的磁柱分别和磁芯2或磁芯3相对的磁柱重叠正对设置组成磁芯单元，然后与另一个类似组合的磁芯单元再重叠正对组合在一起。本发明的其他实现方式在此不一一列举，只要是由多磁柱磁芯位于中间，且有两个对应的磁芯位于两侧，与中间磁性正对设置，再有类似的组合一起，组成的组合磁芯均在本发明保护范围内。
以上为本发明优选的实现方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种开关电源变压器组合磁芯，其特征在于：包括两个或两个以上第一磁芯和一个或一个以上第二磁芯，第二磁芯的合成磁路磁体的截面积是第一磁芯的合成磁路磁体的截面积的两倍或两倍以上；所述第二磁芯的磁柱为第一磁芯磁柱的两倍且位置对称的分布在磁芯磁体的两侧，但第二磁芯的磁体两边的磁柱长度不等进而使磁体两侧的绕线窗口大小不等；所述第一磁芯和第二磁芯的中心磁柱分别绕变压器的初级绕组或次级绕组。
2.如权利要求1所述的开关电源变压器组合磁芯，其特征在于：一第二磁芯设于两个第一磁芯之间组成组合磁芯，两相邻位置的磁芯的磁柱等面积重叠正对，重叠正对的不同磁芯的磁柱之间插入绝缘材料。
3.如权利要求1所述的开关电源变压器组合磁芯，其特征在于：两个第二磁芯并列设于两个第一磁芯之间组成组合磁芯，两相邻位置的磁芯的磁柱等面积重叠正对，重叠正对的不同磁芯的磁柱之间插入绝缘材料。
4.如权利要求1所述的开关电源变压器组合磁芯，其特征在于：一第二磁芯设于两个第一磁芯之间组成组合磁芯单元，两相邻位置的磁芯的磁柱等面积重叠正对，重叠正对的不同磁芯的磁柱之间插入绝缘材料；多个组合磁性单元并列设置形成组合磁芯。
5.如权利要求1所述的开关电源变压器组合磁芯，其特征在于：所述第一磁芯为E型、ER型、EFD型、EM型、ED型、EPC型、POT型、PQ型或RM型中任意一种三磁柱磁芯；第二磁芯为形状与第一磁芯形状相对应的六磁柱磁芯。
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