CN107993813A - 开关电源滤波变压器及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及开关电源领域，公开了一种开关电源滤波变压器及其制作方法，解决目前开关电源中变压器和滤波器分离，生产制造成本的问题。本发明的开关电源滤波变压器，包括包线骨架和磁芯；所述骨架为一体式线包骨架，该一体式线包骨架可拆分为两个单独的骨架A和骨架B，所述骨架A上绕制有变压器的初级绕组、次级绕组，所述骨架B上绕制有滤波绕组；所述磁芯包括本体以及从本体延伸出去的延伸部，所述本体安装在所述骨架A中，所述延伸部安装在所述骨架B中。本发明适用于开关电源。

Description

开关电源滤波变压器及其制作方法

技术领域

本发明涉及开关电源领域，特别涉及开关电源滤波变压器及其制作方法。

背景技术

随着开关电源技术飞速发展，磁芯器件设计以及工艺制造也愈发复杂化、小型化，提供质优价廉的磁芯器件将是今后该行业发展的永恒主题。而现今开关电源变压器(功能为：安全隔离、功率传输与转换、电流电压变化等)和输出电流滤波器(功能为：输出直流电流纹波平滑滤波)是开关电源上两种不同功能各自独立使用的磁芯器件。目前，寻求设计制作一种全新磁芯器件，使之既具备开关电源变压器的功能特性又兼顾输出电流滤波器的功能特性，而且可以价廉物美，是当务之急。

如图1和2所示，目前常用的开关电源变压器的常用结构为EE型。

输出电流滤波器常用结构主要有环型滤波器、棒型或工字型滤波器、DR型贴片滤波器、EE型滤波器。环型滤波器：通常提供的电感值一般多在10uH～2mH之间；线圈绕制不方便，需要专门的环形绕线机绕制，0.05mm以下和1.5mm以上线径的漆包线绕组通常没法机器绕制；绕组引出线需要专门工序整形或装配BOBBIN安装底座，这两种工序均会降低生产效率。棒型或工字型滤波器：通常提供的电感值一般多在在5uH～500uH之间。DR型贴片滤波器(工字型滤波器变种)：通常提供的电感值一般多在1nH～1mH之间，多使用在小功率轻薄类开关电源中。EE型滤波器：通常提供的电感值一般多在5uH～5mH之间，在各种开关电源中广泛使用。EE型滤波器优点可以同时实现大电流大电感值，既能实现滤波性能又兼顾生产可制造性，EE型滤波器的结构示意图如图3和4所示。

输出电流滤波器在开关电源中仅仅提供输出电流平滑滤波的作用。相对于开关电源变压器来说，输出电流滤波器所需承载的功率容量非常小。如果像图5和图6所示那样在变压器绕组中直接增加一个滤波绕组来作为输出电流滤波器和开关电源变压器同时使用可行吗？经过实践证明答案是否定的，因为开关电源变压器虽然能正常工作，但电流滤波器不能工作在良好的特性状态下。具体的原因分析如下：单独的输出电流滤波器接入开关电源电路时，里面仅仅只流过电源某一路输出的直流负载电流。但如上图所示的滤波器绕组中，除了有开关电源某一路输出的直流负载电流外，还流过很大的感应电流(因为在同一个磁场中，由电磁感应原理，当变压器初级绕组流过某一电流时，其它绕组一定会感应出相匹配的电流电压)，且滤波绕组两端还会产生较高的电压差(优质的滤波器绕组两端压差非常小，几乎忽略不计)，因此对开关电源输出的直流电流根本没法滤波。

综上所述，研发具备变压器滤波器双重功能的复合体器件，关键必须建立两个各自独立，无相互干扰的闭合磁路来设计开发，也就是变压器在一个闭合磁路工作，滤波器在另一个闭合磁路工作。上述案例失败的根据原因就是两种磁芯器件使用共用磁路，造成电磁相互干扰，不能正常工作所致。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种开关电源滤波变压器及其制作方法，解决目前开关电源中变压器和滤波器分离，生产制造成本的问题。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：开关电源滤波变压器的制作方法，包括步骤：

A.采用热固性材料一次注塑形成可拆分组装的一体式线包骨架；

B.把所述一体式线包骨架拆分成两个单独的骨架A和骨架B；

C.采用漆包线在骨架A上绕制变压器的初级绕组、次级绕组，并将绕组的进出线与CP针焊接；

D.采用漆包线在骨架B上绕制滤波绕组，并把绕制完毕后的骨架B装回到变压器线包骨架上，还原成一体式骨架，并将滤波绕组的进出线与CP线焊接；

E.把磁芯装到还原后的一体式骨架中，其中，所述磁芯包括本体以及从本体延伸出去的延伸部，所述本体用于装到绕制完毕后的骨架A中，所述延伸部用于装到绕制完毕后的骨架B中。

进一步的，所述一体式线包骨架的骨架壁厚大于0.8mm。

进一步的，所述本体呈EE型，所述延伸部呈U型。

开关电源滤波变压器，包括线包骨架和磁芯；所述骨架为一体式线包骨架，该一体式线包骨架可拆分为骨架A和骨架B，所述骨架A上绕制有变压器的初级绕组、次级绕组，所述骨架B上绕制有滤波绕组；所述磁芯包括本体以及从本体延伸出去的延伸部，所述本体安装在所述骨架A中，所述延伸部安装在所述骨架B中。

进一步的，所述一体式线包骨架的骨架壁厚大于0.8mm。

进一步的，所述本体呈EE型，所述延伸部呈U型。

本发明的有益效果是：

(1)、设计思路革新：把只提供单一使用功能的普通磁性器件制作成具有双重功能的小型化复合体器件，属行业首创。

(2)、产品结构新颖独特，解决了电性工作和工艺制造中的两大技术难题：

①、通过零距离无干扰的双磁路设计，解决了双功能器件共用磁路或交叉磁路相互产生电磁干扰而不能正常工作的问题，为小型化复合体器件开关电源滤波变压器正常工作提供了理论支持。

②、通过可拆分可组装的一体式组合模具的设计，解决了非同心同轴的2个线包骨架必须各自单独开模，各自绕线的工艺难题。极大降低了模具费用和骨架成本。原本开2副模具的费用，现在只需支付一副模具费用；原本需要购买一只变压器骨架和一只滤波器骨架(滤波器骨架小而简单，售价大约相当于变压器骨架的30％)，现在只需购买一个一体式骨架，一体式骨架仅仅相当于原变压器骨架售价的1.1倍。使用一体式组合模具，可以只开一副模具，一次注塑制造出可拆分骨架，再各自单独绕线，最后再次组装完成。为降低制作成本、提高生产效率提供了工艺技术支撑。

(3)、大幅提高生产效率：生产一只开关电源滤波变压器，就是在生产一只相同开关电源变压器的基础上仅仅增加多绕一个滤波绕组的工时，从而节约了单独再制作一只滤波器所花费的其它工序所产生的大量工时。也就是说生产一只开关电源滤波变压器和生产一只同类开关电源变压器的工时几乎相当，明显降低了制造成本。

(4)、显著降低了产品材料成本，明显提高了市场竞争力。制造一只开关电源滤波变压器购买的骨架与磁芯与制造一只开关电源变压器购买的骨架与磁芯几乎相当。

(5)、一只单独的开关电源滤波变压器比一只开关电源变压器和一只滤波器的体积之和明显要小。

附图说明

图1为目前开关电源变压器的常用结构正面剖视图；

图2为目前开关电源变压器的常用结构左侧剖视图；

图3为目前开关电源的EE型滤波器正视图；

图4为目前开关电源的EE型滤波器左视图；

图5为一种滤波器、变压器组合方案的正面剖视图；

图6为一种滤波器、变压器组合方案的左侧剖视图；

图7为本发明开关电源滤波变压器的正面剖视图；

图8为图7的A-A剖视图；

图9为本发明中一体式线包骨架结构图；

图10为本发明中一体式线包骨架分离之后的结构图；

图11为本发明中还原后的一体式线包骨架结构图；

图12为本发明中磁芯的剖面结构示意图；

图13为本发明中磁芯安装示意图；

图14为本发明开关电源滤波变压器的磁路图。

图中编号：1为磁芯，11为磁芯的本体，12为磁芯的延伸部，2为变压器的初级绕组，3为变压器的次级绕组，4为绝缘胶带，5为CP针焊，6为骨架，7为滤波器的绕组，L1为变压器部分的磁路，L2为滤波器部分的磁路。

具体实施方式

本发明提供一种开关电源滤波变压器，如图7和8所示，包括骨架6和磁芯1；所述骨架6为一体式线包骨架，该一体式线包骨架6可拆分为两个单独的骨架，两个单独的骨架分记为骨架A和骨架B，骨架A上绕制有变压器的初级绕组2、次级绕组3和绝缘胶带4，骨架B上绕制有滤波绕组7和绝缘胶带4；磁芯1包括本体11以及从本体延伸出去的延伸部12；本体呈EE型，安装在骨架A中；延伸部呈U型，安装在骨架B中。

本发明把开关电源传统的两种磁性器件变压器及滤波器，合二为一，成为一个双重功能的复合体器件，因此命名为开关电源滤波变压器，可以完全替代开关电源变压器和EE型滤波器、棒型或工字型滤波器，适当替代部分环型滤波器，开关电源滤波变压器只采用一个一体式线包骨架、一副铁氧体磁芯，通过巧妙的结构设计和工艺制造达到一个器件，并且滤波器与变压器之间可以如图14所示的那样形成无相互干扰的闭合磁路L1和L2。

为得到上述开关电源滤波变压器，本发明还提供了一种开关电源滤波变压器的制作方法，包括以下步骤：

A.采用热固性塑料T375HF材料，一次注塑形成可拆分组装的一体式线包骨架，一体式线包骨架的结构如图9所示；依照变压器安全认证的相关要求，一体式线包骨架的骨架壁厚应大于0.8mm；

B.如图10所示，把所述一体式线包骨架拆分成两个单独的骨架A和骨架B，骨架A准备用来绕制变压器线包，骨架B准备用来绕制滤波器线包；

C.采用QA-1的漆包线在骨架A上绕制变压器的初级绕组、次级绕组，并把绕组的进出线与CP针焊接良好；

D.采用QA-1的漆包线在骨架B上绕制滤波绕组，如图11所示，再把绕制完毕后的骨架B组装到变压器线包骨架上，还原成一体式骨架，最后把滤波绕组的进出线与CP线焊接良好；

E.设计制作一个EEU形式的磁芯1，并把磁芯1按图13所示的方式组装到还原后的一体式骨架中；如图12所示，该EEU形式的磁芯1包括本体11以及从本体延伸出去的延伸部12，本体11用来装到绕制完毕后的骨架A中，延伸部12用来装到绕制完毕后的骨架B中，装完磁芯1之后，开关电源滤波变压器的结构如图7所示；

F.后面的工序按正常的开关电源变压器，比如磁芯固定、初步测试、浸渍、商标打码、CP线针校正、电性综合测试(变压器和滤波器电性能全部检测)、外观检查、包装等进行完毕。

实施例

以下以单端反激开关电源为例，对本发明进行进一步说明。

1、首先根据变压器的功率容量确定磁芯的功率容积，因为采用大Ae值思路进行电参设计，且设计成散热良好的EEU形式的磁芯结构，最后确定磁芯1的中心柱面积、窗口尺寸等全部参数。磁芯1采用功耗较小的PC44材质，磁芯1结构如图12所示。

2、依照客户指标：单端反激开关电源，工作频率65KHZ,输入电压110VAC/220VAC,输出一36VDC/2.0A。经过计算，样品开关电源滤波变压器的各种参数如下：

初级绕组2电感量460uH±10％

漏感值15uHMAX

初级绕组2的匝数和线径：采用的漆包线绕制36匝

反馈绕组的匝数和线径：采用的漆包线绕制5匝

次级绕组3的匝数和线径：采用根的绞扭漆包线绕制11匝

滤波绕组7的电感量：60uH±10％

滤波绕组7的匝数和线径：采用的绞扭漆包线绕制32匝

通过验算绕组温升、磁芯温升，验算工作磁通密度，测试输入绕组1.5A时DC直流叠加，滤波变压器不饱和。

3、依照开关电源滤波变压器参数设计指标和磁芯1尺寸，设计出相应匹配的一体式骨架6。一体式骨架6设计好后交骨架厂开模完成，一体式骨架材料采用94V-0的T375HF材料压制成型。

4、按设计好的开关电源滤波变压器参数遵循开关电源变压器和滤波器工艺流程完成试制，经过静态参数检测、电源整机测试，所有性能指标完全满足设计要求，实测开关电源滤波变压器实际整机满载温升仅仅44℃。

以上描述了本发明的基本原理和主要的特征，说明书的描述只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (6)

1.开关电源滤波变压器的制作方法，其特征在于，包括步骤：

A.采用热固性材料一次注塑形成可拆分组装的一体式线包骨架；

B.把所述一体式线包骨架拆分成骨架A和骨架B；

C.采用漆包线在骨架A上绕制变压器的初级绕组、次级绕组，并将绕组的进出线与CP针焊接；

D.采用漆包线在骨架B上绕制滤波绕组，并把绕制完毕后的骨架B装回到变压器线包骨架上，还原成一体式骨架，并将滤波绕组的进出线与CP线焊接；

E.把磁芯装到还原后的一体式骨架中，其中，所述磁芯包括本体以及从本体延伸出去的延伸部，所述本体用于装到绕制完毕后的骨架A中，所述延伸部用于装到绕制完毕后的骨架B中。

2.如权利要求1所述的开关电源滤波变压器的制作方法，其特征在于，所述一体式线包骨架的骨架壁厚大于0.8mm。

3.如权利要求1或2所述的开关电源滤波变压器的制作方法，其特征在于，所述本体呈EE型，所述延伸部呈U型。

4.开关电源滤波变压器，包括线包骨架和磁芯；其特征在于，所述骨架为一体式线包骨架，该一体式线包骨架可拆分为骨架A和骨架B，所述骨架A上绕制有变压器的初级绕组、次级绕组，所述骨架B上绕制有滤波绕组；所述磁芯包括本体以及从本体延伸出去的延伸部，所述本体安装在所述骨架A中，所述延伸部安装在所述骨架B中。

5.如权利要求4所述的开关电源滤波变压器，其特征在于，所述一体式线包骨架的骨架壁厚大于0.8mm。

6.如权利要求4或5所述的开关电源滤波变压器，其特征在于，所述本体呈EE型，所述延伸部呈U型。