CN110783074A - 变压器及其磁芯 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变压器磁芯，通过由外柱体以及设置在所述外柱体内部的内柱体构成，并在所述内柱体的外侧面设置有一圈用于绕制变压器的绕组凹槽，且所述外柱体与所述内柱体的部分外侧面具有等距离的间隙，所述间隙用以形成所述变压器磁芯的气隙。以使得变压器更薄，散热更好，同时能更好地适应多路输出或具有分数匝匝比的场合。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力电子技术，更具体地说，涉及一种变压器及其磁芯。
背景技术
在隔离类模块电源中，有很多电路拓扑具有多路输出功能，反激式变换器(flyback)很多情况下，由于IC本身并非高耐压隔离，需要通过控制原边辅助绕组，来调节控制副边的输出电压。目前高隔离多路输出多采用如图1所示的变压器模块，其由磁芯和绕制有绕组的骨架构成，这种结构的缺点在于，底板有用于绕制绕组的骨架，这个骨架会增加变压器的高度，且骨架的存在会影响到变压器的散热，另外，这种结构的变压器由于出线引脚固定，不便于实现分数匝匝比的情况。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种变压器及其磁芯，以解决现有的变压器不易于实现分数匝匝比以及不适用多路输出场合的问题。
第一方面，提供一种变压器磁芯，包括：
外柱体；以及，
设置在所述外柱体内部的内柱体；
其中，所述内柱体的外侧面设置有一圈凹槽，所述凹槽用于绕制变压器的绕组，且所述外柱体与所述内柱体的部分外侧面具有等距离的间隙。
优选地，其特征在于，所述内柱体构成所述变压器磁芯的中柱，所述外柱体构成所述变压器磁芯的边柱，且所述外柱体与所述内柱体的间隙形成所述变压器磁芯的气隙。
优选地，所述内柱体包括紧密连接的顶部、中部以及底部，且所述中部的径向尺寸小于所述顶部以及所述底部的径向尺寸以形成所述凹槽。
优选地，所述内柱体的顶部、中部以及底部一体成型。
优选地，所述外柱体以及所述内柱体的柱体高度相同。
优选地，所述内柱体的顶部以及底部的外侧面与所述外柱体具有等距离的间隙。
优选地，所述外柱体的顶部设置有多个凹槽，所述凹槽用于穿过所述绕组的引出端。
优选地，所述外柱体的顶部设置有多个焊盘引脚，焊盘引脚用于连接所述绕组的引出端。
优选地，所述焊盘引脚上设置有凹槽，所述凹槽用于放置所述绕组的引出端。
优选地，所述内柱体上与所述外柱体的引出端位置对应地设置有多个卡槽，所述卡槽用于固定所述绕组至所述引出端处。
优选地，所述外柱体的材料为镍锌铁氧体。
优选地，所述内柱体的材料为镍锌铁氧体、锰锌铁氧体或金属粉芯。
优选地，所述内柱体为圆柱体、长方体、正方体、多棱柱或椭圆柱体。
优选地，所述外柱体为中空的圆柱体、长方体、正方体、多棱柱或椭圆柱体。
第二方面，提供一种变压器，包括：
上述的变压器磁芯；以及，
至少两个变压器绕组。
本发明技术通过由外柱体以及设置在所述外柱体内部的内柱体构成，并在所述内柱体的外侧面设置有一圈用于绕制变压器的绕组凹槽，且所述外柱体与所述内柱体的部分外侧面具有等距离的间隙，所述间隙用以形成所述变压器磁芯的气隙。以使得变压器更薄，散热更好，同时能更好地适应多路输出或具有分数匝匝比的场合。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为现有技术的功变压器模块示意图；
图2为一个本发明的变压器磁芯结构的示意图；
图3为本发明的变压器磁芯的纵截面视图；
图4为另一个本发明的变压器磁芯结构的示意图；
图5本发明的变压器磁芯的仰视图；
图6为一个对比例的变压器磁芯的磁路示意图；
图7为一个本发明的变压器磁芯的磁路示意图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。
除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
图2为一个本发明的变压器磁芯结构的示意图。如图2所示，变压器磁芯包括外柱体1以及设置在外柱体1内部的内柱体2。其中，内柱体2的外侧面设置有一圈凹槽，所述凹槽用于绕制变压器的绕组3，且外柱体1与内柱体2的部分外侧面具有等距离的间隙。在本发明实施例中，外柱体1为六棱柱，其内部中空的部分为圆柱体，内柱体2与外柱体1内部中空的部分相适应地也为圆柱体。当然，内柱体2也可以选用圆柱体、长方体、正方体、多棱柱或椭圆柱体等，对应地，外柱体1的中空部分也可以为圆柱体、长方体、正方体、多棱柱或椭圆柱体等，以满足外柱体1与内柱体2的部分外侧面具有等距离的间隙的要求。外柱体1则也可以为圆柱体、长方体、正方体、多棱柱或椭圆柱体等结构。
图3为本发明的变压器磁芯的纵截面视图。如图3所示，内柱体2的纵截面呈“工”字型，内柱体2包括紧密连接的顶部21、中部22以及底部23。优选地，设置中部22的径向尺寸小于顶部21以及底部23的径向尺寸以形成所述凹槽，且顶部21以及底部23的径向尺寸相同，从而也使得内柱体2的顶部21以及底部23的外侧面与外柱体1具有等距离的间隙。以图2所示的磁芯结构为例，则内柱体2为圆柱体时，顶部21、中部22以及底部23均由圆柱体构成，且中部22的横截面半径小于顶部21以及底部23的横截面半径。优选地，顶部21、中部22以及底部23为一体成型。
另外，可以理解的是，内柱体2的柱体高度优选地与外柱体1的柱体高度相同，以最小化磁芯尺寸，并且可以节省磁芯材料。
再次参考图3，在本发明中，由内柱体2构成变压器磁芯的中柱，外柱体1构成变压器磁芯的边柱，由于内柱体2的顶部21、中部22以及底部23紧密连接，不存在间隙，故本发明旨在由外柱体1与内柱体2的等距离间隙形成变压器磁芯的气隙4，以实现高精度的分数匝匝比的变压器。
进一步地，由于本发明的变压器磁芯不需要绕制绕组的骨架，以减小变压器的尺寸，从而将绕组3绕制在内柱体2的凹槽内，为了方便引线，本发明还在外柱体1的顶部设置有多个焊盘引脚11，优选地，可以选用镀银焊盘引脚。焊盘引脚11为薄片，且紧贴在外柱体1的顶部。焊盘引脚11上还设置有凹槽，焊盘引脚11上的凹槽用于放置绕组3的引出端。焊盘引脚11用于连接绕组3的引出端，且焊盘引脚11的放置位置以及数量根据匝比以及变压器的绕组数来确定，同时，变压器的绕组数与输出的路数相关，故具体可以根据变压器的匝比以及输出的路数设置焊盘引脚11。更进一步地，焊盘引脚11的数量由变压器的绕组数或者输出的路数决定，焊盘引脚11的放置位置由变压器的匝比决定。例如，当变压器应用在具有两路输出的反激式变换器中时，则变压器至少具有1个原边绕组以及2个副边绕组，在较多情况下，一般还具有1个辅助绕组，当4个绕组绕制在内柱体2的凹槽内时，需要引出8个引出端，则需要设置8个焊盘引脚11。若每个绕组都是整数匝的，即两个引出端(包括入线端和出线端)在内柱体2的同一位置引出时，对焊盘引脚11的放置位置不做要求。当具有分数匝绕组存在时，例如，原边绕组与副边绕组的匝比需要为100:1时，若内柱体2的凹槽空间有限，无法放置101匝绕组时，可以选择将原边绕组与副边绕组的匝比设置为50:0.5，这样即不改变变压器的匝比，也使得变压器磁芯的窗口面积足以放置原副边的绕组。在这种情况下，可以将用于引出副边绕组的两个焊盘引脚11，设置在角度差为180度的位置，同理，副边绕组的具有1/4匝时，可以将用于引出副边绕组的两个焊盘引脚11，设置在角度差为90度的位置。因此，内柱体2优选地选用圆柱体结构，从而能够提高变压器磁芯在不同匝比下的通用性。同时，在多路输出的场合，变压器有更大的窗口面积可以用于绕制绕组，且引出端的数量和位置可以更加灵活地根据场合来设置，因此，更加适用于多路输出的开关电源中。
再进一步地，内柱体2上与外柱体1的引出端位置对应地设置有多个卡槽21，卡槽21用于固定所述绕组至引出端处。
优选地，为了跟进一步地减小变压器磁芯的尺寸，可以直接在外柱体1的顶部设置有多个凹槽(图中未示出)，所述凹槽的顶部与外柱体1的顶部平齐。将绕组3的引出端内嵌在所述凹槽内，可以省掉一个焊盘引脚的高度。由于相对于现有技术，本发明的变压器可以去掉设置有引出端的底板，因此，更薄的变压器结构可以提供更好的散热效果。
需要说明的是，本发明的技术方案将绕组3的引出端在外柱体1的顶部引出，而不选择在外柱体1的柱体的中部、设置一通孔引出，原因在于：如果引出端在外柱中部的通孔，由于外柱体1由高磁导率磁性材料构成，出线端被磁性材料包围，类似于绕组导线穿过一个铁氧体磁环，由于导线中流经的是较大的功率电流，因此很容易在外柱体1中感生出非常大的磁通，导致边柱(即外磁芯柱)饱和。
在本发明实施例中，由于镍锌铁氧体能提高磁导率和饱和磁感应强度，并使得磁损耗降低，故外柱体1的材料优选为镍锌铁氧体，内柱体2的材料则可以是镍锌铁氧体、锰锌铁氧体或金属粉芯等中的之一。
图4为另一个本发明的变压器磁芯结构的示意图，图5为图4所示的变压器磁芯的仰视图。在本发明实施例中，外柱体1为圆柱体，其内部中空的部分为圆柱体，内柱体2与外柱体1内部中空的部分相适应地也为圆柱体。另外，结合示意图和仰视图可知，仅在变压器磁芯的一端设置有引出端引脚，即优选地将绕组3的引出端设置在变压器的同一端，以最小化变压器磁芯尺寸，这里具体指减小高度。
图6为一个对比例的变压器磁芯的磁路示意图，图7为一个本发明的变压器磁芯的磁路示意图。下面结合磁路示意图陈述本发明的变压器实现分数匝匝比的工作的原理。这里以半匝为例，即原副边匝比为1:1/2，图6中示出了常规的中柱开气隙的EE型变压器结构切面，图7示出了本发明的变压器的切面。其中，空心圆表示原边1匝绕组，阴影圆表示副边0.5匝绕组。图中实线画出的磁通为原边多出的半匝产生的磁通。
可以看出，在图6中，原副边匝比虽然为1:1/2，但是由于原边多出的半匝产生的磁通，绝大多数从边柱走了，而实际走中柱的主磁通非常少，所以实际匝比不能实现1:1/2，且这种变压器磁芯由于边柱没有气隙，磁阻小，所以很容易造成边柱饱和。而图7中本发明的变压器，原边多出的半匝产生的磁通几乎完全从中柱走，因此可以耦合到副边，形成较精确的1:1/2的匝比。
另一方面，图1中示出的现有技术中的变压器理论上也可以实现分数匝，但是由于存在底板，且底板的绕线端与引出端是分开的，绕线端子在对侧，导致引出端位置固定，无法根据匝比调节。反观本发明的变压器结构，并没有底板，无需考虑底板引线而改变变压器引出端的位置。因此，可以通过引出端引脚的角度来精确调整需要的匝数或匝比。
由此可见，本发明的变压器磁芯，通过由外柱体以及设置在所述外柱体内部的内柱体构成，并在所述内柱体的外侧面设置有一圈用于绕制变压器的绕组凹槽，且所述外柱体与所述内柱体的部分外侧面具有等距离的间隙，所述间隙用以形成所述变压器磁芯的气隙。以使得变压器更薄，散热更好，同时能更好地适应多路输出或具有分数匝匝比的场合。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (15)
1.一种变压器磁芯，包括：
外柱体；以及，
设置在所述外柱体内部的内柱体；
其中，所述内柱体的外侧面设置有一圈凹槽，所述凹槽用于绕制变压器的绕组，且所述外柱体与所述内柱体的部分外侧面具有等距离的间隙。
2.根据权利要求1所述的变压器磁芯，其特征在于，所述内柱体构成所述变压器磁芯的中柱，所述外柱体构成所述变压器磁芯的边柱，且所述外柱体与所述内柱体的间隙形成所述变压器磁芯的气隙。
3.根据权利要求1所述的变压器磁芯，其特征在于，所述内柱体包括紧密连接的顶部、中部以及底部，且所述中部的径向尺寸小于所述顶部以及所述底部的径向尺寸以形成所述凹槽。
4.根据权利要求3所述的变压器磁芯，其特征在于，所述内柱体的顶部、中部以及底部一体成型。
5.根据权利要求1所述的变压器磁芯，其特征在于，所述外柱体以及所述内柱体的柱体高度相同。
6.根据权利要求3所述的变压器磁芯，其特征在于，所述内柱体的顶部以及底部的外侧面与所述外柱体具有等距离的间隙。
7.根据权利要求1所述的变压器磁芯，其特征在于，所述外柱体的顶部设置有多个凹槽，所述凹槽用于穿过所述绕组的引出端。
8.根据权利要求1所述的变压器磁芯，其特征在于，所述外柱体的顶部设置有多个焊盘引脚，焊盘引脚用于连接所述绕组的引出端。
9.根据权利要求8所述的变压器磁芯，其特征在于，所述焊盘引脚上设置有凹槽，所述凹槽用于放置所述绕组的引出端。
10.根据权利要求7或8所述的变压器磁芯，其特征在于，所述内柱体上与所述外柱体的引出端位置对应地设置有多个卡槽，所述卡槽用于固定所述绕组至所述引出端处。
11.根据权利要求1所述的变压器磁芯，其特征在于，所述外柱体的材料为镍锌铁氧体。
12.根据权利要求1所述的变压器磁芯，其特征在于，所述内柱体的材料为镍锌铁氧体、锰锌铁氧体或金属粉芯。
13.根据权利要求1所述的变压器磁芯，其特征在于，所述内柱体为圆柱体、长方体、正方体、多棱柱或椭圆柱体。
14.根据权利要求1所述的变压器磁芯，其特征在于，所述外柱体为中空的圆柱体、长方体、正方体、多棱柱或椭圆柱体。
15.一种变压器，包括：
上述权利要求1-14中任一项所述的变压器磁芯；以及，
至少两个变压器绕组。
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Legal Events
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Address after: 210042 302, Xuanwu Road, 7, Xuanwu Road, Xuanwu District, Nanjing, Jiangsu, China, 7 Applicant after: Nanjing Sili Microelectronics Technology Co., Ltd Address before: 210042 302, Xuanwu Road, 7, Xuanwu Road, Xuanwu District, Nanjing, Jiangsu, China, 7 Applicant before: Silergy Semiconductor Technology (Hangzhou) Ltd. |
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Effective date of registration: 20211216 Address after: 230088 Jisi space 1 368, software park, No. 10 Tiantong Road, high tech Zone, Hefei, Anhui Applicant after: Hefei silijie Semiconductor Technology Co.,Ltd. Address before: 210042 Room 302, building 7, 699-27 Xuanwu Avenue, Xuanwu District, Nanjing City, Jiangsu Province Applicant before: Nanjing Sili Microelectronics Technology Co.,Ltd. |