CN112201457A - 一种高频变压器绕组结构、开关电源电路和电源适配器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于配电变压器领域，公开了一种高频变压器绕组结构、开关电源电路和电源适配器，从内至外分为第一初级绕组、辅助绕组、次级绕组、第二初级绕组；第一初级绕组、辅助绕组、次级绕组、第二初级绕组均绕制在骨架上；第二初级绕组与骨架之间缠绕有一层或多层绝缘胶带；第一初级绕组、辅助绕组、次级绕组、第二初级绕组两两之间缠绕有一层或多层绝缘胶带。本发明省去了屏蔽绕组，一定程度上简化了生产制造难度，并且降低了相关成本；变压器初级绕组采用三明治绕法，有效降低了变压器漏感；变压器初级同名端与电路的开关管漏极相连并且置于变压器结构最内层，同时辅助绕组能够实现较好的电磁兼容性能。

Description

一种高频变压器绕组结构、开关电源电路和电源适配器
技术领域
本发明属于配电变压器领域，尤其涉及一种高频变压器绕组结构、开关电源电路和电源适配器。
背景技术
目前，高频变压器是反激式开关电源中的关键器件，起到功率传递及电压隔离作用。高频变压器的结构设计，对能量转换效率、主开关器件的电压应力、开关电源EMI有很大影响。目前绝大部分变压器设计都会采用添加屏蔽层的方式进行EMI屏蔽，但额外增加的铜箔或绕组不仅增大了变压器漏感，并且提高了成本；对于采用“三明治”式绕法的变压器，通常将初级绕组按匝数平均分为两个部分，导致磁芯窗口占用率偏高或变压器体积偏大，增大漏感量。
专利CN202487310U公开了一种初次级屏蔽高频变压器，设置了两层屏蔽铜箔，虽然减少了电磁干扰，但不方便自动化生产，而且增大了漏感，增大了主开关管的电压应力，增大了开关电源损耗。专利CN203288400U公开了一种反激开关电源中的变压器，其变压器绕组结构由外至里分别为次级绕组、屏蔽层、辅助绕组、初级绕组，其初级绕组没有采用三明治结构分成2部分，变压器漏感较大，并且铜箔屏蔽层不便于自动化生产。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
(1)目前开关电源高频变压器常常采用铜箔或者绕线式屏蔽绕组降低电磁干扰，但是屏蔽绕组减小了变压器绕线窗口可用面积且增加了成本，而且增大变压器漏感。
(2)采用“三明治”式绕法的变压器，将初级绕组按匝数平均分为两个部分，导致磁芯窗口占用率偏高，或变压器体积偏大，增大漏感量。
解决以上问题及缺陷的意义为：
本发明提供了一种高频变压器绕组结构设计，利用辅助绕组及三明治结构初级绕组外层取代屏蔽绕组，起降低电磁干扰作用，漏感小且成本低。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种高频变压器绕组结构、开关电源电路和电源适配器。
本发明是这样实现的，一种高频变压器绕组结构，所述高频变压器绕组结构从内至外分为第一初级绕组、辅助绕组、次级绕组、第二初级绕组；
所述第一初级绕组、辅助绕组、次级绕组、第二初级绕组均绕制在骨架上；
第二初级绕组与骨架之间缠绕有一层或多层绝缘胶带；
所述第一初级绕组、辅助绕组、次级绕组、第二初级绕组两两之间缠绕有一层或多层绝缘胶带。
进一步，第一初级绕组位于最内侧，一端连接主功率器件，另一端连接中间节点；第一初级绕组绕制多层，每层均绕满。
进一步，第二初级绕组位于最外侧，一端连接直流母线正端，另一端连接中间节点，第二初级绕组只绕制层，密绕或疏绕绕满整层。
进一步，次级绕组根据绕组总匝数、次级电流大小、边缘效应与集肤效应因素采用一股或多股线绕制。
进一步，辅助绕组输出电压5-20V，采用单股线或多股并绕绕满整数层。
本发明另一目的在于提供一种搭载所述高频变压器绕组结构的反激式开关电源电路，所述反激式开关电源电路的电路包括：高频变压器绕组结构、主功率器件、控制回路、吸收回路、续流电路、吸收回路和输出滤波电路；
高频变压器绕组结构的第一初级绕组和第二初级绕组的一端连接直流母线正端，另一端连接主功率器件；高频变压器绕组结构的辅助绕组一端接直流母线负端，另一端连接控制回路，为控制回路供电；
高频变压器绕组结构的次级绕组接续流电流及吸收回路；
主功率器件一端接高频变压器绕组结构的第一初级绕组和第二初级绕组的，另一端接直流母线负端；主功率器件受控制回路控制；
吸收回路一端连接直流母线正端，另一端连接主功率器件；
续流回路及其吸收电路一端连接高频变压器次级绕组，一端连接输出滤波电路。
进一步，所述辅助绕组还为控制回路提供电压反馈信号。
进一步，主功率器件为MOSFET、IGBT，或采用IGCT具有主动关断能力的功率开关器件。
本发明另一目的在于提供一种搭载所述高频变压器绕组结构的用于正激或推挽式拓扑的开关电源设备。
本发明另一目的在于提供一种应用所述的高频变压器绕组结构的电源适配器。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：
本发明提供的变压器结构及电路能有效降低电磁干扰，且具有无屏蔽绕组、变压器漏感低的特点，同时具有高的电能转换效率和良好的电磁兼容性能，且实现简单、成本低廉。
本发明所提出的新型变压器结构，省去了屏蔽绕组，一定程度上简化了生产制造难度，并且降低了相关成本；变压器初级绕组采用三明治绕法，有效降低了变压器漏感；变压器初级同名端与电路的开关管漏极相连并且置于变压器结构最内层，同时辅助绕组部分处于第一初级绕组与次级绕组之间，并且采用多股并饶绕法，在一定程度上相当于屏蔽绕组功能，结合电路连接，能够实现较好的电磁兼容性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，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。
图1是本发明实施例提供的高频变压器结构示意图。
图中：1、骨架；2、绝缘胶带；3、第二初级绕组；4、次级绕组；5、辅助绕组；6、第一初级绕组。
图2是本发明实施例提供的典型应用电路示意图。
图3是本发明实施例提供的采用传统结构高频变压器的开关电源传导EMI测试结果。
图4是本发明实施例提供的高频变压器结构的开关电源传导EMI测试结果。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种高频变压器绕组结构及应用其的开关电源电路和电源适配器，下面结合附图对本发明作详细的描述。
下面结合图1对本发明的提供的一种高频变压器绕组结构进行详细描述。
如图1所示，本发明提供的变压器绕组结构从内至外分为第一初级绕组6、辅助绕组5、次级绕组4、第二初级绕组3。
在本发明中，所有绕组绕制在骨架1上。
第二初级绕组6与骨架1之间、各个绕组之间以及绕组最外层可以采用一层或多层绝缘胶带2进行绝缘。
初级绕组分为两个部分绕制，其中第一初级绕组6位于最内侧，一端连接主功率器件，另一端连接中间节点。
在本发明中，第一初级绕组6绕制多层，每层均绕满。
第二初级绕组3位于最外侧，一端连接直流母线正端，另一端连接中间节点，第二初级绕组只绕制1层，密绕或疏绕绕满整层，初级绕组的剩余匝数均安排在第一初级绕组6。
在本发明中，次级绕组4根据绕组总匝数、次级电流大小，考虑边缘效应与集肤效应等因素采用一股或多股线绕制。如次级绕组需绕制多层，则最内层采用密绕绕满，最外层采用密绕、间绕或疏绕绕满。
在本发明中，辅助绕组5输出电压一般为5-20V，采用单股线或多股并绕绕满整数层。
下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。
在具体实施例中，变压器绕组结构的骨架宽度为11.5mm，初级绕组共94匝，采用线径0.3mm漆包线，第一初级绕组密绕绕满两层总共64匝，剩余第二部分绕制30匝，初级绕组总匝数94匝；辅助绕组采用线径为0.18mm的漆包线，4股并绕，绕满1层，共12匝；次级绕组采用线径为0.4mm的三重绝缘线，2股并绕，绕满2层，共27匝。
如图2所示，本发明提供的变压器绕组结构的典型应用电路为反激式开关电源电路，也可以用于正激或推挽式拓扑。
反激式开关电源电路的电路构成主要包括采用所述结构的高频变压器，主功率器件及其控制回路、吸收回路，续流电路及其吸收回路，输出滤波电路。
高频变压器初级绕组一端连接直流母线正端，另一端连接主功率器件；高频变压器辅助绕组一端接直流母线负端，另一端连接控制回路，为控制回路供电，在有些应用中，辅助绕组还为控制回路提供电压反馈信号；高频变压器次级绕组接续流电流及其吸收回路。主功率器件一端接高频变压器初级绕组，另一端接直流母线负端。主功率器件受控制回路控制。吸收回路一端连接直流母线正端，另一端连接主功率器件。续流回路及其吸收电路一端连接高频变压器次级绕组，一端连接输出滤波电路。
在本发明中，主功率器件通常为MOSFET或IGBT，也可以采用IGCT(GTO)等具有主动关断能力的功率开关器件。主功率器件的耐压通常在650-1200V。主功率器件工作在开关状态，开关频率通常在40kHz以上。
下面结合附图对本发明的技术效果进行描述。
图3和图4分别是采用传统结构高频变压器和采用本发明结构高频变压器的开关电源传导电磁干扰的对比，由对比可知，本发明提供的变压器绕组结构有利于提高电磁兼容性能，效果与增加屏蔽绕组相当。
本发明即具有良好的电磁兼容性能；变压器结构中采用辅助绕组代替屏蔽绕组，去掉屏蔽绕组简化了变压器结构，生产更方便并且成本更低。
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；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高频变压器绕组结构，其特征在于，所述高频变压器绕组结构从内至外分为第一初级绕组、辅助绕组、次级绕组、第二初级绕组；
所述第一初级绕组、辅助绕组、次级绕组、第二初级绕组均绕制在骨架上；
第二初级绕组与骨架之间缠绕有一层或多层绝缘胶带；
所述第一初级绕组、辅助绕组、次级绕组、第二初级绕组两两之间缠绕有一层或多层绝缘胶带。
2.如权利要求1所述的高频变压器绕组结构，其特征在于，第一初级绕组位于最内侧，一端连接主功率器件，另一端连接中间节点；第一初级绕组绕制多层，每层均绕满。
3.如权利要求1所述的高频变压器绕组结构，其特征在于，第二初级绕组位于最外侧，一端连接直流母线正端，另一端连接中间节点，第二初级绕组只绕制层，密绕或疏绕绕满整层。
4.如权利要求1所述的高频变压器绕组结构，其特征在于，次级绕组根据绕组总匝数、次级电流大小、边缘效应与集肤效应因素采用一股或多股线绕制。
5.如权利要求1所述的高频变压器绕组结构，其特征在于，辅助绕组输出电压5-20V，采用单股线或多股并绕绕满整数层。
6.一种搭载权利要求1～5任意一项所述高频变压器绕组结构的反激式开关电源电路，其特征在于，所述反激式开关电源电路的电路包括：高频变压器绕组结构、主功率器件、控制回路、吸收回路、续流电路、吸收回路和输出滤波电路；
高频变压器绕组结构的第一初级绕组和第二初级绕组的一端连接直流母线正端，另一端连接主功率器件；高频变压器绕组结构的辅助绕组一端接直流母线负端，另一端连接控制回路，为控制回路供电；
高频变压器绕组结构的次级绕组接续流电流及吸收回路；
主功率器件一端接高频变压器绕组结构的第一初级绕组和第二初级绕组的，另一端接直流母线负端；主功率器件受控制回路控制；
吸收回路一端连接直流母线正端，另一端连接主功率器件；
续流回路及其吸收电路一端连接高频变压器次级绕组，一端连接输出滤波电路。
7.如权利要求6所述的反激式开关电源电路，其特征在于，所述辅助绕组还为控制回路提供电压反馈信号。
8.如权利要求6所述的反激式开关电源电路，其特征在于，主功率器件为MOSFET、IGBT，或采用IGCT具有主动关断能力的功率开关器件。
9.一种搭载权利要求1～5任意一项所述高频变压器绕组结构的用于正激或推挽式拓扑的开关电源设备。
10.一种应用权利要求1-5任意一项所述的高频变压器绕组结构的电源适配器。
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