CN114005653B - 一种变压器、开关电源及通信设备 - Google Patents

一种变压器、开关电源及通信设备 Download PDF

Info

Publication number
CN114005653B
CN114005653B CN202010739572.7A CN202010739572A CN114005653B CN 114005653 B CN114005653 B CN 114005653B CN 202010739572 A CN202010739572 A CN 202010739572A CN 114005653 B CN114005653 B CN 114005653B
Authority
CN
China
Prior art keywords
winding
primary
transformer
magnetic
windings
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010739572.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114005653A (zh
Inventor
谭威
王宁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huawei Technologies Co Ltd
Original Assignee
Huawei Technologies Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huawei Technologies Co Ltd filed Critical Huawei Technologies Co Ltd
Priority to CN202010739572.7A priority Critical patent/CN114005653B/zh
Publication of CN114005653A publication Critical patent/CN114005653A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114005653B publication Critical patent/CN114005653B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/30—Fastening or clamping coils, windings, or parts thereof together; Fastening or mounting coils or windings on core, casing, or other support
    • H01F27/306—Fastening or mounting coils or windings on core, casing or other support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/341—Preventing or reducing no-load losses or reactive currents
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2804—Printed windings
    • H01F2027/2819—Planar transformers with printed windings, e.g. surrounded by two cores and to be mounted on printed circuit

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Coils Of Transformers For General Uses (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

一种变压器、开关电源及通信设备。变压器包括磁芯、原边绕组和副边绕组。磁芯包括第一盖板、第二盖板以及设置于第一盖板和第二盖板之间的第一磁柱和第二磁柱。原边绕组包括串联的第一原边分绕组和第二原边分绕组。副边绕组包括并联的第一副边分绕组和第二副边分绕组，第一原边分绕组和第一副边分绕组均绕于第一磁柱，第二原边分绕组和第二副边分绕组均绕于第二磁柱。第一原边分绕组与第一副边分绕组的匝比为N，第二原边分绕组与第二副边分绕组的匝比为k，变压器的原边电压Vp与变压器的副边电压Vs满足：Vp＝(N+k)Vs；N为大于或等于0的自然数，k为小于或等于1的分数。本申请的变压器可以满足各种应用场景下的电压转换要求，且绕组损耗低。

Description

一种变压器、开关电源及通信设备
技术领域
本申请涉及电气元件技术领域，特别涉及一种变压器、开关电源及通信设备。
背景技术
为了顺应半导体技术的飞速发展，提升开关电源的功率密度，减小功率磁件的体积，开关电源的开关频率不断提升，其从几十kHz级到百kHz级再到目前的MHz级。
由于开关电源中的变压器主要包括磁芯，以及绕于磁芯上的绕组。在对绕组通交流电流时，随着开关频率越来越高，绕组的趋肤效应越明显，绕组的损耗就越大。目前，在开关电源中，绕组的损耗已经超过了40％。因此，如何降低绕组的损耗已成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。
发明内容
本申请实施方式的目的在于提供一种变压器、开关电源及通信设备，用以解决变压器的绕组损耗大的问题。
第一方面，本申请实施方式提供一种变压器，该变压器包括磁芯、原边绕组和副边绕组。其中：磁芯包括第一盖板、第二盖板以及设置于第一盖板和第二盖板之间的第一磁柱和第二磁柱。原边绕组包括第一原边分绕组和第二原边分绕组，第一原边分绕组和第二原边分绕组串联连接。副边绕组包括第一副边分绕组和第二副边分绕组，第一副边分绕组和第二副边分绕组并联连接。第一原边分绕组和第一副边分绕组均绕于第一磁柱，第二原边分绕组和第二副边分绕组均绕于第二磁柱。第一原边分绕组与第一副边分绕组的匝比为N，第二原边分绕组与第二副边分绕组的匝比为k，变压器的原边电压Vp与变压器的副边电压Vs之间满足：Vp＝(N+k)Vs，其中，N为大于或等于0的自然数，k为小于或等于1的分数。
在本申请实施例的变压器中，可使原边绕组包括两个端头，该两个端头分别与原边开关电路连接以形成原边电路。另外，第一副边分绕组和第二副边分绕组分别与整流电路连接以形成副边电路，且第一副边分绕组和第二副边分绕组输出的电压相同。原边电路、磁芯以及副边电路实现变压器的功率转换功能。
采用本申请实施例的变压器，通过将原边绕组和副边绕组的匝比分为整数部分和分数部分的方式，并按照匝比的整数部分以及分数部分将原边绕组拆分为第一原边分绕组和第二原边分绕组，将副边绕组拆分为第一副边分绕组和第二副边分绕组，其可以满足各种应用场景下对于匝比的设置要求，从而满足对变压器的变压的要求。另外，通过对原边绕组和副边绕组进行拆分，可以使每个磁柱上所绕的线圈的匝数较少，从而可降低绕组的损耗。
在具体设置第一磁柱时，第一磁柱的数量可以为一个或者多个。当第一磁柱为多个时，该多个第一磁柱可呈阵列进行排布。此时，在每个第一磁柱上同时绕有第一原边绕组和第一副边分绕组，这样可使绕于多个第一磁柱上的第一原边分绕组和第一副边分绕组也呈阵列排布。通过将第一磁柱设置为多个，在第一原边分绕组的总匝数和第一副边分绕组的总匝数一定的情况下，可以使每个第一磁柱上所绕的线圈的匝数较少，从而在降低绕组损耗的基础上，有利于实现变压器的减薄设计。
在本申请一个可能的实现方式中，第一原边分绕组为多个，在将该多个第一原边分绕组进行连接时，多个第一原边分绕组串联，或者该多个第一原边分绕组并联，又或者多个第一原边分绕组中，同时存在串联连接和并联连接。
另外，该多个第一原边分绕组串联设置时。在具体将第一原边分绕组绕于多个第一磁柱上时，可以但不限于使该多个第一原边分绕组呈8字形绕于多个第一磁柱上。
在本申请一个可能的实现方式中，第一副边分绕组为多个，该多个第一副边分绕组可以并联连接，或者该多个第一副边分绕组串联连接，又或者多个第一副边分绕组中，同时存在串联连接和并联连接。
在具体设置第二磁柱时，第二磁柱的数量可以为一个或者多个。当第二磁柱为多个时，该多个第二磁柱可呈阵列进行排布。此时，在每个第二磁柱上同时绕有第二原边绕组和第二副边分绕组，这样可使绕于多个第二磁柱上的第二原边分绕组和第二副边分绕组也呈阵列排布。通过将第二磁柱设置为多个，在第二原边分绕组的总匝数和第二副边分绕组的总匝数一定的情况下，可以使每个第二磁柱上所绕的线圈的匝数较少，从而在降低绕组损耗的基础上，有利于实现变压器的减薄设计。
在本申请一个可能的实现方式中，第二原边分绕组为多个，在将该多个第二原边分绕组进行连接时，多个第二原边分绕组串联，或者该多个第二原边分绕组并联，又或者该多个第二原边分绕组中，同时存在串联连接和并联连接。
另外，该多个第二原边分绕组串联设置时。在具体将第二原边分绕组绕于多个第二磁柱上时，可以但不限于使该多个第二原边分绕组呈8字形绕于多个第二磁柱上。
在本申请一个可能的实现方式中，第二副边分绕组为多个，该多个第二副边分绕组可以并联连接，或者该多个第二副边分绕组串联连接，又或者该多个第二副边分绕组中，同时存在串联连接和并联连接。
由于当磁通密度变化量相同时，磁柱的有效截面积与对应的磁柱上的绕组的匝数成反比。因此，在本申请一个可能的实现方式中，可根据绕于第一磁柱上的第一副边分绕组的匝数和绕于第二磁柱上的第二副边分绕组的匝数来对第一磁柱和第二磁柱的有效截面积进行设置。示例性的，可使第一磁柱的有效截面积大于第二磁柱的有效截面积，这样可使第一磁柱上的第一副边分绕组的匝数小于第二磁柱上的第二副边分绕组的匝数，从而可利于实现变压器的原副边的分数匝比设置。可以理解的是，在另外一些实现方式中，也可以使第一磁柱的有效截面积等于第二磁柱的有效截面积，这时第一磁柱上的第一副边分绕组的匝数与第二磁柱上的第二副边分绕组的匝数相等。
为了使原边绕组和副边绕组能够稳定的绕于第一磁柱和第二磁柱，在本申请一个可能的实现方式中，变压器还可以包括支撑板。其中，该支撑板包括至少一个层结构，这样可将原边绕组和副边绕组设置于支撑板的层结构，以使支撑板对原边绕组和副边绕组起到稳定支撑的作用。
另外，当支撑板包括多个层结构时，原边绕组与副边绕组可交替设置于支撑板的不同的层结构上。或者，原边绕组中的部分与副边绕组的部分设置于支撑板的相同的层结构上，另一部分分别设置于不同的层结构上。由于不同层结构上的原边绕组或副边绕组需要连接，故可在支撑板上开设供原边绕组和/或副边绕组穿过的过孔。
第二方面，本申请实施例还提供了一种开关电源，该开关电源包括原边开关电路、整流电路和第一方面的变压器，变压器的原边绕组与原边开关电路连接形成原边电路，变压器的副边绕组与整流电路连接，形成副边电路。
该开关电源的原边电路、磁芯以及副边电路实现开关电源的电压转换功能，以用于满足各种场景下的变压要求。并且，开关电源中的变压器通过对原边绕组和副边绕组进行拆分，可以使每个磁柱上所绕的线圈的匝数较少，从而可降低绕组的损耗，进而可降低开关电源的损耗。
第三方面，本申请实施例还提供了一种通信设备，该通信设备包括第二方面的开关电源。其中，开关电源的原边电路与电源连接，开关电源的副边电路与负载连接。
该通信设备中的开关电源能满足通信设备的变压要求，并且，开关电源中的变压器通过对原边绕组和副边绕组进行拆分，可以使每个磁柱上所绕的线圈的匝数较少，从而可降低绕组的损耗，进而可降低通信设备的损耗。
附图说明
图1为本申请实施例提供的变压器的工作原理示意图；
图2为本申请一实施例提供的变压器的绕组系统示意图；
图3a为本申请一实施例提供的变压器的绕组的2*N阶矩阵；
图3b为本申请另一实施例提供的变压器的绕组的2*N阶矩阵；
图4为本申请一实施例提供的变压器的结构示意图；
图5为本申请另一实施例提供的变压器的结构示意图；
图6为本申请另一实施例提供的变压器的结构示意图；
图7为本申请另一实施例提供的变压器的结构示意图；
图8为本申请一实施例提供的变压器的磁芯排布示意图；
图9a为本申请一实施例提供的变压器的原边绕组的绕线方式示意图；
图9b为本申请另一实施例提供的变压器的原边绕组的绕线方式示意图；
图10a为本申请一实施例提供的变压器的副边绕组的绕线方式示意图；
图10b为本申请另一实施例提供的变压器的副边绕组的绕线方式示意图；
图11为本申请另一实施例提供的变压器的绕组系统示意图；
图12a-12h为本申请另一实施例提供的变压器的原边绕组的绕线方式示意图；
图13为本申请一实施例提供的变压器的磁芯排布示意图；
图14a为本申请一实施例提供的变压器的原边绕组的绕线方式示意图；
图14b为本申请另一实施例提供的变压器的原边绕组的绕线方式示意图；
图15a为本申请一实施例提供的变压器的副边绕组的绕线方式示意图；
图15b为本申请另一实施例提供的变压器的副边绕组的绕线方式示意图；
图16为本申请另一实施例提供的变压器的绕组系统示意图；
图17a-17h为本申请另一实施例提供的变压器的原边绕组的绕线方式示意图；
图18为本申请另一实施例提供的变压器的原边绕组的绕线方式示意图；
图19为本申请另一实施例提供的变压器的原边绕组的绕线方式示意图；
图20-28为本申请其它实施例提供的变压器的原边绕组的绕线方式示意图。
附图标记：
101-磁芯；1011-磁柱；10111a，10111b，10111c，10111d，10111e，10111f-第一磁柱；
10112a，10112b-第二磁柱；1012-第一磁芯盖板；1013-第二磁芯盖板；102-原边绕组；
1021-第一原边分绕组；1022-第二原边分绕组；103-副边绕组；1031-第一副边分绕组；1032-第二副边分绕组；104-原边开关电路；105-整流电路；106-过孔。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。
变压器是利用电磁感应原理工作的，图1为变压器的工作原理示意图。变压器的主要部件是磁芯101和缠绕在磁芯101两侧的绕组。两个互相绝缘且匝数不同的绕组分别套装在磁芯101上，两绕组间只有磁的耦合而没有电的联系，其中接电源U1的绕组称为原边绕组102，用于接负载的绕组称为副边绕组103。原边绕组102加上电源的交流电压U1后，绕组中便有电流I1通过，在磁芯101中产生与U1同频率的交变磁通Φ，根据电磁感应原理，将分别在两个绕组中感应出电动势E1和E2。其中，电动势E1和E2与交变磁通Φ、原边绕组102和副边绕组103的关系如公式[1]和公式[2]所示。
上述公式中，“-”号表示感应电动势总是阻碍磁通的变化、N1为原边绕组的匝数、N2为副边绕组的匝数。
可见，若把负载接在副边绕组103上，则在电动势E2的作用下，有电流I2流过负载，实现了电能的传递。由上式可知，原边绕组102、副边绕组103感应电动势的大小与绕组匝数成正比，故只要改变原边绕组102、副边绕组103的匝数，就可达到改变电压的目的，这就是变压器的基本工作原理。
目前，为了提高开关电源的功率密度，减少功率磁件的体积，开关电源的开关频率不断提升。随着开关频率的提升，变压器中的绕组的损耗越来越大。由于绕组的匝数越多，绕组的损耗越大，因此，降低绕组的匝数是降低绕组损耗的有效方法。
原边绕组102的匝数与副边绕组103的匝数的比值称为匝比。为了降低损耗，从匝比设计的角度来看，如果要实现非整数匝比，副边绕组103就不可能为1匝。例如原边绕组102的匝数Np，与副边绕组103的匝数Ns的匝比Np/Ns＝2.5，则此时最小的匝数设计：原边匝数Np＝5匝，副边匝数Ns＝2匝。另外一种情况下，匝比Np/Ns＝2.33，则最小的匝数设计：原边Np＝7匝，副边匝数Ns＝3匝。而副边的多匝数，必然导致变压器的磁件空间利用率低，绕组损耗大。
本申请实施例提供的变压器旨在解决上述问题，以在满足原边绕组102和副边绕组103匝比要求的基础上，降低绕组损耗。
参照图2，图2为本申请一个可能的实施例的变压器的工作原理示意图。本申请实施例的变压器包括磁芯101，以及原边绕组102和副边绕组103。其中，原边绕组102具有两个端头，分别为端头Pt11和端头Pt22，该端头Pt11和端头Pt12分别与原边开关电路104连接，以形成原边电路。副边绕组103与整流电路105连接，以形成副边电路。原边电路、磁芯101以及副边电路实现变压器的功率转换功能。
在本申请实施例中，为了满足变压器的变压要求，在对原边绕组102和副边绕组103的匝比进行设计时，可将该匝比分为整数匝比部分N和分数匝比部分k，则变压器的原边绕组102和副边绕组103的总匝比可用N+k表示。此时，变压器的原边电压Vp，和副边电压Vs之间满足公式[3]：
Vp＝(N+k)Vs……公式[3]
其中，N为大于或等于0的自然数，k为小于或等于1的分数。
在本申请实施例中，可使原边绕组102中对应于匝比的整数匝比部分的匝数为Np1，对应于匝比的分数匝比部分的匝数为Np2。副边绕组103中对应于匝比的整数匝比部分的匝数为Ns1，对应于匝比的分数匝比部分的匝数为Ns2。结合变压器的工作原理，在本申请实施例中，可将对应于匝比的整数匝比部分的原边绕组102的匝数为Np1的部分，以及副边绕组103的匝数为Ns1的部分绕于同一组磁芯。将对应于匝比的分数匝比部分的原边绕组102的匝数为Np2的部分，以及副边绕组103的匝数为Ns2的部分绕于同一组磁芯。则变压器的原边电压Vp，和副边电压Vs之间满足公式[4]：
其中，
参照图2，当按照匝比的整数部分以及分数部分对原边绕组102以及副边绕组103的绕线匝数分别进行拆分时，在本申请实施例中，原边绕组102可以分为第一原边分绕组和第二原边分绕组，副边绕组103可以分为第一副边分绕组和第二副边分绕组。其中，第一原边分绕组对应匝比的整数部分设置，第二原边分绕组对应匝比的分数部分设置，第一原边分绕组和第二原边分绕组串联连接，第一原边分绕组为一个或者多个，第二原边分绕组为一个或者多个。第一原边分绕组为多个时，该多个第一原边分绕组串联，或者该多个第一原边分绕组并联。又或者，该多个第一原边分绕组中，同时存在串联连接和并联连接，示例性的，第一原边分绕组为三个，该三个第一原边分绕组通过先串联，再并联的方式连接，或者通过先并联再串联的方式连接，即在将多个第一原边分绕组进行连接时，部分第一原边分绕组串联连接，部分第一原边分绕组并联连接。相类似的，第二原边分绕组为多个时，该多个第二原边分绕组串联，或者该多个第二原边分绕组并联。又或者，该多个第二原边分绕组中，同时存在串联连接和并联连接，即在将多个第二原边分绕组进行连接时，部分第二原边分绕组串联连接，部分第二原边分绕组并联连接。
第一副边分绕组对应匝比的整数部分设置，第二副边分绕组对应匝比的分数部分设置，第一副边分绕组和第二副边分绕组并联连接，第一副边分绕组为一个或者多个，第二副边分绕组为一个或者多个。第一副边分绕组为多个时，该多个第一副边分绕组串联，或者该多个第一副边分绕组并联。又或者，该多个第一副边分绕中，同时存在串联连接和并联连接，示例性的，第一副边分绕组为三个，该三个第一副边分绕组通过先串联，再并联的方式连接，或者通过先并联再串联的方式连接，即在将多个第一副边分绕组进行连接时，部分第一副边分绕组串联连接，部分第一副边分绕组并联连接。相类似的，第二副边分绕组为多个时，该多个第二副边分绕组串联，或者该多个第二副边分绕组并联。又或者，该多个第二副边分绕组中，同时存在串联连接和并联连接，示例性的，第二副边分绕组为三个，该三个第二副边分绕组通过先串联，再并联的方式连接，或者通过先并联再串联的方式连接，即在将多个第二副边分绕组进行连接时，部分第二副边分绕组串联连接，部分第二副边分绕组并联连接。
在图2所示的实施例中，以原边绕组102包括一个第一原边分绕组1021和一个第二原边分绕组1022为例。其中，第一原边分绕组1021的匝数为Np1，其对应于匝比的整数部分；第二原边分绕组1022的匝数为Np2，其对应于匝比的分数部分。
从第一原边分绕组1021引出端头Pt11和端头Pt12，第二原边分绕组1022引出端头Pt21和端头Pt22，端头Pt12和端头Pt21相连接，以使第一原边分绕组1021和第二原边分绕组1022串联后通过端头Pt11和端头Pt12分别与原边开关电路104连接。
全波整流可以把完整的输入波形转成同一极性来输出。由于其可以充分利用到原交流波形的正、负两部分，并转成直流，因此更有效率。因此，在具体设置副边电路时，与副边绕组103连接的整流电路105可以但不限于为全波整流电路。全波整流有中心端头式与桥式，在本申请实施例中以采用中心端头式的全波整流电路为例对副边绕组103的设置方式进行说明。而桥式全波整流为本领域技术人员熟知的整流方式，因此，本领域技术人员在本申请以采用中心端头式的全波整流电路为例对副边绕组103进行设置的实施例的基础上，能够得到对应的采用桥式全波整流电路时，副边绕组103的具体设置方式，其也在本申请的保护范围之内。
在本申请一个可能的实施例中，具体设置副边绕组103时。在图2所示的实施例中，副边绕组103包括一个第一副边分绕组1031和一个第二副边分绕组1032。其中，第一副边分绕组1031的匝数为Ns1，其对应于匝比的整数部分；第二副边分绕组1032的匝数为Ns2，其对应于匝比的分数部分。
从第一副边分绕组1031引出端头St1、端头St2以及中心端头St01，其中端头St1和端头St2与整流电路105连接，并经整流电路105整流后输出为同一极性，中心端头St01输出另一极性。
相类似的，从第二副边分绕组1032引出端头St3、端头St4以及中心端头St02，其中端头St3和端头St4与整流电路105连接，并经整流电路105整流后输出为同一极性，中心端头St02输出另一极性。可以理解的是，在本申请实施例中，可使端头St1和端头St2，与端头St3和端头St4经整流后输出为同一电极；使中心端头St01与中心端头St02输出为同一电极。以使第一副边分绕组1031和第二副边分绕组1032整流后并联输出。
另外，由于在副边绕组103中，第一副边分绕组1031，与第二副边分绕组1032并联设置，其输出的电压相同。则当第一副边分绕组1031所绕的磁柱的有效截面积为Ae1，Ae1中磁通密度变化量ΔB1；第二副边分绕组1032所绕的磁柱的有效截面积为Ae2，Ae2中磁通密度变化量ΔB2，另外，磁柱材料的相对磁导率均为μr；真空磁导率为μo时。则第一副边分绕组1031的电压Vs1，和第二副边分绕组1032的电压Vs2之间满足公式[5]：
根据公式[5]可知，当磁通密度变化量ΔB1与磁通密度变化量ΔB2相同时，磁柱的有效截面积与对应的磁柱上的绕组的匝数成反比，即对应的磁柱上的绕组的匝数越多，磁柱的有效截面积越小，对应的磁柱上的绕组的匝数越少，磁柱的有效截面积越多。
示例性的，如表1所示，表1中给出了一些分数匝比场景下，匝比的整数部分以及分数部分的分配方式，以及原边绕组102的第一原边分绕组的匝数Np1和第二原边分绕组的匝数Np2，以及副边绕组103的第一副边分绕组的匝数Ns1和第二副边分绕组的匝数Ns2的设置方式。
表1
Vp/Vs Vp/Vs N k Np1 Ns1 Np2 Ns2
1.33 4/3 1 1/3 1 1 1 3
1.50 3/2 1 1/2 1 1 1 2
1.67 5/3 1 2/3 1 1 2 3
2.33 7/3 2 1/3 2 1 1 3
2.50 5/2 2 1/2 2 1 1 2
2.67 8/3 2 2/3 2 1 2 3
3.33 10/3 3 1/3 1 1 1 3
2.50 7/2 3 1/2 3 1 1 2
3.67 11/3 3 2/3 3 1 2 3
4.33 13/3 4 1/3 3 1 1 3
4.50 9/2 4 1/2 2 1 1 2
4.67 14/3 4 2/3 4 1 2 3
5.33 16/3 5 1/3 4 1 1 3
5.50 11/2 5 1/2 4 1 1 2
5.67 17/3 5 2/3 3 1 2 3
另外，在本申请实施例中，原边绕组102中对应于匝比的整数匝比部分的匝数为Np1的部分，以及副边绕组103中对应于匝比的整数匝比部分的匝数为Ns1的部分可以分别拆分为M1*N1阶矩阵设计(即M1*N1个第一原边分绕组，或M1*N1个第一副边分绕组)。相类似的，原边绕组102中对应于匝比的分数匝比部分的匝数为Np2的部分，以及副边绕组103中对应于匝比的分数匝比部分的匝数为Ns2的部分可以分别拆分为M2*N2阶矩阵设计(即M1*N1个第二原边分绕组，或M1*N1个第二副边分绕组)。其中，可使M1>＝M2；N1>＝N2，M1，M2，N1，N2为自然整数。
示例性的，参照图3a和图3b，在图3a和图3b中展示了将原边绕组102中对应于匝比的整数匝比部分的匝数为Np1的部分，以及副边绕组103中对应于匝比的整数匝比部分的匝数为Ns1的部分分别拆分为2*N阶矩阵时的设置方式。其中，在图3a和图3b中，用Np_n1表示原边绕组102中匝数为Np1的部分拆分得到的2*N阶矩阵中的第一排第n个位置处的第一原边分绕组，用Ns_n1表示副边绕组103中匝数为Ns1的部分拆分得到的2*N阶矩阵中的第一排第n个位置处的第一副边分绕组。相类似的，用Np_n2表示原边绕组102中匝数为Np1的部分拆分得到的2*N阶矩阵中的第二排第n个位置处的第二原边分绕组，用Ns_n2表示副边绕组103中匝数为Ns1的部分拆分得到的2*N阶矩阵中的第二排第n个位置处的第二副边分绕组。另外，Core_n1表示第一排第n个位置处的磁柱，Core_n2分别表示第二排第n个位置处的磁柱，在本申请实施例中，对应位置处的原边绕组102的部分绕组与副边绕组103的部分绕组绕于同一磁柱。可以理解的时，原边绕组102中对应于匝比的分数匝比部分的匝数为Np2的部分，以及副边绕组103中对应于匝比的分数匝比部分的匝数为Ns2的部分分别拆分为2*N阶矩阵时，其也可参照图3a或图3b进行设置。
采用本申请实施例的变压器通过将原边绕组102和副边绕组103的匝比分为整数部分和分数部分的方式，并按照匝比的整数部分以及分数部分对原边绕组102以及副边绕组103的匝数分别进行拆分，其可以满足各种应用场景下对于匝比的设置要求，从而满足对变压器的变压的要求。
另外，通过将原边绕组102中对应于匝比的整数匝比部分的匝数为Np1的部分，以及副边绕组103中对应于匝比的整数匝比部分的匝数为Ns1的部分分别拆分为M1*N1阶矩阵设计。以及，将原边绕组102中对应于匝比的分数匝比部分的匝数为Np2的部分，以及副边绕组103中对应于匝比的分数匝比部分的匝数为Ns2的部分分别拆分为M2*N2阶矩阵设计，这样可以使每个磁柱上所绕的线圈的匝数较少，从而在降低绕组损耗的基础上，有利于实现变压器的减薄设计。
磁芯101为变压器中重要的功率磁件，参照图4，在本申请实施例中，对磁芯101进行设置时，磁芯101可以包括磁柱1011。可一并参照图2、图3a和图3b，磁柱1011的数量可以根据原边绕组102(副边绕组103)中对应于匝比的整数匝比部分的绕组拆分成的矩阵，以及对应于匝比的分数匝比部分的绕组拆分成的矩阵进行设计。示例性的，在图4所示的实施例中，原边绕组102(副边绕组103)中对应于匝比的整数匝比部分的绕组拆分成2*2阶矩阵，对应于匝比的分数匝比部分的绕组拆分成2*1阶矩阵，则此时磁柱1011的数量为6个。又如图5所示，原边绕组102(副边绕组103)中对应于匝比的整数匝比部分的绕组拆分成2*1阶矩阵，对应于匝比的分数匝比部分的绕组拆分成2*1阶矩阵，则此时磁柱1011的数量为4个。
在本申请实施例中，参照图4和图5，为了便于描述，将对应于匝比的整数匝比部分的磁柱1011称为第一磁柱，将对应于匝比的分数匝比部分的磁柱1011称为第二磁柱，其中，第一磁柱可以为一个或者多个，第二磁柱可以为一个或者多个，第一原边分绕组和第一副边分绕组绕于第一磁柱，第二原边分绕组和第二副边分绕组绕于第二磁柱。另外，根据公式[5]可知，针对副边绕组103，当磁通密度变化量相同时，磁柱的有效截面积与对应的磁柱上的绕组的匝数成反比。因此，可以理解的是，在本申请实施例中，第一磁柱的有效截面积，大于或等于第二磁柱的有效截面积。
在本申请实施例中，磁芯101除了包括磁柱1011外，参照图6和图7，还可以包括第一磁芯盖板1012和第二磁芯盖板1013，磁柱1011设置于第一磁芯盖板1012和第二磁芯盖板1013之间，以在磁柱1011、第一磁芯盖板1012和第二磁芯盖板1013之间形成磁回路。
另外，在图6和图7中还展示了原边绕组102和副边绕组103绕于磁柱1011的结构示意图，为了进一步了解本申请实施例的变压器的结构，接下来对本申请实施例的变压器中，原边绕组102和副边绕组103在磁柱1011上的绕线方式进行介绍。
在本申请一个可能的实施例中，可参照图5，变压器的磁柱1011的数量为四个，且对应于匝比的整数部分的第一磁柱为两个，对应于匝比的分数部分的第二磁柱为两个。
在该实施例中，变压器的副边电压Vs＝24V，变压器的原边电压Vp＝60V。原边绕组102的第一原边分绕组和副边绕组103的第一副边分绕组的匝数的比值N＝2:1，原边绕组102的第二原边分绕组和副边绕组103的第二副边分绕组的匝数的比值k＝0.5:1，则原副边电压转换比，即原边绕组102和副边绕组103的总的匝数比为N+k＝2.5:1。另外，原边绕组102的第一原边分绕组的匝数为Np1＝2；副边绕组103的第一副边分绕组的匝数为Ns1＝1；原边绕组102的第二原边分绕组的匝数为Np2＝1；副边绕组103的第二副边分绕组的匝数Ns2＝2。
在该实施例中，可使变压器的开关频率为Fs＝1MHz，占空比(半导体开关器件开通的时间Ton和开通周期T的比例Ton/T，T＝Ton+Toff，Toff为半导体开关器件断开的时间)为D＝0.41。该实施例的变压器中的最大磁通密度Bmax＝70mT，参照图8，对应于匝比的整数部分的第一磁柱的有效截面积Ae1＝79.81mm^2，对应半径r1＝5.04mm；对应于匝比的分数部分的第二磁柱的有效截面积Ae2＝39.90mm^2，对应半径r1＝3.56mm。
在本申请实施例中，为了提高原边绕组102以及副边绕组103的结构稳定性，还可以在变压器上设置用于支撑板(图中未示出)，以将原边绕组102以及副边绕组103设置于支撑板上，另外，支撑板可以包括至少一个层结构，以使原边绕组102以及副边绕组103可以设置于支撑板的层结构上。支撑板可以但不限于为印制电路板(printed circuit board，PCB)。
参照图9a和图9b，以支撑板包括两个层结构为例，对将原边绕组102的设置方式进行说明。其中，在支撑板上的各层结构上开设有供绕组穿过的过孔106，图9a和图9b分别表示支撑板的两个层结构上的原边绕组102的绕制方式。如图9a所示，原边绕组102的端头Pt11和端头Pt22与原边开关电路104连接，原边绕组102从端头Pt11绕第一磁柱10111a顺时针绕制，再绕第一磁柱10111b逆时针绕制，形成“8”字型，然后从第二磁柱10112a和第二磁柱10112b之间穿过，并分开为并联的两个第二原边分绕组，其中一个第二原边分绕组向上绕第二磁柱10112a逆时针绕制到端点Pt01，另外一个第二原边分绕组向下绕第二磁柱10112b顺时针绕制到端点Pt02。
之后，两路绕组分别穿过与端点Pt01以及端点Pt02相对应的过孔106换到另一层。参照图9b，两路绕组合并，并通过两排磁柱之间的空隙返回到端头Pt22，以上完成原边绕组102的绕制。可以理解的是，在该实施例中，原边绕组102的绕于第一磁柱10111a和第一磁柱10111b的两个第一原边分绕组串联形成2匝，该2匝为原边绕组102对应于匝比的整数部分的匝数Np1；而原边绕组102绕于第二磁柱10112a和第二磁柱10112b的两个第二原边分绕组并联形成1匝，该1匝为原边绕组102对应于匝比的分数部分的匝数Np2。
在该实施例中，具体对副边绕组103进行设置时，可参照图10a和图10b，副边绕组103也设置于支撑板的两个层结构上。其中，图10a和图10b分别表示支撑板的两个层结构上的副边绕组103的绕制方式。在本实施例中，以对副边绕组103进行全波整流为例，这样，副边绕组103分两半周进行绕制。
参照图10a，副边绕组103的第一分绕组从St01绕第一磁柱10111a顺时针绕制1匝到St1；参照图10b，该第一分绕组从St01绕第一磁柱10111a逆时针绕制1匝到St2。
另外，副边绕组103的第二分绕组从St02绕第一磁柱10111b逆时针绕制1匝到St3；参照图10b，该第二分绕组从St02绕第一磁柱10111b顺时针绕制1匝到St4。
副边绕组103的第三分绕组从St03绕第二磁柱10112a顺时针绕制2匝到St5；参照图10b，该第三分绕组从St03绕第二磁柱10112a逆时针绕制2匝到St6。
副边绕组103的第四分绕组从St04绕第二磁柱10112b逆时针绕制2匝到St7；参照图10b，该第四分绕组从St04绕第二磁柱10112b顺时针绕制2匝到St8，以完成副边绕组103的绕制。可以理解的是，在该实施例中，第一分绕组与第二分绕组均为第一副边分绕组，第三分绕组与第四分绕组均为第二副边分绕组。另外。在该实施例中，副边绕组103绕于第一磁柱10111a和第一磁柱10111b的部分的两个第一副边分绕组并联形成1匝，该1匝为副边绕组103对应于匝比的整数部分的匝数Ns1；而副边绕组103绕于第二磁柱10112a和第二磁柱10112b的两个第二副边分绕组并联形成2匝，该2匝为副边绕组103对应于匝比的分数部分的匝数Ns2。
在本申请实施例中，原边绕组102共分为两个分绕组进行绕制，副边绕组103共分为四个分绕组进行绕制，该实施例的变压器的绕组系统如图11所示。参照图11，原边绕组102的端头Pt11，和端头Pt22与原边开关电路104连接，副边绕组103的端头St01\St1\St2；St02\St3\St4；St03\St6\St5；St04\St8\St7分别和整流电路105连接。另外，在本申请该实施例中，可使Pt11、St1、St3、St6、St8为半周期同名端；Pt22、St2、St4、St5、St7为另外半周期同名端，这样，可根据此同名端来确定绕组方向和开关时序。
除了上述将原边绕组102和副边绕组103均设置在支撑板的相同的两个层结构上的设置方式外，在本申请另外一些实施例中，当支撑板的层结构为两个以上时，还可以将原边绕组102和副边绕组103分别设置在不同的层结构上。示例性的，支撑板可以包括层叠设置的八个层结构，图12a至图12h展示了该八个层结构上的绕组的设置方式。其中，图12a、图12c、图12f、图12h为原边绕组102绕于两个第一磁柱和两个第二磁柱上的设置方式，图12b、图12d、图12e、图12g为副边绕组103绕于两个第一磁柱和两个第二磁柱上的设置方式。在该实施例中，原边绕组102与副边绕组103所在的层结构交替设置。在该实施例中，对应支撑板的每个层结构上的原边绕组102对应匝比的整数部分的匝数Np1，原边绕组102对应匝比的分数部分的匝数Np2，副边绕组103对应匝比的整数部分的匝数Ns1，副边绕组103对应匝比的分数部分的匝数Ns2如表2所示。其中，Np0和Ns0表示该层结构只用于原边绕组102的回流，以及副边绕组103的对应匝比的分数部分的匝数Ns2的绕组的出线。另外，当支撑板为PCB时，可使PCB的每个层结构上的铜层厚度相等，例如可均为2OZ(即2盎司，1OZ＝35μm)。
表2
层结构 绕组 匝数 铜厚 备注
1 Np0\Ns0 \ 2OZ 原边回流、副边Ns2出线
2 Ns1\Ns2 1\2 2OZ Ns1＝1,Ns2＝2
3 Np1\Np2 2\1 2OZ Np1＝2,Np2＝1
4 Ns1\Ns2 1\2 2OZ Ns1＝1,Ns2＝2
5 Ns1\Ns2 1\2 2OZ Ns1＝1,Ns2＝2
6 Np1\Np2 2\1 2OZ Np1＝2,Np2＝1
7 Ns1\Ns2 1\2 2OZ Ns1＝1,Ns2＝2
8 Np0\Ns0 \ 2OZ 原边回流、副边Ns2出线
在该实施例中，原边绕组102对应于匝比的整数部分的匝数为2，原边绕组102对应于匝比的分数部分的匝数为1；副边绕组103对应于匝比的整数部分的匝数为1，副边绕组103对应于匝比的分数部分的匝数为2，则原边绕组102与副边绕组103的总的匝比为2.5:1。
可以理解的是，上述对于支撑板的层结构的设置方式，以及层结构的分配方式只是本申请的一些示例性的说明，在将原边绕组102与副边绕组103设置于支撑板时，还可采用原边绕组102与副边绕组103所在的部分层结构交替设置，同时有部分原边绕组102与副边绕组103同层设置等方案，在此不进行一一列举。
与采用原边绕组102的匝数为5，副边绕组103的匝数为2的方案相比，采用本申请实施例的原边绕组102以及副边绕组103的绕制方式，其可在实现变压器的原边与副边的转换匝比为2.5:1的基础上，使原边绕组102的匝数小于5，经验证，采用本方案，绕组损耗可降低30％以上。
在本申请一个可能的实施例中，可参照图4，变压器的磁柱1011的数量为六个，且对应于匝比的整数部分的第一磁柱为四个，对应于匝比的分数部分的第二磁柱为两个。
在该实施例中，变压器的副边电压Vs＝13.33V，变压器的原边电压Vp＝60V。原边绕组102的第一原边分绕组和副边绕组103的第一副边分绕组的匝数的比值N＝4:1，原边绕组102的第二原边分绕组和副边绕组103的第二副边分绕组的匝数的比值k＝0.5:1，则原副边电压转换比，即原边绕组102和副边绕组103的总的匝数比为N+k＝4.5:1。另外，原边绕组102的第一原边分绕组的匝数为Np1＝4；副边绕组103的第一副边分绕组的匝数为Ns1＝1；原边绕组102的第二原边分绕组的匝数为Np2＝1；副边绕组103的第二副边分绕组的匝数Ns2＝2。在该实施例中，可使变压器的开关频率为Fs＝1MHz，占空比(半导体开关器件开通的时间Ton和开通周期T的比例Ton/T，T＝Ton+Toff，Toff为半导体开关器件断开的时间)为D＝0.41。该实施例的变压器中的最大磁通密度Bmax＝70mT，参照图13，对应于匝比的整数部分的第一磁柱的有效截面积Ae1＝44.34mm^2，对应半径r1＝3.75mm；对应于匝比的分数部分的第一磁柱的有效截面积Ae2＝22.17mm^2，对应半径r1＝2.65mm。
在本申请实施例中，为了提高原边绕组102以及副边绕组103的结构稳定性，也可以在变压器上设置有支撑板，以将原边绕组102以及副边绕组103设置于支撑板上，另外，支撑板可以包括至少一个层结构，以使原边绕组102以及副边绕组103可以设置于支撑板的层结构上。支撑板可以但不限于为印制电路板(printed circuit board，PCB)。
参照图14a和图14b，以支撑板包括两个层结构为例，对将原边绕组102的设置方式进行说明。其中，在支撑板上的各层结构上开设有供绕组穿过的过孔106，图14a和图14b分别表示支撑板的两个层结构上的原边绕组102的绕制方式。如图14a所示，原边绕组102的端头Pt11和端头Pt22与原边开关电路104(可参照图16)连接，原边绕组102从端头Pt11绕第一磁柱10111a顺时针绕制，再绕第一磁柱10111b逆时针绕制，形成“8”字型，然后再绕第一磁柱10111c顺时针绕制，再绕第一磁柱10111d逆时针绕制，形成“8”字型。之后，从第二磁柱10112a和第二磁柱10112b之间穿过，并分开为并联的两个第二原边分绕组，其中一个第二原边分绕组向上绕第二磁柱10112a逆时针绕制到端点Pt01，另外一个第二原边向下绕第二磁柱10112b顺时针绕制到端点Pt02。
之后，两路绕组分别穿过与端点Pt01以及端点Pt02相对应的过孔换到另一层。参照图14b，两路绕组合并，并通过两排磁柱之间的空隙返回到端头Pt22，以上完成原边绕组102的绕制。可以理解的是，在该实施例中，原边绕组102绕于第一磁柱10111a、第一磁柱10111b、第一磁柱10111c、第一磁柱10111d的四个第一原边分绕组串联形成4匝，该4匝为原边绕组102对应于匝比的整数部分的匝数Np1；而原边绕组102绕于第二磁柱10112a和第二磁柱10112b的两个第二原边分绕组并联形成1匝，该1匝为原边绕组102对应于匝比的分数部分的匝数Np2。
在具体对副边绕组103进行设置时，可参照图15a和图15b，副边绕组103也设置于支撑板的两个层结构上，图15a和图15b分别表示支撑板的两个层结构上的副边绕组103的绕制方式。在本实施例中，以对副边绕组103进行全波整流为例，这样，副边绕组103分两半周进行绕制。
参照图15a，副边绕组103的第一分绕组从St01绕第一磁柱10111a顺时针绕制1匝到St1；参照图15b，该第一分绕组从St01绕第一磁柱10111a逆时针绕制1匝到St2。
另外，副边绕组103的第二分绕组从St02绕第一磁柱10111b逆时针绕制1匝到St3；参照图15b，该第二分绕组从St02绕第一磁柱10111b顺时针绕制1匝到St4。
副边绕组103的第三分绕组从St03绕第一磁柱10111c顺时针绕制1匝到St5；参照图15b，该第三分绕组从St03绕第一磁柱10111c逆时针绕制1匝到St6。
副边绕组103的第四分绕组从St04绕第一磁柱10111d逆时针绕制1匝到St7；参照图15b，该第四分绕组从St04绕第一磁柱10111d顺时针绕制1匝到St8。
副边绕组103的第五分绕组从St05绕第二磁柱10112a顺时针绕制2匝到St9；参照图15b，该第五分绕组从St05绕第二磁柱10112a逆时针绕制2匝到St10。
副边绕组103的第六分绕组从St06绕第二磁柱10112b逆时针绕制2匝到St11；参照图15b，该第六分绕组从St06绕第二磁柱10112b顺时针绕制2匝到St12，以完成副边绕组103的绕制。可以理解的是，在该实施例中，第一分绕组、第二分绕组、第三分绕组和第四分绕组均为第一副边分绕组，第五分绕组与第六分绕组均为第二副边分绕组。另外。在该实施例中，副边绕组103绕于第一磁柱10111a、第一磁柱10111b、第一磁柱10111c和第一磁柱10111d的四个第一副边分绕组并联形成1匝，该1匝为副边绕组103对应于匝比的整数部分的匝数Ns1；而副边绕组103绕于第二磁柱10112a和第二磁柱10112b的两个第二副边分绕组并联形成2匝，该2匝为副边绕组103对应于匝比的分数部分的匝数Ns2。
在本申请实施例中，原边绕组102分为两个分绕组进行绕制，副边绕组103分为四个分绕组进行绕制，该实施例的变压器的绕组系统如图16所示。参照图16，原边绕组102的端头Pt11，和端头Pt22与原边开关电路104连接，副边绕组103的端头St01\St1\St2；St02\St3\St4；St03\St6\St5；St04\St8\St7；St05\St9\St10；St06\St11\St12分别和副边整流电路连接。另外，在本申请该实施例中，可使Pt11、St1、St3、St5、St7、St10、St12为半周期同名端；Pt22、St2、St4、St6、St8、St9、St11为另外半周期同名端，这样，可根据此同名端来确定绕组方向和开关时序。
除了上述将原边绕组102和副边绕组103均设置在支撑板的相同的两个层结构上的设置方式外，在本申请另外一些实施例中，当支撑板的层结构为两个以上时，还可以将原边绕组102和副边绕组103分别设置在不同的层结构上。示例性的，支撑板可以包括层叠设置的八个层结构，图17a至图17h展示了该八个层结构上的绕组的设置方式。其中，图17a、图17c、图17f、图17h为原边绕组102绕于四个第一磁柱和两个第二磁柱上的设置方式，图17b、图17d、图17e、图17g为副边绕组103绕于四个第一磁柱和两个第二磁柱上的设置方式。在该实施例中，原边绕组102与副边绕组103所在的层结构交替设置。在该实施例中，对应支撑板的每个层结构上的原边绕组102对应匝比的整数部分的匝数Np1，原边绕组102对应匝比的分数部分的匝数Np2，副边绕组103对应匝比的整数部分的匝数Ns1，副边绕组103对应匝比的分数部分的匝数Ns2如表3所示，其中，Np0和Ns0表示该层结构只用于原边绕组102的回流，以及副边绕组103的对应匝比的分数部分的匝数Ns2的绕组的出线。另外，当支撑板为PCB时，可以但不限于使PCB的每个层结构上的铜层厚度相等，示例性的，均为2OZ。
表3
层结构 绕组 匝数 铜厚 备注
1 Np0\Ns0 \ 2OZ 原边回流、副边Ns2出线
2 Ns1\Ns2 1\2 2OZ Ns1＝1,Ns2＝2
3 Np1\Np2 4\1 2OZ Np1＝4,Np2＝1
4 Ns1\Ns2 1\2 2OZ Ns1＝1,Ns2＝2
5 Ns1\Ns2 1\2 2OZ Ns1＝1,Ns2＝2
6 Np1\Np2 4\1 2OZ Np1＝4,Np2＝1
7 Ns1\Ns2 1\2 2OZ Ns1＝1,Ns2＝2
8 Np0\Ns0 \ 2OZ 原边回流、副边Ns2出线
在该实施例中，原边绕组102对应于匝比的整数部分的匝数为4，原边绕组102对应于匝比的分数部分的匝数为1；副边绕组103对应于匝比的整数部分的匝数为1，副边绕组103对应于匝比的分数部分的匝数为2，则原边绕组102与副边绕组103的总的匝比为4.5:1。
可以理解的是，上述对于支撑板的层结构的设置方式，以及层结构的分配方式只是本申请的一些示例性的说明，在将原边绕组102与副边绕组103设置于支撑板时，还可采用原边绕组102与副边绕组103所在的部分层结构交替设置，同时有部分原边绕组102与副边绕组103同层设置等方案，在此不进行一一列举。
与采用原边绕组102的匝数为9，副边绕组103的匝数为2的方案相比，采用本申请实施例的原边绕组102以及副边绕组103的绕制方式，其可在实现变压器的原边与副边的转换匝比为4.5:1的基础上，使原边绕组102的匝数小于9，经验证，采用本方案，绕组损耗可降低35％以上。
在本申请另外一些实施例中，当需要使原边绕组102和副边绕组103的总的匝数比为N+k＝3:1时，原边绕组102可按照图18进行绕线。其中，第一磁柱为两个，第二磁柱为两个。原边绕组102的端头Pt11和端头Pt22与原边开关电路连接，原边绕组102从端头Pt11绕第一磁柱10111a顺时针绕制，再绕第一磁柱10111b逆时针绕制，形成“8”字型，然后再绕第二磁柱10112a顺时针绕制，再绕第二磁柱10112b逆时针绕制端点Pt0，形成“8”字型。
之后，可参照图9b原边绕组102穿过与端点Pt0相对应的过孔106换到另一层。并通过两排磁柱之间的空隙返回到端头Pt22，以上完成原边绕组102的绕制。可以理解的是，在该实施例中，原边绕组102绕于第一磁柱10111a、第一磁柱10111b的部分串联形成2匝，该2匝为原边绕组102对应于匝比的整数部分的匝数Np1；而原边绕组102绕于第二磁柱10112a、第二磁柱10112b的部分并联形成2匝，该2匝为原边绕组102对应于匝比的分数部分的匝数Np2。
在该实施例中，副边绕组103可参照图10a和图10b进行绕制，以使副边绕组103绕于第一磁柱10111a、第一磁柱10111b的部分并联形成1匝，该1匝为副边绕组103对应于匝比的整数部分的匝数Ns1；而副边绕组103绕于第二磁柱10112a、第二磁柱10112b的部分并联形成2匝，该2匝为副边绕组103对应于匝比的分数部分的匝数Ns2。则结合公式[4]可以得到：原边绕组102和副边绕组103的总的匝数比N+k＝3。
在本申请另外一些实施例中，当需要使原边绕组102和副边绕组103的总的匝数比为N+k＝1.5:1时，原边绕组102可按照图19进行绕线。其中，第一磁柱为两个，第二磁柱为两个。原边绕组102的端头Pt11和端头Pt22与原边开关电路104连接，原边绕组102从端头Pt11分为两路，一路绕第一磁柱10111a顺时针绕制0.5匝，再绕第二磁柱10112a逆时针绕制1匝到端点Pt01；另一路绕第一磁柱10111b逆时针绕制0.5匝，再绕第二磁柱10112b顺时针绕制1匝到端点Pt02。
之后，可参照图9b原边绕组102穿过与端点Pt01和端点Pt02相对应的过孔换到另一层。并通过两排磁柱之间的空隙返回到端头Pt22，以上完成原边绕组102的绕制。可以理解的是，在该实施例中，原边绕组102绕于第一磁柱10111a、第一磁柱10111b的部分串联形成1匝，该1匝为原边绕组102对应于匝比的整数部分的匝数Np1；而原边绕组102绕于第二磁柱10112a、第二磁柱10112b的部分并联形成1匝，该1匝为原边绕组102对应于匝比的分数部分的匝数Np2。
在该实施例中，副边绕组103可参照图10a和图10b进行绕制，以使副边绕组103绕于第一磁柱10111a、第一磁柱10111b的部分并联形成1匝，该1匝为副边绕组103对应于匝比的整数部分的匝数Ns1；而副边绕组103绕于第二磁柱10112a、第二磁柱10112b的部分并联形成2匝，该2匝为副边绕组103对应于匝比的分数部分的匝数Ns2。则结合公式[4]可以得到：原边绕组102和副边绕组103的总的匝数比N+k＝1.5:1。
在本申请一些可能的实施例中，在变压器具有两个第一磁柱和两个第二磁柱时，原边绕组102还可以为其它形态。示例性的，如图20中实线所表示的绕组，原边绕组102的端头Pt11和端头Pt22与原边开关电路104连接，原边绕组102从端头Pt11分为两路，一路绕第一磁柱10111a顺时针绕制1匝，另一路绕第一磁柱10111b逆时针绕制1匝。两路合并后从第二磁柱10112a和第二磁柱10112b之间穿过后分为两路，其中一路绕第二磁柱10112a逆时针绕制1匝，另一路绕第二磁柱10112b顺时针绕制1匝。
之后，继续参照图20，如图20中的虚线所示的绕组，两路原边绕组102分别换到另一层。并通过第一磁柱10111a和第一磁柱10111b之间的空隙再合并后返回到端头Pt22，以上完成原边绕组102的绕制。可以理解的是，在该实施例中，原边绕组102绕于第一磁柱10111a、第一磁柱10111b的部分并联形成1匝，该1匝为原边绕组102对应于匝比的整数部分的匝数Np1；而原边绕组102绕于第二磁柱10112a、第二磁柱10112b的部分并联形成1匝，该1匝为原边绕组102对应于匝比的分数部分的匝数Np2。
又如图21所示。参照图21中的实线所表示绕组，原边绕组102的端头Pt11和端头Pt22与原边开关电路连接，原边绕组102从端头Pt11分为两路，一路绕第一磁柱10111a顺时针绕制1匝，另一路绕第一磁柱10111b逆时针绕制1匝。两路合并后再绕第一磁柱10111a顺时针绕制1匝，绕第一磁柱10111b逆时针绕制1匝。然后，原边绕组102穿入第二磁柱10112a和第二磁柱10112b之间，并分为两路，一路绕第二磁柱10112a逆时针绕制1匝，另一路绕第二磁柱10112b逆时针绕制1匝。
之后，继续参照图21中的虚线所示的绕组，两路原边绕组102合并后换到另一层。并通过第一磁柱10111a和第一磁柱10111b之间的空隙返回到端头Pt22，以上完成原边绕组102的绕制。可以理解的是，在该实施例中，原边绕组102绕于第一磁柱10111a、第一磁柱10111b的部分并联及串联后形成3匝，该3匝为原边绕组102对应于匝比的整数部分的匝数Np1。而原边绕组102绕于第二磁柱10112a、第二磁柱10112b的部分并联形成1匝，该1匝为原边绕组102对应于匝比的分数部分的匝数Np2。
另外，在如图22所示的实施例中，原边绕组102绕于第一磁柱10111a、第一磁柱10111b的部分串联形成4匝，该4匝为原边绕组102对应于匝比的整数部分的匝数Np1；而原边绕组102绕于第二磁柱10112a、第二磁柱10112b的部分并联形成1匝，该1匝为原边绕组102对应于匝比的分数部分的匝数Np2。
在如图23所示的实施例中，原边绕组102绕于第一磁柱10111a、第一磁柱10111b的部分串联形成4匝，该4匝为原边绕组102对应于匝比的整数部分的匝数Np1；而原边绕组102绕于第二磁柱10112a、第二磁柱10112b的部分串联形成2匝，该2匝为原边绕组102对应于匝比的分数部分的匝数Np2。
在如图24所示的实施例中，原边绕组102绕于第一磁柱10111a、第一磁柱10111b的部分形成3匝，该3匝为原边绕组102对应于匝比的整数部分的匝数Np1；而原边绕组102绕于第二磁柱3、第二磁柱4的部分串联形成2匝，该2匝为原边绕组102对应于匝比的分数部分的匝数Np2。
在如图25所示的实施例中，变压器包括四个第一磁柱和两个第二磁柱，则原边绕组102绕于第一磁柱10111a、第一磁柱10111b、第一磁柱10111c和第一磁柱10111d的部分串联形成4匝，该4匝为原边绕组102对应于匝比的整数部分的匝数Np1；而原边绕组102绕于第二磁柱10112a、第二磁柱10112b的部分并联形成1匝，该1匝为原边绕组102对应于匝比的分数部分的匝数Np2。
在如图26所示的实施例中，变压器包括四个第一磁柱和两个第二磁柱，则原边绕组102绕于第一磁柱10111a、第一磁柱10111b、第一磁柱10111c和第一磁柱10111d的部分串联形成4匝，该4匝为原边绕组102对应于匝比的整数部分的匝数Np1；而原边绕组102绕于第二磁柱10112a、第二磁柱10112b的部分串联形成2匝，该2匝为原边绕组102对应于匝比的分数部分的匝数Np2。
在如图27所示的实施例中，变压器包括四个第一磁柱和两个第二磁柱，则原边绕组102绕于第一磁柱10111a、第一磁柱10111b串联后形成2匝，绕第一磁柱10111c和第一磁柱10111d的部分并联形成1匝，两部分串联后即为原边绕组102对应于匝比的整数部分的匝数Np1，则Np1为3匝。而原边绕组102绕于第二磁柱10112a、第二磁柱10112b的部分并联形成1匝，该1匝为原边绕组102对应于匝比的分数部分的匝数Np2。
在如图28所示的实施例中，变压器包括六个第一磁柱和两个第二磁柱，则原边绕组102绕于第一磁柱10111a、第一磁柱10111b、第一磁柱10111c、第一磁柱10111d、第一磁柱10111e和第一磁柱10111f的部分串联形成2匝，则原边绕组102对应于匝比的整数部分的匝数Np1为2匝。而原边绕组102绕于第二磁柱10112a、第二磁柱10112b的部分并联形成1匝，该1匝为原边绕组102对应于匝比的分数部分的匝数Np2。
可以理解的是，本申请上述实施例对于原边绕组102和副边绕组103的绕制方式的介绍只是本申请的一些示例性的说明，在此基础上，本领域的技术人员可以根据具体的应用场景对原边绕组102和副边绕组103进行绕制，其均在本申请的保护范围之内。
基于相同的发明构思，本申请实施例还提供了一种开关电源，该开关电源包括原边开关电路、整流电路和上述任一实施例的变压器。变压器的原边绕组与原边开关电路连接形成原边电路，变压器的副边绕组与整流电路连接形成副边电路。
该开关电源的原边电路、磁芯以及副边电路可实现开关电源的电压转换功能，以用于满足各种场景下的变压要求。并且，开关电源中的变压器通过对原边绕组和副边绕组进行拆分，可以使每个磁柱上所绕的线圈的匝数较少，从而可降低的绕组损耗，进而可降低开关电源的损耗。
另外，本申请实施例的开关电源可以应用于信息与通信技术(information andcommunications technology，ICT)领域的各种需要进行变压的通信设备，例如，可以但不限于服务器、基站等。在通信设备中可以包括上述实施例的开关电源。其中，开关电源的原边电路可与电源连接，开关电源的副边电路可与负载连接。
该通信设备中的开关电源能满足通信设备的变压要求，并且，开关电源中的变压器通过对原边绕组和副边绕组进行拆分，可以使每个磁柱上所绕的线圈的匝数较少，从而可降低的绕组损耗，进而可降低通信设备的损耗。
以上所述的具体实施方式，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，不同的实施例可以进行组合，以上所述仅为本申请的具体实施方式而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何组合、修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种变压器，其特征在于，所述变压器包括磁芯、原边绕组和副边绕组，其中：
所述磁芯，包括第一盖板、第二盖板，以及设置于第一盖板与第二盖板之间的第一磁柱和第二磁柱；
所述原边绕组，包括第一原边分绕组和第二原边分绕组，所述第一原边分绕组和所述第二原边分绕组串联连接；
所述副边绕组，包括第一副边分绕组和第二副边分绕组，所述第一副边分绕组和所述第二副边分绕组并联连接；
所述第一副边分绕组与所述第一原边分绕组均绕于所述第一磁柱，所述第二副边分绕组与所述第二原边分绕组均绕于所述第二磁柱；所述第一原边分绕组与所述第一副边分绕组的匝比为N，所述第二原边分绕组与所述第二副边分绕组的匝比为k，所述变压器的原边电压Vp与所述变压器的副边电压Vs之间满足：Vp＝(N+k)Vs；
其中，N为大于或等于0的自然数，k为小于或等于1的分数。
2.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述第一磁柱为多个，且多个所述第一磁柱呈阵列排布；每个所述第一磁柱绕有所述第一原边分绕组和所述第一副边分绕组。
3.根据权利要求2所述的变压器，其特征在于，所述第一原边分绕组为多个，多个所述第一原边分绕组串联，或者多个所述第一原边分绕组并联，或者多个所述第一原边分绕组中，同时存在串联连接和并联连接。
4.根据权利要求2所述的变压器，其特征在于，所述第一原边分绕组为多个，多个所述第一原边分绕组串联，且多个所述第一原边分绕组呈8字形绕于多个所述第一磁柱。
5.根据权利要求2所述的变压器，其特征在于，所述第一副边分绕组为多个，多个所述第一副边分绕组串联，或者多个所述第一副边分绕组并联，或者多个所述第一副边分绕组中，同时存在串联连接和并联连接。
6.根据权利要求1～5任一项所述的变压器，其特征在于，所述第二磁柱为多个，多个所述第二磁柱呈阵列排布；每个所述第二磁柱绕有所述第二原边分绕组和所述第二副边分绕组。
7.根据权利要求6所述的变压器，其特征在于，所述第二原边分绕组为多个，多个所述第二原边分绕组串联，或者多个所述第二原边分绕组并联，或者多个所述第二原边分绕组中，同时存在串联连接和并联连接。
8.根据权利要求6所述的变压器，其特征在于，所述第二原边分绕组为多个，多个所述第二原边分绕组串联，且多个所述第二原边分绕组呈8字形绕于多个所述第二磁柱。
9.根据权利要求6所述的变压器，其特征在于，所述第二副边分绕组为多个，多个所述第二副边分绕组串联，或者多个所述第二副边分绕组并联，或者多个所述第二副边分绕组中，同时存在串联连接和并联连接。
10.根据权利要求1～5任一项所述的变压器，其特征在于，所述第一磁柱的有效截面积，大于或等于所述第二磁柱的有效截面积。
11.根据权利要求1～5任一项所述的变压器，其特征在于，所述变压器还包括支撑板，所述支撑板包括至少一个层结构，所述原边绕组和所述副边绕组设置于所述层结构。
12.根据权利要求11所述的变压器，其特征在于，所述支撑板包括多个层结构，所述原边绕组与所述副边绕组交替设置于所述支撑板的不同的层结构上。
13.根据权利要求11所述的变压器，其特征在于，所述支撑板还包括供所述原边绕组和/或所述副边绕组穿过的过孔。
14.根据权利要求1～5任一项所述的变压器，其特征在于，所述原边绕组包括两个端头，两个所述端头分别与原边开关电路连接。
15.根据权利要求1～5任一项所述的变压器，其特征在于，所述第一副边分绕组和所述第二副边分绕组分别与整流电路连接，且所述第一副边分绕组和所述第二副边分绕组输出的电压相同。
16.一种开关电源，其特征在于，包括原边开关电路、整流电路和如权利要求1～15任一项所述的变压器，所述变压器的原边绕组与所述原边开关电路连接形成原边电路，所述变压器的所述副边绕组与所述整流电路连接形成副边电路。
17.一种通信设备，其特征在于，包括如权利要求16所述的开关电源，所述开关电源的所述原边电路与电源连接，所述开关电源的所述副边电路与负载连接。
CN202010739572.7A 2020-07-28 2020-07-28 一种变压器、开关电源及通信设备 Active CN114005653B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010739572.7A CN114005653B (zh) 2020-07-28 2020-07-28 一种变压器、开关电源及通信设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010739572.7A CN114005653B (zh) 2020-07-28 2020-07-28 一种变压器、开关电源及通信设备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114005653A CN114005653A (zh) 2022-02-01
CN114005653B true CN114005653B (zh) 2023-11-10

Family

ID=79920640

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010739572.7A Active CN114005653B (zh) 2020-07-28 2020-07-28 一种变压器、开关电源及通信设备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114005653B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117373792A (zh) * 2022-06-30 2024-01-09 中兴通讯股份有限公司 变压器、多电平电源调制电路、控制方法及装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5525941A (en) * 1993-04-01 1996-06-11 General Electric Company Magnetic and electromagnetic circuit components having embedded magnetic material in a high density interconnect structure
CN1846287A (zh) * 2003-09-04 2006-10-11 皇家飞利浦电子股份有限公司 具有铁氧体聚合物磁芯的分数匝变压器
CN110828126A (zh) * 2019-10-14 2020-02-21 华为技术有限公司 一种平面变压器及有源电路

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5525941A (en) * 1993-04-01 1996-06-11 General Electric Company Magnetic and electromagnetic circuit components having embedded magnetic material in a high density interconnect structure
CN1846287A (zh) * 2003-09-04 2006-10-11 皇家飞利浦电子股份有限公司 具有铁氧体聚合物磁芯的分数匝变压器
CN110828126A (zh) * 2019-10-14 2020-02-21 华为技术有限公司 一种平面变压器及有源电路

Also Published As

Publication number Publication date
CN114005653A (zh) 2022-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10910140B2 (en) Matrix transformer and winding structure
US7012414B1 (en) Vertically packaged switched-mode power converter
Zheng et al. Analysis and design of a single-switch high step-up coupled-inductor boost converter
CN102576593B (zh) 具有改进的漏电感控制的耦合电感器
CN204808997U (zh) 磁性组件及其适用的电源系统
US20170054378A1 (en) Integrated magnetic component
US20160012959A1 (en) Linear electromagnetic device
EP2756508A1 (en) An integrated magnetics component
JP6098646B2 (ja) トランスモジュール、受電装置および送電装置
CN110828126A (zh) 一种平面变压器及有源电路
KR20130098862A (ko) 일체형 평판 변압기 및 부스바
CN114005653B (zh) 一种变压器、开关电源及通信设备
CN113950727A (zh) 堆叠矩阵变压器
CN114078624A (zh) 磁性部件及其适用的电源模块
EP2467860A1 (en) Integrated multi-phase planar transformer
TWI747508B (zh) 平板繞組變壓器
EP4224495A1 (en) Dual-phase coupled inductor with diagonally overlapped windings and gap controlled inverse coupling
CN113890361A (zh) 电源模块
JP5311462B2 (ja) 多層基板トランス
JP2007109735A (ja) コイル、トランスおよびスイッチング電源
US11489449B2 (en) Adjustable leakage inductance transformer
CN114613580A (zh) 一种电源适配器
US11855550B2 (en) Power supply module
US10270344B2 (en) Multiphase voltage converter with coupled inductors of reduced winding loss and core loss
CN111566763B (zh) 在四角柱中心有磁柱的低磁芯损耗变压器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant