CN116798753A - 变压器、电源电路及电源适配器 - Google Patents
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Abstract
本公开提供一种变压器、电源电路及电源适配器，变压器包括磁芯、初级线圈和次级线圈；磁芯包括磁芯中柱，初级线圈和次级线圈缠绕于磁芯中柱上；初级线圈的两端为变压器的电流输入端，次级线圈的两端为变压器的电流输出端；磁芯中柱包括并排设置的第一磁芯中柱和第二磁芯中柱；初级线圈围绕第一磁芯中柱和第二磁芯中柱的外围绕制，次级线圈围绕第一磁芯中柱或第二磁芯中柱绕制；初级线圈和次级线圈呈三明治型绕法，初级线圈和次级线圈之间产生漏感感量，在初级线圈和次级线圈的绕制匝数确定时，漏感感量通过第一磁芯中柱和第二磁芯中柱的横截面积进行调节。本公开中的变压器具有交流损耗小，漏感感量较大的优点，能够较好的满足LLC型电路的需求。
Description
技术领域
本公开涉及电源电路技术领域，特别是涉及一种变压器、电源电路及电源适配器。
背景技术
如图1所示，其是传统桥式LLC电路的原理图，其中，T为该电路的变压器，Lr为谐振电感，谐振电感可以通过在变压器T外面直接串联一个电感的方式实现，或者利用变压器的漏感来实现，若利用变压器的漏感来实现谐振电感，则需要变压器能够产生较大漏感。常规变压器通常为顺绕型变压器，由于顺绕型变压器的初级线圈和次级线圈之间的耦合能力较差会产生较大漏感，因此，在需要较大漏感的LLC型电路中，通常会选用顺绕型变压器。但是，顺绕型变压器又存在交流损耗较大的问题，解决此问题通常会使用三明治绕法，但是若选用三明治型变压器则会存在漏感无法满足需求的问题，可见，在一般的LLC型电路中，无法较好的兼顾交流损耗小和漏感量大两种需求。
公开内容
基于此，本公开的目的在于，提供一种变压器、电源电路及电源适配器，变压器具有交流损耗小，漏感感量较大的优点，能够较好的满足LLC型电路的需求。
根据本公开实施例的第一方面，提供了一种变压器包括磁芯、初级线圈和次级线圈；磁芯具有磁芯中柱，初级线圈和次级线圈缠绕于磁芯中柱上；初级线圈的两端为变压器的电流输入端，次级线圈的两端为变压器的电流输出端；
磁芯中柱包括并排设置的第一磁芯中柱和第二磁芯中柱；初级线圈围绕第一磁芯中柱和第二磁芯中柱的外围绕制，次级线圈围绕第一磁芯中柱绕制；初级线圈和次级线圈呈三明治型绕法，初级线圈和次级线圈之间产生漏感感量，在初级线圈和次级线圈的绕制匝数确定时，漏感感量通过第一磁芯中柱和第二磁芯中柱的横截面积进行调节。
在一个可选的实施例中，第一磁芯中柱沿其周向的横截面积和第二磁芯中柱沿其周向的横截面积呈预设面积比例，预设面积比例根据初级线圈和次级线圈之间的漏感感量、初级线圈匝数和次级线圈匝数确定。
在一个可选的实施例中，初级线圈包括相互串联的第一初级线圈和第二初级线圈，第一初级线圈和第二初级线圈均围绕第一磁芯中柱和第二磁芯中柱的外围绕制，次级线圈绕制于第一初级线圈和第二初级线圈之间，第一初级线圈、第二初级线圈以及次级线圈之间呈三明治型绕法。
在一个可选的实施例中，变压器的磁芯中柱上还设置有中柱气隙；靠近中柱气隙的初级线圈绕制匝数较多，远离中柱气隙的初级线圈绕制匝数较少。
在一个可选的实施例中，第一磁芯中柱和第二磁芯中柱的预设面积比例能够使初级线圈以及次级线圈的缠绕圈数为整数。
在一个可选的实施例中，第一磁芯中柱沿其周向的横截面积和第二磁芯中柱沿其周向的横截面积呈预设面积比例时，漏感感量通过初级线圈和次级线圈的绕制匝数进行调节。
在一个可选的实施例中，第一磁芯中柱沿其周向的横截面积和第二磁芯中柱沿其周向的横截面积呈预设面积比例时，初级线圈和次级线圈的绕制匝数比例越大，漏感感量越大。
根据本公开实施例的第二方面，提供了一种电源电路，包括电源输入端、电源输出端、以及如上任意一项实施例的变压器；
变压器的初级线圈的两端为电源电路的电源输入端，变压器的次级线圈的两端为电源电路的电源输出端。
根据本公开实施例的第三方面，提供了一种电源适配器，如上实施例记载的电源电路。
应用本公开实施例的上述技术方案，通过将变压器的初级线圈和次级线圈采用三明治型缠绕方式使得变压器的交流损耗较小，将变压器还将磁芯中柱一分为二，将初级线圈绕制于整个磁芯中柱上，将次级线圈绕制于第一磁芯中柱或第二磁芯中柱上，从而使得初级线圈和次级线圈之间存在较大的漏感感量，因此，该变压器具有交流损耗小和漏感感量大两种优点，更好的满足LLC型电源电路的需求。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本公开。
附图说明
图1为现有技术中传统桥式LLC电路原理图；
图2为本公开一个实施例示出的初级线圈和次级线圈的绕制示意图；
图3为本公开一个实施例示出的磁芯中柱的结构示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
在本公开的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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公开和简化描述，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公开的限制。在本公开的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
由于顺绕型变压器的初级线圈和次级线圈之间的耦合能力较差会产生较大漏感，在一般的LLC型电路中，通常会采用顺绕型变压器。但是，顺绕型变压器又存在交流损耗较大的问题，因此，一般的LLC型电路中，无法较好的兼顾交流损耗小以及漏感量大两种需求。
基于上述技术问题，本公开提供了一种变压器、电源电路及电源适配器，其中，本实施例的变压器具有交流损耗小，漏感感量较大的优点，能够较好的满足LLC型电路的需求。
以下结合附图对本申请的技术方案进行说明。
请同时参阅图2和图3，图2为本公开一个实施例示出的初级线圈和次级线圈的绕制示意图；图3为本公开一个实施例示出的磁芯中柱的结构示意图。
本实施例中，变压器包括骨架11、磁芯、初级线圈15和次级线圈14；磁芯包括磁芯中柱，磁芯中柱用于缠绕线圈，初级线圈15和次级线圈14缠绕于磁芯中柱上；初级线圈的两端为变压器的电流输入端，次级线圈的两端为变压器的电流输出端；磁芯中柱包括并排设置的第一磁芯中柱12和第二磁芯中柱13；初级线15围绕第一磁芯中柱12和第二磁芯中柱13的外围绕制，次级线圈14围绕第一磁芯中柱12或第二磁芯中柱13绕制；初级线圈15和次级线圈14呈三明治型绕法，初级线圈15和次级线圈14之间产生漏感感量，在初级线圈15和次级线圈14的绕制匝数确定时，漏感感量通过第一磁芯中柱12和第二磁芯中柱13的横截面积进行调节。
本实施例，通过将变压器的初级线圈15和次级线圈14采用三明治型缠绕方式使得变压器的交流损耗较小，在保证交流损耗小的前提下，将变压器还将磁芯中柱一分为二，将初级线圈绕15制于整个磁芯中柱上，将次级线圈14绕制于第一磁芯中柱12或第二磁芯中柱13上，从而使得初级线圈15和次级线圈14之间存在较大的漏感感量，并且可以调节第一磁芯中柱12和第二磁芯中柱13的面积比例来调整变压器上的漏感感量，因此，该变压器具有交流损耗小和漏感感量大，感量可调两种优点，更好的满足LLC型电源电路的需求。
本实施例中，初级线圈15围绕第一磁芯中柱12和第二磁芯中柱13的外围绕制，次级线圈14可以围绕第一磁芯中柱12或第二磁芯中柱13绕制，若次级线圈14围绕第一磁芯中柱12绕制时，由于第一磁芯中柱12和整个磁芯中柱之间会存在一定的第一面积比例，因此，次级线圈14和初级线圈15之间会存在与第一面积比例相应的漏感感量，若第一磁芯中柱12和整个磁芯中柱之间的第一面积比例较大，则变压器可以产生的漏感感量越大。若次级线圈14围绕第二磁芯中柱13绕制，由于第二磁芯中柱13和整个磁芯中柱之间会存在一定的第二面积比例，因此次级线圈14和初级线圈15之间同样会存在与第二面积比例相应的漏感感量，若第二磁芯中柱13和整个磁芯中柱之间的第二面积比例较大，则变压器可以产生的漏感感量越大。
在一个可选的实施例中，第一磁芯中柱12沿其周向的横截面积和第二磁芯中柱13沿其周向的横截面积呈预设面积比例，
初级线圈15和次级线圈14的重叠部分可以决定变压器漏感感量的大小，因此，在对漏感感量具有一定需求量的电源电路中，预设面积比例根据初级线圈15和次级线圈14之间的漏感感量、初级线圈匝数和次级线圈匝数确定。
当电感线圈有闭合磁芯时，因磁芯的磁导率比周围空气的磁导率高很多，磁通被限制在磁路中，磁通量的计算公式为：
其中，Lm为总的磁通量，也为总电感量，N为线圈匝数，μ0为真空磁导率；μr为磁芯的相对磁导率；Ae为磁芯有效截面积；l为磁芯磁路长度，Rm为磁路磁阻，δ磁芯绕柱的气隙长度，N为线圈圈数。
若高磁导率磁芯在磁路中开有气隙，漏磁发生在气隙附近，其他部分的漏磁量较少。当磁芯带气隙时，电感量的计算公式为：
其中，Lδ为磁芯带气隙时的总的电感量，N为线圈圈数，μ0为真空磁导率；μr为磁芯的相对磁导率；Ae为磁芯有效截面积；l为磁芯磁路长度，Rm为磁路磁阻，δ磁芯中柱的气隙长度。
那么，漏感感量Lr约为：Lr≈7％·Lδ，因此，在其他参数不便的情况下，漏感量会因为磁芯有效面积的大小而变化，有效面积越大，总电感量越大，漏感感量越大。
对于本发明的变压器，其漏感量的计算方法应考虑面积的比例，假设变压器总中柱的横截面面积为Ae，原边绕组(初级线圈)围绕的面积为Ae1，副边绕组(次级线圈)围绕的中柱面积为Ae2。
原边绕组(初级线圈)的线圈匝数为Np，副边绕组(次级线圈)的线圈匝数为Ns，磁芯中柱的气隙长度为δ，那么原边绕组(初级线圈)的漏感量为：
其中，/>为原边绕组(初级线圈)的漏感量，Ae为变压器总中柱的横截面面积，Ae1为原边绕组(初级线圈)围绕的面积，Np为原边绕组(初级线圈)的线圈匝数，μ0为真空磁导率，δ为磁芯中柱的气隙长度。
那么副边绕组(次级线圈)的漏感量为：
其中，/>为副边绕组(次级线圈)的漏感量，Ae为变压器总中柱的横截面面积，Ae2为副边绕组(次级线圈)围绕的中柱面积，Ns为原边绕组(初级线圈)的漏感量，μ0为真空磁导率，δ为磁芯中柱的气隙长度。在一个可选的实施例中，初级线圈15包括相互串联的第一初级线圈和第二初级线圈，第一初级线圈和第二初级线圈均围绕第一磁芯中柱12和第二磁芯中柱13的外围绕制，次级线圈14绕制于第一初级线圈和第二初级线圈之间，第一初级线圈、第二初级线圈以及次级线圈之间呈三明治型绕法。相比于顺绕型变压器，三明治型变压器采用三明治绕法可以减少交流损耗。并且，在初级线圈绕制高度和次级线圈绕制高度均小于磁芯中柱的高度时，该变压器的漏感感量可以通过调节初级线圈和次级线圈的重叠部位的高度进行调整。
在一个可选的实施例中，变压器的磁芯中柱上还设置有中柱气隙；靠近中柱气隙的初级线圈绕制匝数较多，远离中柱气隙的初级线圈绕制匝数较少。
中柱气隙：在开关变压器磁芯材料中，为防止磁芯出现饱和，一般将各种磁芯对接进行砂轮磨掉0.1～1mm左右，从外观上看两对接合处有一个间隙，这就是磁芯气隙。
在一个可选的实施例中，第一磁芯中柱12和第二磁芯中柱13的预设面积比例能够使初级线圈15以及次级线圈14的缠绕圈数为整数。例如，变压器的匝比为40:1，将变压器的磁芯中柱的面积比例可以设置为0.8:0.2，此时，在第一磁芯中12(0.8比例的磁芯中柱)柱上绕制1圈，匝数为0.8，在整个磁芯中柱上绕制32圈，匝数为32，而32:0.8与40:1比例一致。
在一个可选的实施例中，第一磁芯中柱12沿其周向的横截面积和第二磁芯中柱13沿其周向的横截面积呈预设面积比例时，漏感感量通过初级线圈15和次级线圈14的绕制匝数进行调节，初级线圈15和次级线圈14的绕制匝数区别越大，产生的漏感感量越大。
在一个可选的实施例中，初级线圈的线径和次级线圈的线径可以一致，也可以不一致本实施例中不做限定。
本实施例的技术方案，通过将变压器的初级线圈和次级线圈采用三明治型缠绕方式使得变压器的交流损耗较小，在保证交流损耗小的前提下，将变压器还将磁芯中柱一分为二，将初级线圈绕制于整个磁芯中柱上，将次级线圈绕制于第一磁芯中柱或第二磁芯中柱上，从而使得初级线圈和次级线圈之间存在较大的漏感感量，因此，该变压器具有交流损耗小和漏感感量大两种优点，更好的满足LLC型电源电路的需求。
根据本公开实施例的第二方面，提供了一种电源电路，包括电源输入端、电源输出端、以及如任意一项实施例记载的变压器；变压器的初级线圈的两端为电源电路的电源输入端，变压器的次级线圈的两端为电源电路的电源输出端。
该电源电路的变压器的交流损耗较小，且漏感感量较大，更好的满足LLC型电源电路的需求。
本实施例中未记载的内容可以参照上述变压器实施例记载的内容。
根据本公开实施例的第三方面，还提供了一种电源适配器，包括如上实施例记载的电源电路。该电源适配器还包括输入端插头、输出端插座，输入端插头用于与外部电源连接获得供电，输出端插座用于向用电设备提供电源。
该电源适配器的变压器的交流损耗较小，且漏感感量较大，更好的满足LLC型电源电路的需求。本实施例中未记载的内容可以参照上述变压器实施例记载的内容。
以上实施例仅表达了本公开的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对公开专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本公开的保护范围。
Claims (9)
1.一种变压器，包括磁芯、初级线圈和次级线圈；所述磁芯包括磁芯中柱，所述初级线圈和所述次级线圈缠绕于所述磁芯中柱上；所述初级线圈的两端为变压器的电流输入端，所述次级线圈的两端为变压器的电流输出端；其特征在于：
所述磁芯中柱包括并排设置的第一磁芯中柱和第二磁芯中柱；所述初级线圈围绕所述第一磁芯中柱和第二磁芯中柱的外围绕制，所述次级线圈围绕所述第一磁芯中柱或第二磁芯中柱绕制；所述初级线圈和所述次级线圈呈三明治型绕法，所述初级线圈和所述次级线圈之间产生漏感感量，在所述初级线圈和所述次级线圈的绕制匝数确定时，所述漏感感量通过所述第一磁芯中柱和第二磁芯中柱的横截面积进行调节。
2.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于：所述第一磁芯中柱沿其周向的横截面积和第二磁芯中柱沿其周向的横截面积呈预设面积比例，所述预设面积比例根据所述初级线圈和所述次级线圈之间的漏感感量、初级线圈匝数和次级线圈匝数确定。
3.根据权利要求2所述的变压器，其特征在于：所述初级线圈包括相互串联的第一初级线圈和第二初级线圈，所述第一初级线圈和所述第二初级线圈均围绕所述第一磁芯中柱和第二磁芯中柱的外围绕制，所述次级线圈绕制于所述第一初级线圈和第二初级线圈之间，所述第一初级线圈、所述第二初级线圈以及所述次级线圈之间呈三明治型绕法。
4.根据权利要求2所述的变压器，其特征在于：所述变压器的磁芯中柱上还设置有中柱气隙；靠近所述中柱气隙的初级线圈绕制匝数较多，远离所述中柱气隙的初级线圈绕制匝数较少。
5.根据权利要求2所述的变压器，其特征在于：所述第一磁芯中柱和第二磁芯中柱的预设面积比例能够使所述初级线圈以及所述次级线圈的缠绕圈数为整数。
6.根据权利要求2所述的变压器，其特征在于：所述第一磁芯中柱沿其周向的横截面积和第二磁芯中柱沿其周向的横截面积呈预设面积比例时，所述漏感感量通过所述初级线圈和所述次级线圈的绕制匝数进行调节。
7.根据权利要求5所述的变压器，其特征在于：所述第一磁芯中柱沿其周向的横截面积和第二磁芯中柱沿其周向的横截面积呈预设面积比例时，所述初级线圈和所述次级线圈的绕制匝数比例越大，所述漏感感量越大。
8.一种电源电路，其特征在于：包括电源输入端、电源输出端、以及如权利要求1至7任意一项所述的变压器；
所述变压器的初级线圈的两端为所述电源电路的电源输入端，所述变压器的次级线圈的两端为所述电源电路的电源输出端。
9.一种电源适配器，其特征在于：包括如权利要求8所述的电源电路。
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