CN117334439A - 变压器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

变压器及其制造方法。变压器包括一中空绕线架、二磁芯、一初级线圈、多个第一次级线圈及多个第二次级线圈。这二磁芯插入中空绕线架。初级线圈缠绕于中空绕线架。这些第一次级线圈与这些第二次级线圈环绕初级线圈。这些第一次级线圈与这些第二次级线圈交错地环绕初级线圈。

Description

变压器及其制造方法
技术领域
本发明是有关于一种电子元件及其制造方法，且特别是有关于一种变压器及其制造方法。
背景技术
随着科技的发展，各种电子装置不断创新。在一些电子装置中，需要搭载高输出电流(>250A)的变压器。变压器的主要目的是降低或拉高交流电的电压、改变阻抗与分离电路。为了获得更佳的效率，研究人员正致力于降低变压器交流对直流的电阻比(AC to DCresistance ratio,RAC/RDC)，并藉由平衡初级线圈与次级线圈之间的电容来避免电磁干扰(electromagnetic interference,EMI)与变压器的漏电感。
发明内容
本发明系有关于一种变压器及其制造方法，其采用环绕于初级线圈的多个第一次级线圈与多个第二次级线圈。第一次级线圈与第二次级线圈交错地环绕初级线圈。如此一来，变压器的交流对直流的电阻比能够被降低、变压器的漏电感能够降低、变压器的功率损失能够降低、且变压器的初级线圈与次级线圈之间的电容也能够被降低，使得电磁干扰(EMI)的情况可以有效避免。
根据本发明的一方面，提出一种变压器。变压器包括一中空绕线架、二磁芯、一初级线圈、多个第一次级线圈及多个第二次级线圈。这二磁芯插入中空绕线架。初级线圈缠绕于中空绕线架。这些第一次级线圈与这些第二次级线圈环绕初级线圈。这些第一次级线圈与这些第二次级线圈交错地环绕初级线圈。
根据本发明的一实施例，各第一次级线圈的一第一端连接于一第一节点，各第一次级线圈的一第二端连接于一第二节点，各第二次级线圈的一第一端连接于第二节点，各第二次级线圈的一第二端连接于一第三节点。
根据本发明的一实施例，初级线圈系为一金属线，各第一次级线圈及各第二次级线圈系为一金属片。
根据本发明的一实施例，二磁芯之间形成一间隙。
根据本发明的一实施例，变压器还包括一绝缘膜以及多个绝缘片。绝缘膜环绕初级线圈。多个绝缘片设置于这些第一次级线圈与这些第二次级线圈之间。
根据本发明的一实施例，初级线圈以两层的方式缠绕中空绕线架。
根据本发明的一实施例，初级线圈具有16圈。
根据本发明的一实施例，各第一次级线圈与各第二次级线圈以一层的方式环绕该初级线圈。
根据本发明的一实施例，各第一次级线圈与各第二次级线圈环绕初级线圈一圈。
根据本发明的一实施例，这些第一次级线圈与这些第二次级线圈的截面积实质上相等。
根据本发明的另一方面，提出一种变压器。变压器包括一中空绕线架、二磁芯、一初级线圈、多个第一次级线圈及多个第二次级线圈。这二磁芯插入中空绕线架。初级线圈缠绕于中空绕线架。这些第一次级线圈与这些第二次级线圈环绕初级线圈。这二磁芯之间形成一间隙。
根据本发明的再一方面，提出一种变压器的制造方法。变压器的制造方法包括以下步骤。将一初级线圈缠绕于一中空绕线架。交错地排列多个第一次级线圈与多个第二次级线圈，以环绕初级线圈。插入二磁芯至中空绕线架内。
根据本发明的一实施例，变压器的制造方法还包括：连接各第一次级线圈的一第一端至一第一节点；连接各第一次级线圈的一第二端至一第二节点；连接各第二次级线圈的一第一端至第二节点；以及连接各第二次级线圈的一第二端至第三节点。
根据本发明的一实施例，变压器的制造方法还包括：以一绝缘膜覆盖初级线圈；以及设置多个绝缘片于这些第一次级线圈与这些第二次级线圈之间。
根据本发明的一实施例，初级线圈缠绕中空绕线架16圈。
根据本发明的一实施例，各第一次级线圈与各第二次级线圈缠绕初级线圈一圈。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1绘示根据一实施例的一变压器。
图2绘示图1的变压器的分解图。
图3绘示根据一实施例的变压器的电路图。
图4绘示变压器的制造方法的流程图。
图5绘示中空绕线架细部结构。
图6示例说明步骤S120及步骤S130。
图7～图11示例说明步骤S140。
图12示例说明步骤S150及步骤S160。
图13绘示变压器的剖面图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
请参照图1、图2。图1绘示根据一实施例的一变压器100。图2绘示图1的变压器100的分解图。变压器100包括一中空绕线架110、二磁芯120、130、一初级线圈140(绘示于图2)、多个第一次级线圈150、多个第二次级线圈160、一绝缘膜170(绘示于图2)及多个绝缘片180。这两个磁芯120、130插入于中空绕线架110内。初级线圈140缠绕于中空绕线架110。第一次级线圈150与第二次级线圈160环绕初级线圈140。第一次级线圈150与第二次级线圈160交错地缠绕初级线圈140。
图3绘示根据一实施例的变压器100的电路图。初级线圈140连接于一输入方波电压。各个第一次级线圈150具有一第一端及一第二端。各个第一次级线圈150的第一端连接于一第一节点N1。各个第一次级线圈150的第二端连接于第二节点N2。各个第二次级线圈160具有一第一端及一第二端。各个第二次级线圈160的第一端连接于第二节点N2。各个第二次级线圈160的第二端连接于一第三节点N3。因此，在本实施例中，这些第一次级线圈150系以并联的方式连接，这些第二次级线圈160系以并联的方式连接。
请参照图4、图5。图4绘示变压器100的制造方法的流程图。图5绘示中空绕线架110细部结构。在步骤S110中，提供中空绕线架110。中空绕线架110例如是一中空的圆柱筒。中空绕线架110包括一中空圆柱111及二阻挡环片112、113。阻挡环片112与阻挡环片113设置于中空圆柱111的相对两侧。例如，中空绕线架110是采用塑胶材质。中空圆柱111具有贯穿孔111h。如图2所示，贯穿孔111h的一端用以供磁芯120插入；贯穿孔111h的另一端则用以供磁芯130插入。
请参照图6，其示例说明步骤S120及S130。在步骤S120中，将初级线圈140缠绕于中空绕线架110。阻挡环片112与阻挡环片113用以限制初级线圈140的移动。例如，初级线圈140是一金属线。初级线圈140具有一致的线径。举例来说，初级线圈140以两层的方式缠绕中空绕线架110十六圈。具有16圈的初级线圈140可以将直流输入电压从400V降低至12V。
在步骤S130中，以绝缘膜170覆盖初级线圈140。例如，绝缘膜170是一聚酰亚胺胶带(polyimide tape)。绝缘膜170环绕初级线圈140，以避免与第一次级线圈150及第二次级线圈160形成短路。
请参照图7～图11，其示例说明步骤S140。在步骤S140中，交错地排列这些第一次级线圈150与这些第二次级线圈160，以环绕初级线圈140，并将绝缘片180设置于第一次级线圈150与第二次级线圈160之间。各个第一次级线圈150例如是金属片。
如图7所示，将第一次级线圈150环绕于初级线圈140。各个第一次级线圈150包括一环状本体151及二接脚152、153。环状本体151具有一致的宽度与厚度。各个第一次级线圈150以一层的方式环绕初级线圈140。接脚152、153用以焊接于一电路板190(绘示于图1)上。焊接于电路板190上的这些第一次级线圈150将以并联的方式连接。
如图8所示，在一些实施例中，更可将绝缘片180设置于第一次级线圈150的侧边。绝缘片180例如系为聚酰亚胺胶带。举例来说，绝缘片180可以是环状且具有一致的宽度。绝缘片180可以避免各个第一次级线圈150与各个第二次级线圈160之间形成短路。
如图9所示，将第二次级线圈160环绕于初级线圈140。各个第二次级线圈160例如是金属片。各个第二次级线圈160包括一环状本体161及二接脚162、163。环状本体161具有一致的宽度及厚度。各个第二次级线圈160以一层的方式环绕初级线圈140。接脚162、163用以焊接于电路板190上。焊接于电路板190上的这些第二次级线圈160将以并联的方式连接。
如图10所示，将另一绝缘片180设置于第二次级线圈160的侧边。在将绝缘片180设置于第二次级线圈160的侧边之后，图7～图10的步骤将重复执行。图11显示出这些第一次级线圈150与这些第二次级线圈160交错地环绕于初级线圈140，且这些绝缘片180设置于这些第一次级线圈150与这些第二次级线圈160之间。
请参照图12，其示例说明步骤S150及步骤S160。在步骤S150中，将两个磁芯120、130插入至中空绕线架110内。初级线圈140(未绘示于图12)环绕中空绕线架110。
在步骤S160中，将变压器100焊接于电路板190上。焊接于电路板190上的这些第一次级线圈150系以并联的方式连接。焊接于电路板190上的这些第二次级线圈160系以并联的方式连接。
请参照图13，其绘示变压器100的剖面图。如图13所示，初级线圈140系以两层的方式环绕中空绕线架110。第一次级线圈150与第二次级线圈160环绕初级线圈140。第一次级线圈150与第二次级线圈160系交错排列。换句话说，一个第一次级线圈150是设置于两个第二次级线圈160之间。一个第二次级线圈160是设置于两个第一次级线圈150之间。第一次级线圈150与第二次级线圈160的截面积实质上相等。磁芯120与磁芯130之间形成间隙GP。
请参照表一。相较于传统的变压器，透过ANSYS Maxwell的模拟，本实施例的变压器100的初级线圈140在100kHz之下，交流对直流电阻比(AC to DC resistance ratio,RAC/RDC)从10降到1.66。本实施例的变压器100的第一次级线圈150与第二次级线圈160在100kHz之下，交流对直流电阻比(RAC/RDC)从17.6降到6.57。此外，初级线圈与次级线圈之间的电容(primary-to-secondary interwinding capacitance)也从112pF降低至14.3pF。
表一
再者，请参照表二的ANSYS Maxwell所模拟的功率损失。相较于传统的变压器，本实施例的变压器100具有相当低的次级线圈功率损失(secondary winding loss)，故变压器整体的功率损失相对较低。举例来说，在272A之下，初级线圈功率损失(primary windingloss)从4.33W降低至3.97W。在272A之下，次级线圈功率损失(secondary winding loss)从18.33W降低至6.87W。在272A之下，整体线圈功率损失(total winding loss)从22.66W降低至10.84W。
在272A之下，整个变压器的功率损失从24.76W降到13.12W。
表二
根据上述实施例，变压器100的交流对直流电阻比(AC to DC resistance ratio)能够降低，且变压器100的整体功率损失(total power loss)也能够降低。变压器100的初级线圈与次级线圈之间的电容(primary-to-secondary interwinding capacitance)能够有效降低，以避免电磁干扰(EMI)的情况。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (20)

1.一种变压器，其特征在于，包括：
一中空绕线架；
二磁芯，插入该中空绕线架；
一初级线圈，缠绕于该中空绕线架；
多个第一次级线圈；以及
多个第二次级线圈，
其中该些第一次级线圈与该些第二次级线圈环绕该初级线圈，
其中该些第一次级线圈与该些第二次级线圈交错地环绕该初级线圈。
2.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，其中各该第一次级线圈的一第一端连接于一第一节点，各该第一次级线圈的一第二端连接于一第二节点，各该第二次级线圈的一第一端连接于该第二节点，各该第二次级线圈的一第二端连接于一第三节点。
3.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，其中该初级线圈为一金属线，各该第一次级线圈及各该第二次级线圈为一金属片。
4.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，其中该二磁芯之间形成一间隙。
5.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，还包括：
一绝缘膜，环绕该初级线圈；以及
多个绝缘片，设置于该些第一次级线圈与该些第二次级线圈之间。
6.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，其中该初级线圈以两层的方式缠绕该中空绕线架。
7.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，其中该初级线圈具有16圈。
8.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，其中各该第一次级线圈与各该第二次级线圈以一层的方式环绕该初级线圈。
9.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，其中各该第一次级线圈与各该第二次级线圈环绕该初级线圈一圈。
10.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，其中该些第一次级线圈与该些第二次级线圈的截面积实质上相等。
11.一种变压器，其特征在于，包括：
一中空绕线架；
二磁芯，插入该中空绕线架；
一初级线圈，缠绕于该中空绕线架；
多个第一次级线圈；以及
多个第二次级线圈，
其中该些第一次级线圈与该些第二次级线圈环绕该初级线圈，
其中该二磁芯之间形成一间隙。
12.一种变压器的制造方法，其特征在于，包括：
将一初级线圈缠绕于一中空绕线架；
交错地排列多个第一次级线圈与多个第二次级线圈，以环绕该初级线圈；以及
插入二磁芯至该中空绕线架内。
13.如权利要求12所述的变压器的制造方法，其特征在于，还包括：
连接各该第一次级线圈的一第一端至一第一节点；
连接各该第一次级线圈的一第二端至一第二节点；
连接各该第二次级线圈的一第一端至该第二节点；以及
连接各该第二次级线圈的一第二端至一第三节点。
14.如权利要求12所述的变压器的制造方法，其特征在于，其中该初级线圈为一金属线，各该第一次级线圈及各该第二次级线圈为一金属片。
15.如权利要求12所述的变压器的制造方法，其特征在于，其中该二磁芯之间形成一间隙。
16.如权利要求12所述的变压器的制造方法，其特征在于，还包括：
以一绝缘膜覆盖该初级线圈；以及
设置多个绝缘片于该些第一次级线圈与该些第二次级线圈之间。
17.如权利要求12所述的变压器的制造方法，其特征在于，其中该初级线圈以两层的方式缠绕该中空绕线架。
18.如权利要求12所述的变压器的制造方法，其特征在于，其中该初级线圈缠绕该中空绕线架16圈。
19.如权利要求12所述的变压器的制造方法，其特征在于，其中各该第一次级线圈与各该第二次级线圈缠绕该初级线圈一圈。
20.如权利要求12所述的变压器的制造方法，其特征在于，其中该些第一次级线圈与该些第二次级线圈的截面积实质上相等。
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