CN117711763A - 小型化变压器结构 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种变压器绕组，包括第一片类型的第一金属片和第二片类型的第二金属片，其中一个叠在另一个上面，以及设置在第一金属片和第二金属片之间的绝缘膜。每种片类型包括环形，在环形的下部有开口，以及还包括从开口的两端分别向下延伸的第一端子和第二端子。第一和第二片类型的第一和第二端子之间具有相同的距离，并且从第一端子到环形中心线的距离不同。通过改变第一端子到中心线的距离，可以使变压器绕组不同。还提供了一种变压器，包括作为副边侧绕组的变压器绕组。本申请可有效减小变压器体积，提高功率密度。

Description

小型化变压器结构
技术领域
本发明涉及变压器领域，特别是涉及一种小型化变压器结构。
背景技术
电能转换系统通常包括级联连接在交流公用线和多个负载之间的AC/DC级和DC/DC级。AC/DC级将交流公用线的电能转换输出至中间直流配电母线。DC/DC级将中间直流配电母线上的电压转换为用于多个负载的多个电压。传统的AC/DC级可能包括各种电磁干扰(EMI)滤波器，由四个二极管组成的桥式整流器，功率因数校正电路和隔离型DC/DC功率转换器。所述DC/DC级可包括多个隔离型DC/DC转换器。所述隔离型DC/DC变换器可以采用不同的功率拓扑实现，如LLC谐振变换器、反激变换器、正激变换器、半桥变换器、全桥变换器等。
在电能转换系统中，变压器用于在隔离型功率转换器的原边侧和副边侧之间提供隔离。为了增加从原边侧输送到副边侧的电能，可以使用多个变压器。多个变压器可以集成到如集成磁性结构的单个装置中。示例性的集成磁性结构可包括一对磁芯、多个原边侧绕组和多个副边侧绕组。集成磁性结构的使用提高了性能，减小了尺寸和重量。
随着电子技术的进步，人们希望开发具有更高功率密度、更高效率和更小尺寸的电源产品。变压器作为电源的核心部件之一，在减小尺寸、提高功率密度和保证布局匹配性能方面面临着挑战。
发明内容
通过本申请的优选实施例，通常可以解决或规避上述问题，并且通常可以实现技术优势，该些优选实施例提供了一种小型化的变压器结构。
根据本申请的一个方面，提供了一种变压器，所述变压器包括一结构。所述结构包括磁芯，所述磁芯包括第一支腿、第二支腿以及设置在第一支腿和第二支腿之间的第三支腿。所述结构还包括绕设于所述第一支腿的第一副边侧绕组，所述第一副边侧绕组包括第一片类型的第一铜片以及第二片类型的第二铜片，所述第一铜片和所述第二铜片堆叠设置且所述第一铜片的后表面堆叠于所述第二铜片的前表面的上方，所述第一片类型包括第一本体，所述第一本体为环形且包括第一开口，所述第一片类型还包括从第一开口的两端分别沿着环形的中心线延伸出的第一端子和第二端子；所述第二片类型包括第二本体，所述第二本体为环形且包括第二开口，所述第二片类型还包括从第二开口的两端分别沿着环形的中心线延伸出的第一端子和第二端子。所述结构还包括绕设于所述第二支腿的第二副边侧绕组，所述第二副边侧绕组包括第一片类型的第三铜片和具有第二片类型的第四铜片，所述第三铜片和所述第四铜片堆叠设置且所述第三铜片的前表面堆叠于所述第二铜片的后表面的上方。所述结构还包括绕设于所述第三支腿的第三副边侧绕组，所述第三副边侧绕组包括第三片类型的第五铜片和第六铜片，所述第五铜片和第六铜片堆叠设置且所述第五铜片的后表面堆叠于所述第六铜片的后表面上，所述第三片类型包括第三本体，所述第三本体为环形且具有第三开口，所述第三片类型还包括从所述第三开口的两端沿所述环形的中心线分别延伸出的第一端子和第二端子。其中，第一、第二、第三片类型的第一端子与第二端子之间的距离相同。从第一、第二、第三片类型的第一端子或第二端子到对应的环形的中心线的距离彼此不同。所述第一至第六铜片的中心线垂直于所述磁芯的纵向。
根据本申请的另一个方面，提供一种变压器绕组，包括第一片类型的第一金属片，第一片类型包括第一本体，所述第一本体为环形且在环形的下部设有第一开口，所述第一片类型还包括从第一开口的两端分别向下延伸的第一端子和第二端子；第二片类型的第二金属片，所述第二片类型包括第二本体，所述第二本体为环形且在环形的下部设有第二开口，所述第二片类型还包括从第二开口的两端分别向下延伸的第一端子和第二端子，所述第二开口不同于所述第一开口。所述第二片类型的第一端子和第二端子之间的距离与第一片类型的第一端子和第二端子之间的距离相同。所述第一金属片和第二金属片的第一端子和第二端子具有相同的宽度，所述第一金属片和第二金属片堆叠设置，且沿环形的中心线方向上，一个金属片堆叠于另一金属片的上方。所述变压器绕组还包括设置在第一金属片和第二金属片之间的绝缘膜。
根据本公开的又一个方面，提供了一种包括变压器的装置。所述变压器包括磁芯，所述磁芯包括第一支腿、第二支腿以及设置在第一支腿和第二支腿之间的第三支腿。所述变压器还包括绕设于所述第一支腿的第一副边侧绕组，所述第一副边侧绕组包括第一片类型的第一铜片以及第二片类型的第二铜片，所述第一铜片和所述第二铜片堆叠设置且所述第一铜片的后表面堆叠于所述第二铜片的前表面的上方，所述第一片类型包括第一本体，所述第一本体为环形且包括第一开口，所述第一片类型还包括从第一开口的两端分别沿着环形的中心线延伸出的第一端子和第二端子；所述第二片类型包括第二本体，所述第二本体为环形且包括第二开口，所述第二片类型还包括从第二开口的两端分别沿着环形的中心线延伸出的第一端子和第二端子。所述变压器还包括绕设于所述第二支腿的第二副边侧绕组，所述第二副边侧绕组包括第一片类型的第三铜片和第二片类型的第四铜片，所述第三铜片和所述第四铜片堆叠设置且所述第三铜片的前表面堆叠于所述第二铜片的后表面的上方。所述变压器还包括绕设于所述第三支腿的第三副边侧绕组，所述第三副边侧绕组包括第三片类型的第五铜片和第六铜片，所述第五铜片和第六铜片堆叠设置且所述第五铜片的后表面堆叠于所述第六铜片的后表面上，所述第三片类型包括第三本体，所述第三本体为环形且具有第三开口，所述第三片类型还包括从所述第三开口的两端沿所述环形的中心线分别延伸出的第一端子和第二端子。其中，第一、第二、第三片类型的第一端子与第二端子之间的距离相同。从第一、第二、第三片类型的第一端子或第二端子到对应的环形的中心线的距离彼此不同。所述第一至第六铜片的中心线垂直于所述磁芯的纵向。
前述内容已经相当广泛地概述了本公开的特征和技术优点，以便可以更好地理解的本申请随后的详细描述。在下文中将描述形成本申请的权利要求的主题的附加特征和优点。本领域技术人员应该理解，所公开的概念和特定实施例可以容易地用作为通过修改或设计其他结构或过程的基础，来实现本申请的相同目的。本领域技术人员还应该认识到，这样的等同构造不脱离所附权利要求书中阐述的本公开的精神和范围。
附图说明
为了更好地理解本申请的技术方案以及效果，现在结合说明书描述以及以下的附图来作为参考，其中：
图1示意出了一示例性的传统磁性的立体图、俯视图和前视图；
图2示出图1中磁芯上的三个绕组；
图3示出了本申请的各种实施例中的示例性的三种不同片类型的金属片；
图4示出了本申请的各种实施例中的示例性的变压器结构；
图5示出了本申请的各种实施例中的另一示例性的变压器结构，突出了绕组通过PCB连接；
图6示出了本申请的各种实施例中的另一示例性的三种片类型的金属片；
图7示出了本申请的各种实施例中的利用图6中所示的金属片的另一示例性的变压器结构；
图8示出了本申请的各种实施例中的图7中的变压器结构，且突出了绝缘薄膜；
图9示出了本申请的各种实施例中的两种不同的绝缘薄膜；
图10示出了本申请的各种实施例中的示例性的环氧树脂板的立体图、前视图、俯视图和侧视图；
图11示出了本申请的各种实施例中的示例性的原边侧绕组；
图12示出了本申请的各种实施例中的另一示例性的原边侧绕组；
图13A-13F示出了本申请的各种实施例中的示例性的变压器；
图14A-14F示出了本申请的各种实施例中的另一示例性的变压器；以及
图15示出可用于电源电路的示例性的电路。
除非另外指出，不同附图中的相应数字和符号通常指代相应的部分。所述附图的绘制是用于清楚地示出各种实施例的相关方面，并且不一定按比例绘制。
具体实施方式
下面详细讨论本申请优选实施例的制造和使用。然而，应当理解，本公开提供了许多可应用的发明构思，其可以在各种各样的特定上下文中体现。所讨论的特定实施例仅说明制造和使用本申请的特定方式，并且不限制本申请的范围。
变压器广泛应用于各种电子设备和系统中。例如，在电能转换系统中，变压器用于在隔离型功率转换器的原边侧侧和副边侧侧之间提供隔离。为了增加从原边侧输送至到副边侧的功率，根据常规技术，可以将多个变压器集成到具有集成磁性结构的单个设备中。例如，具有集成磁性结构的变压器可以包括一对磁芯、多个原边侧绕组和多个副边侧绕组。图1和图2给出了一个集成磁性结构的例子。
图1为集成磁性结构的示例性的磁芯100的示意图，包括磁芯100的立体图110、俯视图130和前视图150。所述磁芯100包括主体112，以及从主体112延伸出的三个磁芯中心柱(也称为支腿)114、116和118。作为示例，三个支腿114、116和118从主体112的表面120沿着垂直于表面120的方向延伸。所述三个支腿114、116和118的横截面可以呈圆形、椭圆形或其他适用形状。这个例子显示了一个普通的椭圆形，但圆形也适用，其中，所述三个支腿114、116和118可为柱状。所述三个支腿114、116和118的中心可沿磁芯100的左右方向的水平线132对齐。水平线132可以是磁芯在左右方向或磁芯100纵向上的中心线。三个支腿114、116和118可以距离L1(以下也称为支腿间距或柱间距)为间隔而均匀间隔设置。所述主体112可以呈U形，并包括两个侧柱122，所述两个侧柱将中间的三个支腿114、116和118环绕在其中。
本文使用的术语“顶”、“底”、“下”、“上”、“前”、“后”、“右”、“左”、“水平”和“垂直”/“竖直”等仅用于说明目的，以指示本公开的实施例的组件/元件的相对位置或方向，并不用于限制本申请的范围。所述组件/元件的相对位置或方向可以不同地指示或说明，所述术语可以不同地解释并不同地应用于所述组件/元件，其仍然属于本申请的范围。
所述三个支腿114、116和118可用于实现变压器的绕组。在一个实施例中，每个支腿可用于实现变压器的一个相位的绕组，因此，变压器可以具有三个相位。例如，支腿114可以形成第一相变压器，支腿116可以形成第二相变压器，支腿118可以形成第三相变压器。与具有三个独立变压器的电能转换系统相比，如图1所示结构的磁芯100减小了三相变压器的尺寸，从而缩短了磁路长度，降低了磁损耗，提高了变压器的效率。
然而，上述磁芯100的缺点是，由于支腿集成在一个磁芯中，因此支腿之间具有固定距离L1，这限制了放置在支腿上的绕组之间的距离。
图2示出了布设在图1所示的磁芯100上的三个绕组202、204和206的俯视图200。所述绕组可以是对称的铜绕组。每个绕组具有第一端子212和第二端子214。两个相邻绕组的第一(或第二)端子之间的距离可称为绕组之间的间距(或称为绕组间距)，所述距离例如为，绕组202的端子212和绕组204的端子212之间的距离，绕组202的端子214和绕组204的端子214之间的距离，或者，绕组204的端子214和绕组206的端子214之间的距离。在该示例中，对称铜绕组之间的间距与支腿之间的间距L1相同，且固定。这种固定的间距配置不能匹配不同的印刷电路板(PCB)布局。
本公开的实施例提供了一种变压器结构，该结构可以有效地减小变压器的尺寸，并提高功率密度和转换效率。此外，变压器的端子不受磁芯尺寸的限制。本实施例变压器结构可满足不同的布局要求。本公开的实施例可应用于信息技术(IT)、矿机电源、电能转换系统等领域。
本公开的实施例将在以下特定上下文中描述，即，仅用于说明目的的小体积变压器结构。“小体积”应该被理解为一个相对的术语。它仅用于表示变压器结构有助于减小变压器的尺寸，也可以称为小型化变压器结构。以下，将参考附图详细说明各种实施例。
在一些实施例中，变压器可以包括一对集成磁芯，由金属片形成的多个副边侧绕组，设置于在金属片之间的绝缘膜，设置于气隙中的环氧树脂板，以及由串联-并联连接的α(α)型线圈形成的多个原边侧绕组。除非另有说明，所述集成磁芯也可称为“磁芯”(magnetic core)或“芯部”(core)。
图3为示出了本申请的各种实施例中的示例性的三种不同片类型的金属片的示意图300。金属片可以用作磁芯的副边侧绕组，并放置在磁芯支腿周围。在一些实施例中，金属板可以由铜制成，例如紫铜。下面以铜制成的金属片为例进行说明，并将其称为铜片。金属片可能具有不同的片结构或片类型/片类型(sheet type)。图3示出三种不同片类型A、B和C的示例性的铜片，即，铜片A310、铜片B340和铜片C370。
片类型A的铜片A 310，也即A型铜片A 310，包括本体312，所述本体312为环形且在所述本体312的下部设有开口314，以及还包括从所述开口314的两端320和322分别向下延伸的两个端子A1 316和A2 318。环形形状也可称为中间有孔的圆盘形状或甜甜圈形状。所述端子A1 316和A2 318沿着环形的中心线302延伸。在这个示例中，中心线302可以被视为垂直中心线。当所述铜片围绕所述磁芯100的支腿放置时，所述环形的中心线302可垂直于图1中的线132，即垂直于所述铁芯100的纵向。所述端子A1 316和A2 318中的每一个都在末端处具有平行于中心线302向下延伸的部分，即部分324或部分326。所述两个端子A1 316和A2 318的两个部分324和326(也称为垂直/竖直部分，因为它们垂直/竖直向下延伸)各具有宽度W。所述两个端子A1 316和A2 318之间的距离为L2，即，在该些端子的横向方向(垂直于中心线302)上，从端子A1 316的中心到端子A2 318的中心的距离为L2。端子A1 316到环形的中心线302的距离为L3，即，在端子的横向方向上，从端子A1 316的中心到中心线302的距离为L3。在本示例中，端子A2 318的边缘对准中心线302，且端子A1 316和A2 328均位于中心线302的一侧。
片类型B的铜片B 340，也即B型铜片B 340，包括本体342，所述本体342为环形且在所述本体342的下部设有开口344，以及还包括从所述开口344的两端350和352分别向下延伸的两个端子B1 346和B2 348。所述端子B1 346和B2 348沿环形的垂直中心线302延伸。所述端子B1 346和B2 348的每个端子在相应端子的末端均具有平行于中心线302向下延伸的部分，即部分354或部分356。所述两个端子B1 346和B2 348的两个部分354和356(也称为垂直部分)各具有宽度W，两个端子B1 346和B2 348之间的距离为L2，即在该些端子的横向方向上，从端子B1 346的中心到端子B2 348的中心的距离为L2。所述端子B1 346与所述环形的中心线302的距离为L4，在端子的横向方向上，所述端子B1 346的中心与所述环形的中心线302的距离为L4。在本示例中，所述两个端子B1 346和B2 348分别位于中心线302的两侧。
片类型C的铜片C 370，也即C型铜片C 370，包括本体372，所述本体372为环形且在所述本体372的下部开设有开口374，以及从开口374的两端380和382分别向下延伸的两个端子C1 376和C2 378。端子C1 376和C2378沿环形的垂直中心线302延伸。端子C1 376和C2378中的每一个在相应端子的末端处都具有平行于中心线302向下延伸的部分，即部分384或部分386。所述两个端子C1 376和C2 378的两个部分384和386(也称为垂直/竖直部分)各具有宽度W，所述两个端子C1 376和C2 378之间的距离为L2，即在该些端子的横向方向上，端子C1 376的中心与端子C2 378的中心的距离为L2。所述端子C1 376与所述环形的中心线302之间的距离为L5，即在端子的横向方向上，端子C1 376的中心与所述中心线302距离为L5。L5、L4和L3是不同的。在本实例例中，所述两个端子C1 376和C2 378分别位于中心线302的两侧。
铜片A 310、B 340、C 370中的每一个的两个端子之间的距离相同，即L2。三个铜片的所有端子可以具有相同的宽度，即W。但是，A 310、B 340和C 370铜片各自的第一端子(即端子316、346、376)到中心线302的距离不同，或者A 310、B 340和C 370铜片各自的第二端子(即端子318、348、378)到中心线302的距离不同。所述不同可以通过在各自的环形上提供不同的开口314、344和374来实现，例如，该些开口的位置不同或者尺寸不同。其中，任一端子可以在对应开口的一端和端子的垂直部分之间具有过渡部分，该过渡部分可以作为制造的结果而存在，以便在保持距离L2、L3、L4或L5的同时得到端子所需的位置。作为示例，所述端子316可以包括连接所述端部320和垂直部分324的弯曲或弧形过渡部分328。端子318可以包括类似的过渡部分。作为另一示例，所述端子346可包括连接所述端部350和所述垂直部分354的过渡部分358，所述过渡部分358的宽度大于W，所述铜片A 310、B 340和C 370中的每一铜片的两个端子不围绕中心线302对称。
本文所用的术语“环形”仅用于描述目的，以描述金属片的一般形状。环形的横截面可以是圆形或椭圆形。环形的尺寸(如环形中间的孔、环形的直径)和环形的一般形状需要与磁性相匹配(如磁性的尺寸、支腿间距等等)，以便在磁芯的支腿周围放置金属片。三种片类型使用相同的环形(包括尺寸)，但在环形上提供不同的开口和端子。该些片类型的L1-L5和/或W可统称为片类型的一组片参数。
上述关于图3所描述的片结构/类型可用于解决由于集成磁芯的两个相邻支腿/支柱之间的固定间距而引起的上述问题，从而避免绕组的端子受到集成磁芯的限制。因此，绕组之间的绕组间距不受磁芯支腿间距的限制。可根据绕组间距的需要定制金属片，以满足不同的PCB布局要求，所述绕组间距例如可为所述距离L2-L5中的一个或多个。此外，铜片更有利于载流和散热，从而提高了变压器的散热性能和效率。另外，通过铜片的各种组合方式，可以将一个铜片形成的单匝绕组串联起来，得到由两个铜片形成的双匝绕组。
根据本公开的一些实施例，所述片类型A、B和C型片用于形成绕组并用作变压器的二次绕组。以具有三条支腿的磁芯100为例，可形成以下三个绕组分别置于三条支腿上。本领域普通技术人员将认识到，在不偏离本发明的精神和原则的情况下，可以根据所使用的磁芯和PCB布局要求适用各种修改、实施例和变更来形成绕组。
在一些实施例中，第一绕组(例如，以下图4中的绕组410)可以包括铜片A 310和铜片B 340，所述铜片A 310与所述铜片B 340堆叠在一起，且所述铜片A 310堆叠在铜片B 340的上方。具体地说，所述铜片A310的后表面设置在所述铜片B 340的前表面之上，即所述铜片A310的后表面面向所述铜片b340的前表面。其中，在铜片A 310和铜片B 340之间可以设置绝缘膜。
在一些实施例中，第二绕组(例如，以下图4中的绕组430)可以包括两个铜片C 370(即，第一铜片C 370和第二铜片C 370)，其中两个铜片C 370堆叠设置，且第一铜片C 370堆叠在翻转(前后翻转)的第二铜片C 370的上方。具体地说，第一铜片C 370的被面设置在第二铜片C 370的后表面之上，即第一铜片C 370的后表面面向第二铜片C 370的后表面。其中，两个铜片C370之间可设置绝缘膜。
在一些实施例中，第三绕组(例如，以下图4中的绕组450)可以包括翻转且堆叠在一起的铜片A 310以及B 340，翻转的所述铜片A310堆叠在翻转的铜片B 340之上。即铜片A310和铜片B 340都翻转180度(前后翻转)，翻转后的铜片A 310堆叠在翻转后的铜片B 340之上。具体地说，所述铜片A310的前表面设置在所述铜片B 340的后表面之上，即所述铜片A310的前表面面向所述铜片B 340的后表面。所述铜片A 310和铜片B 340之间也可以设置绝缘膜。所述示例性的第一、第二和第三绕组可以用作变压器的副边侧绕组。
在一些实施例中，基于PCB布局要求、磁芯和其他可能的要求(此后统称为绕组要求)，可以确定片类型的参数L1-L5和/或W，然后可以根据参数制作或选择片类型A、B和C的铜片。某一组绕组要求可能对应一组片参数，如L1-L5,W和其他参数，例如如图6所示的L6。在一个示例中，端子的宽度W可以根据磁芯/支腿的尺寸来确定。可根据各种绕组要求设计和构造各种片类型，并用于形成各种绕组，例如上述的第一、第二和第三绕组。
图4示出了本申请的各种实施例中的示例性的变压器结构400的俯视图。所述变压器结构400包括采用图1所述磁芯100形成的第一相变压器402、第二相变压器404和第三相变压器406，其中副边侧绕组为采用上述三个绕组形成。
在本示例中，第一相变压器402包括绕设于磁芯100的磁芯支腿114的第一绕组(在这里用410标记)。如上所述，所述第一绕组410包括具有两个端子A1和A2的铜片A 310和具有两个端子B1和B2的铜片B 340，其中，铜片A 310堆叠在铜片B 340的上方。绝缘膜408(虚线)放置在铜片A 310和铜片B 340之间。
第二相变压器404包括绕设于磁芯100的磁芯支腿116的第二绕组(在这里用430标记)。如上所述，所述第二绕组430包括具有两个端子(在本示例中为C1-1和C1-2)的第一铜片C 370和具有两个端子(在本示例中为C2-1和C2-2)的第二铜片C 370，其中第二铜片C 370翻转，并且第一铜片C 370堆叠在翻转的第二铜片C 370之上。在第一铜片C 370和翻转的第二铜片C 370之间放置有绝缘膜408。
第三相变压器406包括绕设于磁芯100的磁芯支腿118的第三绕组(在这里用450标记)。如上所述，所述第三绕组450包括具有两个端子A1和A2的铜片A 310和具有两个端子B1和B2的铜片B 340，其中铜片A 310和铜片B 340都被翻转后堆叠在一起，翻转的铜片A 310堆叠在翻转的铜片B 340之上。在翻转的铜片A 310和翻转的铜片B 340之间放置有绝缘膜408。
在变压器结构400中，磁芯100的支腿间距为L1。端子A1与A2之间的距离、端子B1与B2之间的距离、端子C1-1与C1-2之间的距离、端子C2-1与C2-2之间的距离相同，即L2。绕组间距为LPin，即为第一绕组410的端子A1与第二绕组430的端子C1-1之间的距离，第二绕组430的端子C1-1与第三绕组450的端子B2之间的距离。端子可以直接焊接到印刷电路板(PCB)上。所述第一绕组410的端子A1到中心线的距离为L3，所述第二绕组430的端子C1-1到中心线的距离为L5。由此可知ΔL＝LPin-L1＝L3-L5，其中ΔL为绕组间距LPin与支腿间距L1之差，也等于L3与L5之差。通过改变ΔL，即L3与L5的差值，可以调整LPin的绕线间距，以满足不同的PCB布局要求。
所述绝缘膜408可以具有与所述铜片的环形的形状相似的形状，并且为了便于放置在两片铜片之间，所述绝缘膜408可以具有比环形更大的表面。
图5示出了本申请的各种实施例中的另一示例性的变压器结构500，突出显示了铜片的端子的连接(如图5中的虚线所示)。所述变压器结构500与图4中的变压器结构400相类似。为了简化描述，图5中的类似组件使用了图4中的相同编号。所述变压器结构500包括第一绕组410、第二绕组430和第三绕组450，分别围绕磁芯100的支腿114、116和118。
在图5的示例中，可以使用PCB 510来连接所述绕组。例如，第一绕组410的端子B1和A2可以通过PCB 510连接，从而在第一绕组410的端子A1和B2之间形成两匝绕组。这两匝绕组可构成第一相变压器402的副边侧绕组。第一绕组410的端子A1可作为所述两匝绕组的起点，第一绕组410的端子B2可作为所述两匝的终点。换句话说，第一绕组410的端子A1和B2可以是第一绕组410的两个端子/末端。
在一个示例中，所述第二绕组430的端子C2-2和C1-2可以通过PCB 510连接(用虚线表示)，从而在所述第二绕组430的端子C1-1和C2-1之间形成两匝绕组。这两匝绕组可构成图4中的第二相变压器404的副边侧绕组。如虚线所示，所述第二绕组430的端子C1-1可作为两匝绕组的起点，第二绕组430的端子C2-1可作为两匝绕组的终点。换句话说，第二绕组430的端子C1-1和C2-1可以是第二绕组430的两个端子/末端。
在一个示例中，第三绕组450的端子A2和B1可以通过PCB 510连接，从而在第三绕组450的端子B2和A1之间形成两匝绕组。这两匝绕组可构成图4中的第三相变压器406的副边侧绕组。所述第三绕组450的端子B2可作为两匝的起点，第三绕组450的端子A1可作为两匝的终点。也就是说，第三绕组450的端子B2和A1可以是第三绕组450的两个端子/末端。
图6为示出了本申请的各种实施例中的另一示例性的三种片类型A、B和C的金属片的示意图600。图6示出了片类型A的铜片A 610、片类型B的铜片B 640和片类型C的铜片C670，它们具有与图3中所示的不同的一组参数。具体地说，铜片A 610、B 640和C 670与铜片A 310、B 340和C 370相似，只是在图6的本示例中，L6＝L4以及L5＝L2。即铜片A 610的端子A1、A2之间的距离，铜片B 640的端子B1、B2之间的距离，铜片C 670的端子C1、C2之间的距离相等，例如均等于L2。然而，端子A2到环形的中心线的距离L6与端子B1到环形的中心线的距离L4相同。进一步，从端子C1到环形的中心线的距离L5等于L2。图6中的铜片与图3中的铜片具有不同的开口和端子。在这样一组不同的参数下，使用这些金属片A 610、B 640和C 670形成的第一、第二和第三绕组与图4所示的不同。图7给出了一个示例。
图7示出了本申请的各种实施例中的另一示例性的变压器结构700的俯视图，其中的副边侧绕组是使用图6所述的金属片形成的。与图4类似，变压器结构700包括由绕设所述磁芯100的磁芯支腿114的第一绕组710形成的第一相变压器、由绕设所述磁芯100的磁芯支腿116的第二绕组730形成的第二相变压器和由绕设所述磁芯100的磁芯支腿118的第三绕组750形成的第三相变压器。
与图4所描述的绕组类似，第一绕组710包括铜片A 610和铜片B640，其中铜片A610堆叠在铜片B 640的上方。第二绕组730包括两个铜片C670(即第一铜片C 670和第二铜片C 670)，第一铜片C 670堆叠在翻转的第二铜片C 670上。第三绕组750包括铜片A 610和铜片B 640，它们都是翻转的，并且翻转的铜片A 610堆叠在翻转的铜片B 640的上方。在两个堆叠的铜片之间设置绝缘膜，以用于三相。
当设置L6＝L4、L5＝L2时，第一绕组710的端子B1与A2相互重叠，第二绕组730的端子C2-2与C1-2相互重叠，第三绕组750的端子A2与B1相互重叠。在本示例中，第二绕组730的端子C1-1和C2-1相对于环形的中心线是对称的。
图8示出了本申请的各种实施例中的示例性的的变压器结构，且突出了显示了根据本申请的各种实施例设置在铜片之间的绝缘膜800。作为示例，一绝缘膜800可放置在第一绕组710的铜片A 610和铜片B 640之间，一绝缘膜800可放置在第二绕组730的两个铜片C670之间，一绝缘膜800可放置在第三绕组750的铜片a610和铜片b640之间。在一些实施例中，所述绝缘膜800的厚度可小于0.1mm，同时具有满足耐高温150℃和耐3KV(千伏)及以上电压要求的性能，既节省了厚度尺寸，又避免了匝间短路。绝缘膜的形状和尺寸可以与铜片的形状和尺寸相似，其尺寸可以大于铜片，例如从铜片的周缘伸出约0.5mm-1mm(毫米)，以便于粘贴/粘合绝缘膜。
图9示出了本申请的各种实施例中的两种不同的绝缘薄膜900和920。在本示例中，绝缘膜900相对于铜片的环形的中心线是不对称的。绝缘膜920相对于铜片的环形的中心线是对称的。
在变压器的两个磁芯之间设置气隙可以减少变压器应用中磁饱和的风险。在气隙中放置环氧树脂板(epoxy board)可以防止原边侧绕组和副边侧绕组占用气隙(绕组远离气隙)。这样可以有效地减少绕组涡流损耗，提高效率。为了便于组装，环氧树脂板可以具有类似于磁芯的结构/形状。图10为本申请的各种实施例的为具有图1所述的磁芯100的结构的磁芯所配置的示例性的环氧树脂板1000的示意图。图10提供了环氧树脂板1000的立体图1010、前视图1020、俯视图1030和侧视图1040。环氧树脂板1000可用于两个磁芯100之间，所述两个磁芯以其中一个磁芯100的三个支腿朝向另一个磁芯100的三个支腿的方式堆叠。环氧树脂板1000有三个孔1002，与所述两个磁芯100的三个支腿相匹配。
图11示出了本申请的各种实施例中的示例性的原边侧绕组1100。图11包括原边侧绕组1100的立体图1110、左侧视图1120、俯视图1130和前视图1140。原边侧绕组1100可采用三层绝缘导线或其他绝缘导线绕制而成。原边侧绕组1100可以包括两个或多个串联的α(α)型绕组(也称为α型原边侧线圈)，可以灵活地提供所需的匝数，缩短绕组之间串联连接的路径，并确保绕组的平整度。这种结构也便于原边侧绕组与副边侧绕组的耦合。如图11所示，原边侧绕组1100包括两个α型原边侧线圈1112，通过串联线1114串联连接。串联线1114可与α型原边侧线圈1112集成在一起。串联线1114的长度可以调整，以满足跨度(即P_COIL)的不同要求，所述串联线1114的长度即为两个α型原边侧线圈1112之间的距离。应该注意的是，串联的α型绕组中的每个单独的α型绕组1112可能具有不同的匝数。
图12示出了本申请的各种实施例中的另一示例性的原边侧绕组1200。图12包括原边侧绕组1200的立体图1210、右侧视图1220、俯视图1230和前视图1240。所述原边侧绕组1200可以用三层绝缘导线或其他绝缘导线绕制而成。如图12所示，所述原边侧绕组1200包括三个α型原边侧线圈1212，通过串联线1214和1216串联连接。所述串联线1214和1216可与α型原边侧线圈1212集成在一起。所述串联线1214和1216的长度可以分别调整，以满足不同跨度(即P1_COIL,P2_COIL)的要求。
图13A-13F示出了本申请的各种实施例中的示例性的变压器1300。变压器1300一般包括一对磁芯、原边侧绕组、由铜片、绝缘膜、环氧树脂板组成的副边侧绕组。图13A是变压器1300的立体俯视图。图13B是变压器1300的侧面示意图1305。图13C是变压器1300的前视图1310。图13D是变压器1300的俯视图1315。图13E是变压器1300的一次绕组1320的示例。图13F是变压器1300沿线XX的横截面图1325。
变压器1300将参照图13A-图13F和图1在下面进行描述。变压器1300包括磁芯11330和磁芯2 1332，磁芯1 1330和磁芯2 1332中的每个与上述图1所述的磁芯100类似。此处仅使用磁芯100作为用于说明目的的示例，并且其他磁芯也可以以类似的方式用于形成变压器。磁芯1 1330和磁芯2 1332可以并排或堆叠设置，磁芯1 1330的三个支腿分别朝向磁芯2 1332的三个支腿。在磁芯1 1330和磁芯2 1332之间的气隙处可设置环氧树脂板1334。所述环氧树脂板1334与图10所示的环氧树脂板1000类似。如图13F所示，还可以在每个磁芯的底部(例如，在图1中磁芯100的表面120上)设置环氧树脂板1334。
所述变压器1300可以包括通过分别使用磁芯1 1330和磁芯2 1332的第一支腿114、第二支腿116和第三支腿118形成的第一相变压器、第二相变压器和第三相变压器。所述原边侧绕组和副边侧绕组可以交替设置在所述支腿上，例如，如图13F所示，按照副边侧绕组、第一原边侧绕组1340(在图中也称为原边侧线圈-01)、副边侧绕组、第二原边侧绕组1342(在图中也称为原边侧线圈-02)、环氧树脂板1334、第一原边侧绕组1340、副边侧绕组、第二原边侧绕组1342和副边侧绕组的顺序，交替设置在该些支腿上。
所述第一、第二和第三相变压器分别使用不同的副边侧绕组1344、1346和1348，与前述图4和图7所讨论的类似。所述副边侧绕组1344、1346和1348可以分别类似于图7所描述的绕组710、730和750。第二绕组1344、1346和1348也可以分别类似于图4所描述的绕组410、430和450。在两片铜片之间放置绝缘膜，形成副边侧绕组。
变压器1300的每个原边侧绕组(1340和1342)可以类似于图11中所描述的原边侧绕组1100，例如，如图13E所示，包括两个α型原边侧线圈1336，它们通过串联线1338串联连接。根据不同的应用，第一原边侧绕组1340和第二原边侧绕组1342可以并联或串联连接。
在本示例的变压器1300中，通过使用交错或交替的原边侧绕组(由两个串联连接的α型线圈组成)和副边侧绕组(由铜片组成)，可以确保变压器1300的磁耦合。两组原边侧绕组(如第一原边侧绕组1340和第二原边侧绕组1342)可并联连接以满足载流要求。环氧树脂板1334设置在磁芯之间的气隙处，使原边侧绕组远离气隙，从而减少了涡流损耗。环氧树脂板1334设置在副边侧绕组的磁芯和铜片的底部，减少了铜片的涡流损耗。两个相邻的铜片之间的绝缘膜可以防止由铜片组成的匝被短路。变压器1300具有体积小、性能好等优点。
图14A-14F示出了本申请的各种实施例中的另一示例性的变压器1400。图14A是变压器1400的立体俯视图。图14B是变压器1400的侧视图1405。图14C是变压器1400的前视图1410。图14D是变压器1400的俯视图1415。图14E示意出了变压器1400的示例性的原边侧绕组1420。图14F是变压器1400沿线NN的横截面图1425。所述变压器1400与上述图13中的变压器1300类似，不同之处在于，所述变压器1400包括三个磁芯，并且原边侧绕组与上述图12所示的原边侧绕组1200类似。
所述变压器1400包括磁芯1 1430、磁芯2 1432和磁芯3 1434，在磁芯1 1430和磁芯2 1432之间的气隙处设有环氧树脂板1436。如图14F所示，在磁芯2 1432和磁芯3 1434之间可设置另一环氧树脂板1436。每个磁芯类似于上述图1中所示的磁芯100。所述三个磁芯并排或堆叠排列，所述磁芯2 1432朝向所述磁芯1 1430并远离所述磁芯3 1434。环氧树脂板1436可以类似于上述图10所示的环氧树脂板1000。如图14F所示，环氧树脂板1436也可以设置在磁芯的底部(例如，在图1中磁芯100的表面120上)。
所述原边侧绕组和副边侧绕组可以交替地设置在磁芯上，类似于上述的变压器1300。其中，不同的副边侧绕组1446、1448和1450用于不同的相位变压器，类似于图7所示的各个绕组710、730和750。在两片铜片之间放置绝缘膜，形成副边侧绕组。
所述变压器1400的每个原边侧绕组(1442和1444)可以类似于图12中所描述的原边侧绕组1200，例如，如图14E所示，每个原边侧绕组可包括通过串联线1440串联连接的三个α型原边侧线圈1438。所述第一原边侧绕组1442和第二原边侧绕组1444可以串联或并联连接。
所述变压器1400体积小，效率高，可定制，例如，可通过调整铜片的端子以满足不同的PCB布局要求。所述变压器1400可用于提供高功率密度和高效率的电源。
在一些实施例中，变压器和电子元件，例如电容器或电感器，可以集成在一起共享一个磁芯。这样可以减小功率转换电路的尺寸，提高功率效率。在一些实施例中，所述变压器还包括电子元件或装置，所述电子元件或装置设置在第一、第二、第三、第四、第五或第六铜片的第一端子或第二端子上的，所述电子元件或装置包括与所述第一端子或所述第二端子电耦接的第一焊盘和作为相应绕组的端子的第二焊盘。
在一些实施例中，电子元件可以与副边侧绕组集成在一起，例如，与如图4所示的副边侧绕组410、430或450集成在一起。作为示例，电容器，例如，副边侧谐振电容器，可以设置在副边侧绕组的端子(称为绕组端子)上，例如，副边侧绕组410的端子A1或B2，副边侧绕组430的端子C1-1或C2-1，或副边侧绕组450的端子B2或A1。在电容器和设置电容器的副边侧绕组的端子之间可以设置绝缘层。所述电容器可具有连接到所述副边侧绕组的绕组端子的第一端子以及用于连接到外部电路的第二端子。本领域普通技术人员将认识到，可以使用各种方法或技术将电容器与副边侧绕组集成，并且电容器可以由其他可适用组件替换。
图15示出了可用于电源电路的示例性的电路1500。所述电路1500包括具有原边侧绕组NP和副边侧绕组NS的变压器。所述副边侧绕组NS有两个绕组端子T1和T2。副边侧谐振电容器C2串联连接在绕组端子T2和整流电路之间。副边侧绕组NS可以是上述实施例的副边侧绕组中的任何一种。副边侧谐振电容器C2可集成在副边侧侧绕组NS的绕组端子T1上，并与所述绕组端子T1串联连接。在这种情况下，电容器C2的另一端，即T3，可以用来连接到外部电路。因此，变压器可以通过端子T3和T2连接到外部电路。将电容器C2与副边侧绕组NS集成，可以简化副边侧电路。
尽管已经详细描述了本申请的实施例及其优点，但是应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的本公开的精神和范围的情况下，可以在此进行各种改变，替换和变更。
此外，本申请的范围不旨在限于说明书中描述的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法和步骤的特定实施例。本领域的普通技术人员将从本公开的公开内容中容易地理解的是，目前存在或以后将要开发的，执行基本相同功能的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤，可以使用与本申请相关的实施例所描述的实施例或与本文描述的相应实施例基本相同的结果。因此，所附权利要求旨在将这样的过程，机器，制造，物质组成，手段，方法或步骤包括在它们的范围内。

Claims (20)

1.一种变压器，包括第一结构，所述结构包括:
磁芯，包括第一支腿、第二支腿以及设置在第一支腿和第二支腿之间的第三支腿；
第一副边侧绕组，绕设于所述第一支腿，所述第一副边侧绕组包括第一片类型的第一铜片以及第二片类型的第二铜片，所述第一铜片和所述第二铜片堆叠设置且所述第一铜片的后表面堆叠于所述第二铜片的前表面的上方，所述第一片类型包括第一本体，所述第一本体为环形且包括第一开口，所述第一片类型还包括从第一开口的两端分别沿着环形的中心线延伸出的第一端子和第二端子；所述第二片类型包括第二本体，所述第二本体为环形且包括第二开口，所述第二片类型还包括从第二开口的两端分别沿着环形的中心线延伸出的第一端子和第二端子；
第二副边侧绕组，绕设于所述第二支腿，所述第二副边侧绕组包括所述第一片类型的第三铜片和所述第二片类型的第四铜片，所述第三铜片和所述第四铜片堆叠设置且所述第三铜片的前表面堆叠于在所述第四铜片的后表面之上；以及
第三副边侧绕组，绕设于所述第三支腿，第三副边侧绕组包括第三片类型的第五铜片和第六铜片，所述第五铜片和第六铜片堆叠设置，且所述第五铜片的后表面堆叠于所述第六铜片的后表面上，所述第三片类型包括第三本体，所述第三本体为环形且包括第三开口，所述第三片类型还包括从所述第三开口的两端沿所述中心线分别伸出的第一端子和第二端子；以及
其中，所述第一、第二、第三片类型的第一端子与第二端子之间的距离相同；以及
从第一、第二、第三片类型的第一端子或第二端子到环形的中心线的距离彼此不同，第一至第六铜片的中心线垂直于磁芯的纵向。
2.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，还包括:
第一绝缘膜，设置在第一副边侧绕组的第一铜片和第二铜片之间；
第二绝缘膜，设置在第二副边侧绕组的第三铜片和第四铜片之间的；以及
第三绝缘膜，设置在第三副边侧绕组的第五铜片和第六铜片之间。
3.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述第二片类型的第一端子和中心线之间的距离与第一片类型的第二端子和中心线之间的距离相同，所述第三片类型的第一端子和中心线之间的距离与所述第三片类型的第一端子和第二端子之间的距离相同。
4.如权利要求1所示的变压器，其特征在于，所述第一片类型、第二片类型或第三片类型的每一个的第一端子比第一片类型、第二片类型或第三片类型的每一个的第二端子离中心线更远。
5.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述第一支腿、第二支腿和第三支腿以第一距离均匀间隔设置。
6.如权利要求5所述的变压器，其特征在于，所述第一铜片的第一端子与第五铜片的第一端子之间的第二距离与第五铜片的第一端子与第三铜片的第一端子之间的第二距离相同，第二距离与第一距离不同。
7.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述第一片类型、第二片类型和第三片类型的第一端子和第二端子具有相同的宽度。
8.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述磁芯进一步包括两个侧柱，所述两个侧柱将所述第一支腿、第二支腿和第三支腿环绕在其中。
9.如权利要求1的变压器，其特征在于，还包括：
电子元件或装置，设置在第一、第二、第三、第四、第五或第六铜片的第一端子或第二端子上的，所述电子元件或装置包括与所述第一端子或所述第二端子电耦接的第一焊盘和作为相应绕组的端子的第二焊盘。
10.如权利要求1的变压器，其特征在于，还包括：
绕设于所述第一支腿第一原边侧绕组和第四副边侧绕组，所述第一原边侧绕组堆叠于所述第一副边侧绕组和所述第四副边侧绕组之间；
绕设于所述第二支腿的第二原边侧绕组和第五副边侧绕组，所述第二原边侧绕组堆叠于所述第二副边侧绕组和所述第五副边侧绕组之间；以及
绕设于所述第三支腿的第三原边侧绕组和第六副边侧绕组，第三原边绕组堆叠于第三副边侧绕组和第六副边侧绕组之间，其中第四副边侧绕组、第五副边侧绕组和第六副边侧绕组分别与第一副边侧绕组、第二副边侧绕组和第三副边侧绕组相同。
11.如权利要求1的变压器，其特征在于，还包括与第一结构相同的第二结构，所述第二结构与第一结构堆叠，使得所述第二结构的第一、第二和第三支腿分别面向第一结构的第一、第二和第三支腿；以及
设置于所述第一结构和第二结构之间的环氧树脂板。
12.如权利要求11的变压器，其特征在于，还包括与第一结构相同的第三结构，所述第二结构堆叠在第一结构和第三结构之间，且所述第二结构的第一、第二和第三支腿远离所述第三结构的第一、第二和第三支腿。
13.一种变压器绕组，包括:
第一片类型的第一金属片，所述第一片类型包括第一本体，所述第一本体为环形且在环形的下部设有第一开口，所述第一片类型还包括从第一开口的两端分别向下延伸的第一端子和第二端子；
第二片类型的第二金属片，所述第二片类型包括第二本体，所述第二本体为环形且在环形的下部设有第二开口，所述第二片类型还包括从第二开口的两端分别向下延伸的第一端子和第二端子，所述第二开口不同于所述第一开口；
所述第二片类型的第一端子和第二端子之间的距离与第一片类型的第一端子和第二端子之间的距离相同；
所述第一金属片和第二金属片的第一端子和第二端子具有相同的宽度；以及
所述第一金属片和第二金属片堆叠设置，且沿环形的中心线方向上，一个金属片堆叠于另一金属片的上方；以及
绝缘膜，设置于所述第一金属片和第二金属片之间。
14.如权利要求13所述的变压器绕组，其特征在于，所述第一金属片的第二端子与第二金属片的第一端子重叠。
15.如权利要求14所述的变压器绕组，其特征在于，所述第一金属片的第二端子和第二金属片的第一端子与中心线对齐。
16.如权利要求13所述的变压器绕组，其特征在于，所述第一金属板的第一端子和第二端子位于中心线的同一侧。
17.如权利要求13所述的变压器绕组，其特征在于，所述第一金属片和第二金属片为铜片。
18.一种装置，包括变压器，所述变压器包括：
磁芯，包括第一支腿、第二支腿以及设置在第一支腿和第二支腿之间的第三支腿；
第一副边侧绕组，绕设于所述第一支腿，所述第一副边侧绕组包括第一片类型的第一铜片以及第二片类型的第二铜片，所述第一铜片和所述第二铜片堆叠设置且所述第一铜片的后表面堆叠于所述第二铜片的前表面的上方，所述第一片类型包括第一本体，所述第一本体为环形且包括第一开口，所述第一片类型还包括从第一开口的两端分别沿着环形的中心线延伸出的第一端子和第二端子；所述第二片类型包括第二本体，所述第二本体为环形且包括第二开口，所述第二片类型还包括从第二开口的两端分别沿着环形的中心线延伸出的第一端子和第二端子；
第二副边侧绕组，绕设于所述第二支腿，所述第二副边侧绕组包括所述第一片类型的第三铜片和所述第二片类型的第四铜片，所述第三铜片和所述第四铜片堆叠设置且所述第三铜片的前表面堆叠于在所述第四铜片的后表面之上；以及
第三副边侧绕组，绕设于所述第三支腿，第三副边侧绕组包括第三片类型的第五铜片和第六铜片，所述第五铜片和第六铜片堆叠设置，且所述第五铜片的后表面堆叠于所述第六铜片的后表面上，所述第三片类型包括第三本体，所述第三本体为环形且包括第三开口，所述第三片类型还包括从所述第三开口的两端沿所述中心线分别伸出的第一端子和第二端子；以及
其中，所述第一、第二、第三片类型的第一端子与第二端子之间的距离相同；以及
从第一、第二、第三片类型的第一端子或第二端子到环形的中心线的距离彼此不同，第一至第六铜片的中心线垂直于磁芯的纵向。
19.如权利要求18所述的装置，其特征在于，
所述第一铜片的第二端子与所述第二铜片的第一端子电耦接；
所述第三铜片的第二端子与所述第四铜片的第一端子电耦接；以及
所述第五铜片的第二端子与所述第六铜片的第二端子电耦接。
20.如权利要求18所示的装置，其特征在于，所述变压器还包括:
电子元件或装置，设置在第一、第二、第三、第四、第五或第六铜片的第一端子或第二端子上的，所述电子元件或装置包括与所述第一端子或所述第二端子电耦接的第一焊盘和作为相应绕组的端子的第二焊盘。
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