CN117954211A - 变压器 - Google Patents

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CN117954211A CN202311318483.5A CN202311318483A CN117954211A CN 117954211 A CN117954211 A CN 117954211A CN 202311318483 A CN202311318483 A CN 202311318483A CN 117954211 A CN117954211 A CN 117954211A
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傅乔
林诣超
刘耀钟
郭家泰
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Jiahe Semiconductor Co ltd
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Abstract

一种变压器，包含一骨架；以及多个线圈，绕设在骨架上，其中多个线圈包含：一第一初级线圈；一第二初级线圈，位于第一初级线圈之上，电性连接第一初级线圈；一次级线圈，位于第一初级线圈与第二初级线圈之间；一第一辅助线圈，位于第二初级线圈之上；及一第二辅助线圈，位于第一辅助线圈之上，电性连接第一辅助线圈，其中第一辅助线圈的圈数大于第二辅助线圈。

Description

变压器
技术领域
本申请案涉及一种变压器，尤其涉及一种具有辅助线圈的反驰式变压器。
背景技术
在当今的消费性电子产品中，快速充电已是普遍的需求。氮化镓(GaN)系列的材料由于拥有较宽能隙与高饱和速率的特点，因而适合应用于高功率与高频率的充电器。因此，如何设计操作在高频率的变压器，使其可以兼顾输出效率以及温度，也就成为业界关注的课题之一。
发明内容
本申请案提供一种变压器，其可在高频率操作时兼顾输出效率以及温度。
本申请案提供一种变压器，包含一骨架；以及多个线圈，绕设在骨架上，其中多个线圈包含：一第一初级线圈；一第二初级线圈，位于第一初级线圈之上，电性连接第一初级线圈；一次级线圈，位于第一初级线圈与第二初级线圈之间；一第一辅助线圈，位于第二初级线圈之上；及一第二辅助线圈，位于第一辅助线圈之上，电性连接第一辅助线圈，其中第一辅助线圈的圈数大于第二辅助线圈。
附图说明
图1为本申请案实施例一反驰式变压器的示意图。
图2为本申请案实施例多个线圈的绕设方式的示意图。
图3为本申请案实施例一隔离式反驰式转换器的示意图。
【符号说明】
1:隔离式反驰式转换器
2，3，4，5，6，7，8:引脚、端点
X:位置、端点
10:骨架
D1:二极管
Q1:开关晶体管
Cin:输入电容
Cout:输出电容
N1:第一初级线圈
N2:次级线圈
N3:第二初级线圈
N4:第一辅助线圈
N5:第二辅助线圈
T1:反驰式变压器
Tape1、Tape2、Tape3、Tape4、Tape5:绝缘层
具体实施方式
在说明书及所附的权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及所附的权利要求书并不以名称的差异来做为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来做为区分的准则。在通篇说明书及所附的权利要求书当中所提及的“包含”为一开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。此外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接在一第二装置，则代表第一装置可直接电气连接在第二装置，或通过其他装置或连接手段间接地电气连接至第二装置。
请参考图1，图1为本申请案实施例之一反驰式变压器T1的示意图。反驰式变压器T1包含一骨架10以及绕设在骨架10上的多个线圈，多个线圈包含一第一初级线圈N1、一次级线圈N2、一第二初级线圈N3、一第一辅助线圈N4及一第二辅助线圈N5。第一初级线圈N1为最底层，而第二初级线圈N3位于第一初级线圈N1之上且电性连接第一初级线圈N1，次级线圈N2位于第一初级线圈N1与第二初级线圈N3之间，第一辅助线圈N4位于第二初级线圈N3之上，以及第二辅助线圈N5位于第一辅助线圈N4之上且电性连接第一辅助线圈N4。此外，在各个线圈之间绕设绝缘层Tape1、Tape2、Tape3、Tape4，以及在第二辅助线圈N5之上绕设绝缘层Tape5。在一实施例中，绝缘层Tape1、Tape2、Tape3、Tape4、Tape5的材料可以是胶带、树脂、或绝缘纸，而不限于此。在一实施例中，绝缘层Tape5的厚度为多个绝缘层Tape1、Tape2、Tape3、Tape4的厚度的1倍以上，换句话说，绝缘层Tape5可以是比其它绝缘层更多层的胶带，以确保反驰式变压器T1的最外层的绝缘度足够。绝缘层以封闭式绕法将上述各线圈藏在内部避免线材外露。
在另一实施例中，反驰式变压器T1可还包含一第一屏蔽层与一第二屏蔽层，其中第一屏蔽层位于第一初级线圈N1与次级线圈N2之间，以及第二屏蔽层位于第二初级线圈N3与次级线圈N2之间。在另一实施例中，第一屏蔽层、第二屏蔽层与第一初级线圈N1、次级线圈N2及第二初级线圈N3之间亦绕设有绝缘层。第一屏蔽层与第二屏蔽层未绘示在图1中，但在下表1中第一屏蔽层以E1，第二屏蔽层以E2符号代称。
请参考图2，图2为本申请案实施例一反驰式变压器T1的多个线圈的绕设方式的示意图。第一初级线圈N1绕设的起始端点为反驰式变压器T1的引脚5，绕设的终端为先收头于位置X(通常为变压器顶端或是任一空的引脚)；第二初级线圈N3绕设的起点为位置X，绕设的终端为引脚6。由此可知，第一初级线圈N1与第二初级线圈N3的缠绕方向相同。类似地，次级线圈N2绕设的起始端点为反驰式变压器T1的引脚7，绕设的终端为引脚8；第一辅助线圈N4绕设的起始端点为反驰式变压器T1的引脚2，绕设的终端为引脚3；及第二辅助线圈N5绕设的起始端点为反驰式变压器T1的引脚3，绕设的终端为引脚4。在一实施例中，第一初级线圈N1与次级线圈N2之间，以及第二初级线圈N3与次级线圈N2之间分别包含第一屏蔽层及第二屏蔽层。第一屏蔽层及第二屏蔽层绕设的起点为浮接，绕设的终点为引脚4，经由绕设第一屏蔽层与第二屏蔽层，可降低反驰式变压器T1的初级侧及次级侧之间的电磁干扰(EMI)。
请参考图3，图3为本申请案实施例一隔离式反驰式转换器1(Flyback Converter)的示意图。隔离式反驰式转换器1包含有一开关晶体管Q1、一反驰式变压器T1、一二极管D1、一输入电容Cin以及一输出电容Cout。具体而言，通过决定一输入电压Vin及一输出电压Vout，隔离式反驰式转换器1可以运作在一稳态模式。
在一实施例中，隔离式反驰式转换器1中的开关晶体管Q1可以是以III-V族化合物为材料的一高功率晶体管、一高电压晶体管以及一高频晶体管等。除此之外，针对高功率与高频率的应用，开关晶体管Q1可以是一氮化镓高电子移动速度晶体管(Gallium NitrideHigh Electron Mobility Transistor，GaN-HEMT)，氮化镓系列的材料由于拥有较宽能隙与高饱和速率的特点而适合于高功率与高频率的应用。在一实施例中，开关晶体管Q1采用一增强型氮化镓高电子移动速度晶体管(Enhancement-mode GaN-HEMT)。在另一实施例中，开关晶体管Q1采用一增强型金属氧化物半导体场效晶体管(Enhancement-mode metaloxide semiconductor field effect transistor；E-mode MOSFET)搭配一空乏型氮化镓高电子迁移率场效晶体管(Depletion-mode HEMT)。反驰式变压器T1包含上述任一实施例中所公开的反驰式变压器。在一实施例中，为了针对高功率与高频率的应用，使得隔离式反驰式转换器1操作在高频率时兼顾输出效率以及温度，本申请案在反驰式变压器T1采用了辅助线圈。当隔离式反驰式转换器1需输出不同的电压给不同的系统时，需调整初级侧的一供电电压，可以经由调整第一辅助线圈N4及第二辅助线圈N5绕设线圈的圈数，以对应不同的供电电压。
详细来说，本申请案实施例的多个线圈的绕设方式可以参考下述多个规则，使隔离式反驰式转换器1操作在高频率时可兼顾输出效率以及温度。在一实施例中，第二初级线圈N3的圈数不同于第一初级线圈N1的圈数。在另一实施例中，第一初级线圈N1的圈数与第二初级线圈N3的圈数的总和可为次级线圈N2的圈数的4～8倍。在一实施例中，次级线圈N2的圈数可小于第一初级线圈N1的圈数和第二初级线圈N3的圈数。第一辅助线圈N4的圈数可至少大于第二辅助线圈N5的圈数的3倍。第一屏蔽层E1的圈数与第二屏蔽层E2的圈数可大于第一初级线圈N1的圈数、第二初级线圈N3的圈数及次级线圈N2的圈数的至少其中之一。第一屏蔽层E1的线径与第二屏蔽层E2的线径可小于第一初级线圈N1的线径、第二初级线圈N3的线径以及次级线圈N2的线径。在一实施例中，上述各线圈股数可相同或不同。各线圈材料包含聚胺漆包铜线(UEW)绞合线、利兹线(LITZ)或TIW三层绝缘单芯线。上述各线圈材料可相同或不同。
例如，请参考表1，表1为本申请案多个线圈的绕设方式的一实施例。举例来说，第一初级线圈N1的两端分别耦接到引脚5及位置X；第一屏蔽层E1的一端耦接引脚4，另一端浮接。由于本申请案的反驰式变压器T1是操作于高频率的应用，例如，操作频率为200k～250kHz，输入电压为90Vac～265Vac，输出支持单电压20～24V，以及具有多种输出规格：5V@3A、9V@3A、12V@3A、15V@3A、20V@3.25A等。第一初级线圈N1与第二初级线圈N3的线圈股数可以包含1-50股(P)，依照系统瓦数和操作需求调整。例如12股(12P)，线圈线径可为0.05-0.5mm，例如0.12mm，的聚胺漆包铜线(UEW)绞合的一利兹线(LITZ)分别绕设15圈以及14圈，次级线圈N2可以使用80股(80P)线径0.1mm的三层绝缘线(TIW)绕设5圈。如此一来，第一初级线圈N1与第二初级线圈N3的绕设方式符合第二初级线圈N3的圈数不同于第一初级线圈N1的圈数、第一初级线圈N1的圈数与第二初级线圈N3的圈数的总和为次级线圈N2的圈数的4～8倍，以及次级线圈N2的圈数小于第一初级线圈N1的圈数和第二初级线圈N3的圈数的规则。因此，可以减少反驰式变压器T1操作于高频率时集肤效应(Skin Effect)带来的影响。下列表1中其他线圈的绕设方式亦符合上述规则，在此不再赘述。
表1
线圈 端点 线材 圈数 绝缘层
N1 5-X LITZ(UEW)0.12mm*12P 15 1层
E1 ---4 UEW 0.13mm*2p 28 1层
N2 7-8 TIW-M 0.1mm*80p 5 2-3层
E2 ---4 UEW 0.13mm*2p 28 1层
N3 X-6 LITZ(UEW)0.12mm*12P 14 1层
N4 2-3 UEW 0.23mm*1p 15 1层
N5 3-4 UEW 0.23mm*1p 4 2层
综上所述，本申请案的反驰式变压器中多个线圈的绕设方式符合多个规则，可以使得隔离式反驰式转换器操作在高频率时符合安全规范以及快充协议(Power Delivery)，且兼顾输出效率以及温度。
以上所述仅为本申请案的优选实施例，凡依本申请案权利要求书所做的均等变化与修饰，皆应属本申请案的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种变压器，包含：
骨架；以及
多个线圈，绕设在该骨架上，其中该多个线圈包含：
第一初级线圈；
第二初级线圈，位于该第一初级线圈之上，电性连接该第一初级线圈；
一次级线圈，位于该第一初级线圈与该第二初级线圈之间；
第一辅助线圈，位于该第二初级线圈之上；及
第二辅助线圈，位于该第一辅助线圈之上，电性连接该第一辅助线圈，其中该第一辅助线圈的圈数大于该第二辅助线圈。
2.如权利要求1所述的变压器，还包含：
第一屏蔽层与第二屏蔽层，其中该第一屏蔽层位于该第一初级线圈与该次级线圈之间，以及该第二屏蔽层位于该第二初级线圈与该次级线圈之间。
3.如权利要求2所述的变压器，其中该第一屏蔽层的线径与该第二屏蔽层的线径小于该第一初级线圈的线径、该第二初级线圈的线径以及该次级线圈的线径。
4.如权利要求2所述的变压器，其中该第一屏蔽层的圈数与该第二屏蔽层的圈数大于该第一初级线圈的圈数、该第二初级线圈的圈数及该次级线圈的圈数的至少其中之一。
5.如权利要求1所述的变压器，其中该第一辅助线圈的圈数至少大于该第二辅助线圈的圈数的三倍。
6.如权利要求1所述的变压器，其中该次级线圈的圈数小于该第一初级线圈的圈数和该第二初级线圈的圈数。
7.如权利要求1所述的变压器，其中该第二初级线圈与该第一初级线圈的缠绕方向相同。
8.如权利要求1所述的变压器，其中该第二初级线圈的圈数不同于该第一初级线圈的圈数。
9.如权利要求1所述的变压器，其中该第一初级线圈的圈数与该第二初级线圈的圈数的总和为该次级线圈的圈数的4～8倍。
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