CN201838440U - 应用扁平线圈的多槽式变压器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应用扁平线圈的多槽式变压器，包括铁氧体磁芯、扁平线圈、塑胶骨架、绝缘片，线圈包括初级主绕组以及次级绕组，塑胶骨架设置有多个间隔的槽道，各绕组分别位于间隔的槽道中，在塑胶骨架绕线轴上设置有用于调整各绕组内径的绝缘片或绝缘层。绕组相对磁芯中心轴的同心圆位置上且通过槽的厚度保持一定间隔距离d，在塑胶骨架的中轴上垫绝缘片或包绝缘材料可改变各绕组的内径r，根据不同的设计需要通过调整间隔距离d和绕组的内径r使变压器的分布电容和漏感达到最佳值。因此，各绕组间隔距离d和绕组的内径r可方便地调整，解决了开关电源产品噪音干扰负载的问题、且结构简单、材料少、成本低廉。

Description

应用扁平线圈的多槽式变压器 

技术领域

本实用新型涉及高频变压器领域，具体是指一种应用扁平线圈的多槽式变压器，通过灵活调整各绕组间隔距离和绕组的内径使变压器的分布电容和漏感值最小的一种高频变压器。 

本实用新型是有关使用在输出功率为50W以下相对较低的输出功率开关电源，形状为扁平状，由于线圈制作简单，其电力的特性没有偏差非常稳定，从而减少了变压器漏磁，降低发出的噪音，减少纵方向电流以及漏磁，通过简单结构设计既可低成本地降低噪音。 

背景技术

高频变压器是作为开关电源最主要的组成部分，主要起功率变换的作用，理想的高频变压器要求“漏感最小、分布电容最小”，因为在瞬变过程中，高频漏感和分布电容会引起浪涌电流和尖峰电压及脉冲顶部振荡，使损耗增加，严重时会造成开关管损坏。同时，输出绕组匝数多，层数多时，应考虑分布电容的影响，降低分布电容有利于抑制高频信号对负载的干扰。对同一变压器同时减少分布电容和漏感是困难的，应根据不同的工作要求，保证合适的电容和电感。 

图1为现在使用EC型(或ER型、EP型、EQ型、ETD型、P型、PT型、PQ型、RM型)磁芯开关电源变压器的构造图。图1-1是外观图，图1-2是图1-1的虚线部分断面切割图，图1-3是本变压器的电路图，图1-4卷线原理图。从此图中可知，图1-3的初级线圈2、次级线圈3绕在磁芯1上以螺旋形呈同心圆状环绕。还有在初级线圈2和次级线圈3之间卷上绝缘垫片4。此类的变压器一般设计成纵长形，当厚度较低时使用，如图1-5，安装方式需为横向放置。因此，此类构造的变压器很难准确计算初级线圈2和次级线圈3的间隔厚度。此类如图1-3初级线圈2和次级线圈3之间的漏感随着开 关电源的电力损失增大，同时噪音也会变大。 

还有，如图4显示一般的开关电源电路中，由箭头所指方向的开关周波数以及高次谐波的电流45通过初级线圈42和次级线圈43之间的分布电容44流动，在此开关电源的输出侧作为噪音显示。此电流45也称为纵向电流应尽可能的减小。因此，图1-1变压器中如图1-2所示的初级线圈2，次级线圈3之间必须将胶带4加厚以减少分布电容。此分布电容如果要减少的话，初级线圈2和次级线圈3的间隔也应加大，前面所讲的漏感也随之变大，纵方向的噪音源也随之增加而不会减少。 

本实用新型所要展示的内容，最初是仲井厚一(KAC JAPAN株式会社)的一个研究项目，提出了一种应用扁平线圈的多槽式变压器，在这之后由仲井厚一和洪光岱(天宝电子(惠州)有限公司)共同研制出可应用于大批量生产的多种高频变压器。 

实用新型内容

本实用新型需解决的技术问题是提供扁平形状、小型、廉价和减低纵方向噪音的变压器，解决了以往在漏磁大从而在漏感上处于劣势的难题。 

本实用新型的实现方案为： 

一种应用扁平线圈的多槽式变压器，包括铁氧体磁芯、扁平线圈、塑胶骨架、绝缘片，线圈包括初级主绕组以及次级绕组，塑胶骨架设置有多个间隔的槽道，各绕组分别位于间隔的槽道中，各绕组相对磁芯中心轴同心设置且通过槽道间隔的厚度保持一定间隔距离，在塑胶骨架绕线轴上设置有用于调整各绕组内径的绝缘片或绝缘层，槽道间隔的间隔距离与各绕组内径可调，使整个变压器的分布电容和漏感达到最佳值。 

其中，所述的线圈为平面螺旋状线圈。 

其中，塑胶骨架为多槽式，塑胶骨架有2个或2个以上的绕线槽道，塑胶骨架可以为立式或卧式结构。 

另外，各级绕组间通过绕线槽道之间的间隔绝缘，绝缘要求根据绕线槽道之间的间隔厚度调节。绕组为扁平螺旋状线圈，各绕组绕在塑胶骨架上后，形成相对最小的电容极板面积。 

绕组相对磁芯中心轴的同心圆位置上且通过槽的厚度保持一定间隔距离d，在塑胶骨架的中轴上垫绝缘片或包绝缘材料可改变各绕组的内径 r，根据不同的设计需要通过调整间隔距离d和绕组的内径r使变压器的分布电容和漏感达到最佳值。因此，各绕组间隔距离d和绕组的内径r可方便地调整，解决了开关电源产品噪音干扰负载的问题、且结构简单、材料少、成本低廉。 

附图说明

图1-1，1-2，1-3，1-4，1-5分别为：传统高频变压器的外形图、纵切面剖视图、电路原理图、绕组示意图、卧式结构变压器的外形图； 

图2-1，2-2，2-3，2-4，分别为：扁平线圈多槽式变压器的外形图、纵切面剖视图、电路原理图、绕组示意图； 

图3-1，3-2，3-3，3-4，3-5，3-6，3-7，3-8分别为：扁平线圈多槽式变压器的绕组间隔示意图、初级和次级漏感原理图、多绕组间隔示意图、等效电路原理图、多绕组展开间隔示意图、漏感-绕组外径曲线图、绕组示意图、绕组示意图； 

图4，开关电源工作原理图； 

图5-1，5-2，5-3，5-4分别为：立式结构扁平线圈多槽式变压器电路原理图、外形图、纵切面剖视图、组装结构分解图； 

图6-1，6-2，6-3，6-4分别为：卧式结构扁平线圈多槽式变压器外形图、纵切面剖视图、电路原理图、组装结构分解图； 

图7-1，7-2，7-3，7-4，7-5，7-6分别为：应用扁平线圈多槽式变压器外形图、电路原理图、纵切面剖视图、初级线圈(主绕组)内径示意图、初级线圈(辅助绕组)内径示意图、次级线圈内径示意图； 

图8，卧式结构扁平线圈多槽式变压器外形图； 

图9，卧式结构扁平线圈多槽式变压器另一种外形图； 

图10，立式结构扁平线圈多槽式变压器外形图； 

符号说明 

1…变压器磁芯  2…初级端线圈、3…次级端线圈、30…初级线圈、次级线圈的中心轴、31…初级端线圈、32…初级端线圈、33…自感、 

34…漏感、35…线圈L1、36…线圈L2、37…线圈L3、42…初级端线圈、43…次级端线圈、44…分布电容、50…磁芯、51…绕线轴、52…垫片、53…初级线圈2、54…绝缘片、55…初级线圈、 

56…绝缘片、57…垫片、58…次级端线圈、60…磁芯、61…绕线轴、62…初级端线圈、63…次级端线圈、64…绝缘片、65…垫片、66…开槽、70…磁芯、71…线圈1、72…线圈2、73…线圈3、74…绝缘片1、75…绝缘片2、76…绕线轴。 

具体实施方式

传统的变压器，如图1-4所示在磁芯中心轴卷成立体螺旋形状的线圈。本实用新型中如图2-4所示，包括铁氧体磁芯1、初级线圈2、次级线圈3、塑胶骨架，塑胶骨架设置有多个间隔的槽道，各绕组分别位于间隔的槽道中，各绕组相对磁芯中心轴同心设置且通过槽道间隔的厚度保持一定间隔距离，在塑胶骨架绕线轴上设置有用于调整各绕组内径的绝缘片或绝缘层，槽道间隔的间隔距离与各绕组内径可调，使整个变压器的分布电容和漏感达到最佳值。卷成平面螺旋形状的初级线圈2、次级线圈3，两线圈放置在相对芯片中心轴的同心圆位置上，同时保持一定间隔。还有如图2-2一样，初级线圈2的最小内径和次级线圈3的最小内径要设置为不同。图2-2是初级线圈2，包含初级线圈2的中线轴的剖视图。初级线圈2和次级线圈3之间的分布电容C一般是由众所周知的程式(1)表示。程式(1)的d是初级线圈和次级线圈之间的垂直距离，即为图2-2中垫片4的厚度。S是初级线圈和次级线圈的相对面积。根据程式(1)得知，分布电容C和距离d成反比。调整d后就可以减少课题里所说的纵方向电流(如图4中45)。本实用新型其它课题如图2-4所示，调整卷成扁平的平面螺旋的初级线圈2和次级线圈3之间的漏感σ。此漏感可由在众所周知的程式(3)(4)(5)(6)作为基本原理计算出程式(7)。 

$C=\frac{\mathrm{\ϵS}}{d}---\left(1\right)$

$M12=\mathrm{\μ}0\sqrt{\mathrm{ab}}\left\{(\frac{2}{k}-k)\text{K}\left(k\right)\text{-}\frac{2}{k}E\left(k\right)\right\}---\left(2\right)$

$K\left(k\right)={\∫}_0^{\mathrm{\π}/2}\frac{\mathrm{d\φ}}{\sqrt{1-k2\sin 2\mathrm{\φ}}}---\left(3\right)$

$E\left(k\right)={\∫}_0^{\mathrm{\π}/2}\sqrt{1-k2\sin 2\mathrm{\φ}}\mathrm{d\φ}---\left(4\right)$

$k=\sqrt{\frac{4\mathrm{ab}}{(a+b)2+d2}}---\left(5\right)$

$K=\frac{M12}{\sqrt{\mathrm{LPLS}}}---\left(6\right)$

σ＝LP(1-K)                                (7) 

程式(2)可计算如图3-1的2个圆环间的相感。初级线圈31的半径a，次级线圈32的半径b的圆环，在30的中心轴上垂直做距离为d的间隔。要计算如本实用新型一样的2个平面螺旋线圈时，将图3-3像3-5一样作为直径不同的圆环计算出线圈35、线圈36、线圈37等的总和。图3-3、3-5的圆环为3个时，实际上需要对卷数的个数进行分解。由此所得到的互感M如图3-2所示，初级线圈31的自感L p，次级线圈32的自感L s的2个线圈中得到的变压器的等效电路为如图3-4，33、34为漏感σ，和33、34等效。此漏感由程式(7)表示，程式(6)的k作为参数计算，在结果上如图3-1所示成为初级线圈31的半径a、次级线圈32的半径b、34的距离d的函数。漏感σ实际测量的例子如图3-6所示。实际测量使用的线圈组合如图3-7、3-8所示。线圈38、线圈39的线圈为扁平螺旋线圈，线圈40为卷线数，线径和线圈39相同只需改变螺旋内径，线圈39的内径和线圈38的内径相同，线圈40的内径和线圈38的内径相同。图3-6为漏感的特性曲线。横轴相对线圈38的立体螺旋线圈的外径和线圈39的立体螺旋外径成比例，纵轴则表示漏感σ的大小。图3-7的漏感在图3-6①点上，图3-8的话在图3-6②点，特性图3-6可知，线圈39、线圈40在①和②之间放置时则表示最小值。2个平面螺旋线圈做成变压器时，内径不同的平面螺旋线圈组合的话则结合良好，漏感也能变小。 

同图1-1的以往变压器相比较，可以实现实装高度较低的扁平变压器，如果在开关电源上使用的话，薄型电源模版能够实现。同时，作为广播，电视接收机，电话等的电源，如果适用于纵方向电流(如图4中45)的规制电源则很容易满足规格。再加上线圈可由机器提前制好只需要套上绕线轴就可以做成变压器。容易制作还可减低成本。 

按照本实用新型设计的最好结构高频变压器： 

如图5-1的电路变压器如果采用本实用新型做成的话，最合适的构成如下所示。图5-2为完成时的外观图，图5-3是图5-2的虚线面的切面图，图5-4 是为了说明构造的分解图。相对于图的各构成零件所标注的符号5-1、5-2、5-3、5-4为共通。50～59所标注的各构成零件的尺寸如图5-4虚线所示为相对关系。51标注是为设置由塑料绝缘材料制成做成各构成零件的绕线轴。55标注是初级线圈，58是次级线圈。52标注是在塑料绝缘板上将和次级线圈58的厚度相同和为把次级线圈58配置在同心圆上的垫片。据此内径不同的立体螺旋线圈配置在同心圆上。54标注的分离器是为了间隔次级线圈53和初级线圈55而设置的厚塑料绝缘板。根据厚度的不同可以调整次级线圈58和初级线圈55之间的分布电容。56标注是为了间隔初级线圈55和次级线圈58所设置的厚塑料绝缘板的分离器。57是塑料绝缘板厚度和次级线圈58的厚度相同为将次级线圈58配置在同心圆上而做的垫片。为了限制纵方向电流(如图4中45)也为了得到更好的结合条件，调整分离器56的厚度，垫片57的径长也变的重要。据此使用立体螺旋线圈的扁平变压器则可实现。 

下面，对本实用新型的具体实施方式举两个例子进行说明。 

例一：根据本实用新型而展示的扁平变压器的实施例子。 

图6-1是实施例子的变压器外观图。图6-2是断面图，图6-4是说明变压器构造的分解图。图6-3是变压器的电路图。图6-4所示的初级线圈62，次级线圈63是在使用三重绝缘线时作成预先制定的平面螺旋形状。64所示为分离器，在分离器所定厚度的塑料绝缘板上设置如图所示的沟槽66，可以通过初级线圈62的导线。环形垫片65为设定厚度，外径是塑料绝缘圆板。基座61为绕线轴，基座61上设置有准备连接初级线圈62以及次级线圈63的导线的金属插针。此绕线轴的中心圆筒是和磁芯60的中心圆柱相同的尺寸。如图6-4，在基座61的绕线管按照顺序插上初级线圈62、绝缘分离器64、环形垫片65、次级线圈63，然后将上、下磁芯60对接，最后将胶带在外侧缠绕并作固定，从线圈出来的导线焊接在绕线管的插针后做成变压器。诸如此类变压器构成的断面图如图6-2所示。此变压器的漏感的调整可通过垫片65调整，纵方向电流(如图4中45)的调整可通过分离器66厚度进行调整。 

例二：根据本实用新型的批量生产的实施例子。 

本实用新型的批量生产的适用方法由图7-1说明。图7-2的电路图中的变压器，使用本实用新型而实施的外观图在图7-1中表示。图7-1的像虚线一样的 切断断面图由图7-3表示。塑料做成的绕线轴76的断面图由涂上斜线的部分表示。图7-4是图7-2的线圈72，图7-5是图7-2的线圈71，图7-6是图7-2线圈73，卷成像平面螺旋形状的线圈，将卷到图7-3的绕线轴76中。在实施例一中，各线圈使用提前做好的三重绝缘线层层重叠，最后做成变压器。在实施例中，各线圈使用不是三重绝缘线而是普通漆包线直接缠绕在准备好的绕线轴上。图7-3中所表示的绕线轴为缠绕内径、厚度不同的线圈图7-4、图7-5、图7-6，绕线轴76配合各个线圈的内径而决定了图7-3的d1、d2、d3。同时，线圈71、72、73之间的间隔如所定尺寸，由图7-3的t1、t2决定。由此，作为本实用新型的漏感的调整，将内径不同的平面螺旋线圈作为纵方向电流(如图4中45)的调整，可装配成平面螺旋线圈相互之间不同的间隔。 

为了满足不同安装高度要求、不同电气间隙和爬电距离的应用需求，可将绕线轴76设计成不同的形状：如卧式结构(如图8，图9)、立式结构(如图10)，只是绕线轴结构不同，其它的原理同上描述一样。 

Claims (6)

1.一种应用扁平线圈的多槽式变压器，包括铁氧体磁芯、扁平线圈、塑胶骨架、绝缘片，线圈包括初级主绕组以及次级绕组，其特征在于：塑胶骨架设置有多个间隔的槽道，各绕组分别位于间隔的槽道中，各绕组相对磁芯中心轴同心设置且通过槽道间隔的厚度保持一定间隔距离，在塑胶骨架绕线轴上设置有用于调整各绕组内径的绝缘片或绝缘层，槽道间隔的间隔距离与各绕组内径可调，使整个变压器的分布电容和漏感达到最佳值。

2.根据权利要求1所述应用扁平线圈的多槽式变压器，其特征在于：所述的线圈为平面螺旋状线圈。

3.根据权利要求2所述应用扁平线圈的多槽式变压器，其特征在于：塑胶骨架为多槽式，塑胶骨架有2个或2个以上的绕线槽道，塑胶骨架可以为立式或卧式结构。

4.根据权利要求3所述应用扁平线圈的多槽式变压器，其特征在于：各级绕组间通过绕线槽道之间的间隔绝缘，绝缘要求根据绕线槽道之间的间隔厚度调节。

5.根据权利要求4所述应用扁平线圈的多槽式变压器，其特征在于：绕组为扁平螺旋状线圈，各绕组绕在塑胶骨架上后，形成相对最小的电容极板面积。

6.根据权利要求1～5任一项所述应用扁平线圈的多槽式变压器，其特征在于：绕组相对磁芯中心轴的同心圆位置上且通过槽的厚度保持一定间隔距离d，在塑胶骨架的中轴上垫绝缘片或包绝缘材料可改变各绕组的内径r，根据不同的设计需要通过调整间隔距离d和绕组的内径r使变压器的分布电容和漏感达到最佳值。

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