CN204144027U - 一种高功率密度的开关变压器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种高功率密度的开关变压器，包括一组或若干组成对设置的磁芯，还包括与磁芯配套的磁芯骨架，磁芯的横截面呈E型；并且，磁芯的窗口宽度与窗口深度之比大于1。该开关变压器通过调整磁芯窗口的尺寸，增加了磁芯的窗口面积，扩展了导线绕组的绕线空间，可以增加导线的总绕线匝数，增大开关变压器的功率密度。这种高功率密度的开关变压器在PCB电路板上占用面积较小，只需增加极少的体积，就可极大地增加电源模块的输出功率，从而适用于高功率的小型电源模块使用。

Description

一种高功率密度的开关变压器

技术领域

本实用新型涉及一种开关变压器，尤其涉及一种高功率密度的开关变压器，属于电子器件技术领域。

背景技术

开关变压器一般是指开关电源里面所用的变压器，工作在十几到几十kHz甚至几百kHz频率的脉冲状态下。

现代电子系统要求电子器件或组件更小、更轻、更薄、集成度更高。电源供电系统是电子系统的心脏部件，更需要进行小型化、高可靠性的设计。由于目前电源供电系统的小型化设计，其关键在于开关变压器的尺寸设计，所以，开关变压器的小型化设计受到极大重视。另一方面，随着现有电子器件不断增长的功率需求，现有电源模块的功率输出正在不断增大，这就要求开关变压器在小型化的同时满足高功率密度的输出，这在一定程度上增大了开关变压器的设计难度。

目前，为了实现电源模块中开关变压器的高功率输出，现有技术中，已出现了多种经过改进的开关变压器，例如，中国实用新型CN201120102234.9中公开的平面型高频开关变压器和中国实用新型CN201320861554.1中公开的高频率密度开关电源变压器。但现有技术对开关变压器的改进主要集中于具有环形磁芯的开关变压器，而针对E型磁芯的骨架型开关变压器的改进很少。

骨架型开关变压器包括骨架、磁芯、导线(漆包线)和绝缘高温胶带。其中，E型磁芯和导线是决定变压器输出功率的核心元件。绝缘高温胶带抗电强度高,使用方便机械性能好,被广泛应用在开关变压器线圈的层间,组间绝缘和外包绝缘。开关变压器的骨架，除了作为线圈的绝缘与支撑材料外,还承担了整个变压器的安装固定和定位的作用。由于环形磁性的体积较大，如果可以对使用E型磁芯的骨架型开关变压器进行改进，使之在小型化的同时具有高的功率密度，将可以极大地提高骨架型开关变压器的现有使用价值，从而可以在高功率的小型电源模块中使用，并进一步提高电源模块的输出功率。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种高功率密度的开关变压器。

为了实现上述目的，本实用新型采用了下述的技术方案：

一种高功率密度的开关变压器，包括一组或若干组成对设置的磁芯，还包括与所述磁芯配套的磁芯骨架；所述磁芯的横截面呈E型，并且，所述磁芯的窗口宽度与窗口深度之比大于1。

其中较优地，所述磁芯包括中柱以及设置于中柱两侧的边柱；所述磁芯骨架具有腰部和固接在腰部上下的上沿和底座；所述上沿和所述底座的宽度小于所述磁芯中柱的宽度和所述窗口宽度的两倍的和。

其中较优地，所述磁芯骨架的腰部开设有用于容纳所述中柱的容置槽，所述容置槽的深度等于所述磁芯窗口深度尺寸的两倍。

本实用新型提供的开关变压器通过调整磁芯窗口的尺寸，增加了磁芯的窗口面积，扩展了导线绕组的绕线空间，从而可以增加导线的绕线匝数，增大开关变压器的输出功率密度。这种高功率密度的开关变压器在PCB电路板上占用面积较小，只需增加极少的体积，就可极大地增加电源模块的输出功率，从而适用于高功率的小型电源模块使用。

附图说明

图1是本实用新型提供的开关变压器的结构示意图；

图2是图1所示开关变压器中，磁芯的立体结构示意图；

图3是与图2所示磁芯配套使用的磁芯骨架的立体结构示意图；

图4是图2所示磁芯的正视示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术内容进行说明。

如图1所示，本实用新型提供的高功率密度的开关变压器，是一种骨架型的开关变压器，包括一组或若干组成对设置的磁芯1(图1所示实施例中使用两组)以及与磁芯1配套的磁芯骨架2，在磁芯骨架2的腰部缠绕导线形成导线绕组3，并在导线绕组3的外部以及磁芯1的外部缠绕绝缘高温胶带(未图示)进行绝缘。

该高功率密度的开关变压器，相对于现有开关变压器，重新设计了磁芯1的窗口结构，并相应调整了骨架2的尺寸。如图2所示，E型磁芯1具有水平的磁条11、竖直的中柱12和设置在中柱12两侧的两个边柱13，中柱12的截面积等于两个边柱13的截面积之和，其中，中柱12与磁条11的中部垂直连接，两个边柱13分别与磁条11的两端垂直连接，磁条11、中柱12和两个边柱13一体成型。当中柱12插入骨架2中部的容置槽16时，边柱13抵靠在骨架2的外侧，紧密结合。在该磁芯1的E型截面上，磁条11、中柱12分别与两侧的边柱13构成磁芯窗口，用于容纳导线绕组的绕线空间。

骨架2的结构如图3所示，骨架2具有腰部15和固接在腰部15上下的上沿和底座；骨架2的腰部15中空形成用于容纳中柱12的容置槽16，当两个E型磁芯1相对插入容置槽16时，两个中柱12抵接；导线缠绕在腰部15外部形成导线绕组3，导线绕组3容纳在磁芯窗口内的绕线空间内，因此，磁芯1的窗口面积决定了导线绕组3的绕线空间，从而也决定了开关变压器的输出功率。骨架2的上沿固定在腰部15的上侧四周，用于固定E型磁芯1；骨架2的底座固定在腰部15的下侧四周，并在底座的下方设置有用于连接导线的针脚17，导线通过连接针脚17，与集成线路板上的电路连接。

在该高功率密度的开关变压器中，磁芯1的窗口尺寸设计如图4所示，其窗口宽度L与窗口深度H之间满足下列公式：k＝窗口宽度L:窗口深度H，k＞1。与现有技术中，磁芯窗口宽度L与窗口深度H之比远小于1相比，当窗口宽度L与窗口深度H之比增加到1之上时，磁芯的功率密度增加较快。当然，磁芯窗口宽度L也不能无限增加，当窗口宽度L增加过大时，开关变压器的温升明显，将会超过变压器的使用极限，影响开关变压器的使用。此外，骨架2的尺寸也应相应进行调整，其中，骨架2上沿和底座的宽度均应小于磁芯1的中柱12的宽度和窗口宽度L的两倍(2L)的和；骨架2的容置槽16的深度应等于磁芯窗口深度尺寸H的两倍。

开关变压器的功率密度＝功率P/磁芯的体积V；当磁芯体积增长较小时，如果功率增长值较大，则可以获得高的功率密度。本实用新型提供的开关变压器通过简单地改造了现有磁芯的设计结构，在保持现有E型磁芯的磁通量和窗口深度H不变的基础上，通过增加磁芯的窗口宽度L，加大磁芯的窗口容积，获得高的功率密度增长。下面以改进后的ER4850电源模块为例进行说明，改进后的模块尺寸：131×287×41.5(mm3)，磁芯尺寸：22.87×16.05×47.40(mm3)，其中，磁芯窗口尺寸保持窗口深度H为11.25mm，将窗口宽度L由原来的8.85mm增加到14.21mm时；其输出功率可以由原来的2200W提高到2900W，磁芯功率密度增加30％。

综上所述，本实用新型提供的高功率密度的开关变压器，通过改变E型磁芯的窗口宽度，增加窗口面积，增加磁芯的导线绕线空间，可以极大地增加磁芯的功率密度。而且，相对于体积较大的环形磁芯来说，E型磁芯可以在体积增长较小的情况下，提高电源模块的输出功率，是小型化高功率电源模块的最佳选择。

以上对本实用新型提供的高功率密度的开关变压器进行了详细的说明。对本领域的技术人员而言，在不背离本实用新型实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本实用新型专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (3)

1.一种高功率密度的开关变压器，包括一组或若干组成对设置的磁芯，还包括与所述磁芯配套的磁芯骨架，其特征在于： 

所述磁芯的横截面呈E型，并且，所述磁芯的窗口宽度与窗口深度之比大于1。 

2.如权利要求1所述的开关变压器，其特征在于: 

所述磁芯包括中柱以及设置于中柱两侧的边柱；所述磁芯骨架具有腰部和固接在腰部上下的上沿和底座；所述上沿和所述底座的宽度均小于所述磁芯中柱的宽度和所述窗口宽度的两倍的和。 

3.如权利要求2所述的开关变压器，其特征在于: 

所述磁芯骨架的腰部开设有用于容纳所述中柱的容置槽，所述容置槽的深度等于所述磁芯窗口深度尺寸的两倍。