CN205376269U - 一种开关变压器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种开关变压器，用于开关电源中，并连接在所述开关电源的电源侧和负载侧之间，第一初级绕组分为两部分绕制在磁芯骨架的最内层和最外层，第二初级绕组和次级绕组由内而外依次绕制，所述电源侧的第一端连接24VDC，其第二端连接所述第一初级绕组的两引线端子，所述负载侧的第三端对应连接所述第一次级绕组的两引线端子、所述第一次级绕组的出线端与所述第二次级绕组的入线端、以及所述第三次级绕组的两引线端子，所述负载侧的第四端依次对应输出5VDC/7W、15VDC/3W以及-15VDC/1.5W电压。本实用新型开关电源的电源侧接入24VDC时，负载侧输出5VDC/7W、15VDC/3W和-15VDC/1.5W，且能够满足编码器模块外围电路板的电源需求。

Description

一种开关变压器

技术领域

本实用新型涉及变压器技术领域，尤其涉及一种开关变压器。

背景技术

开关变压器一般应用在开关电源内，并作为开关电源的电压转换部件连接在开关电源的电源侧和负载侧之间，因此开关变压器的特性直接影响开关电源的性能。目前需要在开关电源的电源侧接入24VDC时，并经开关变压器转换后，该开关电源的负载侧能够输出5VDC/7W、15VDC/3W和-15VDC/1.5W的电压，并供给编码器外围电路，然而市面上还没有这种开关变压器。

因此，目前急需一种能够满足开关电源电源侧接入24VDC时，开关电源的负载侧输出5VDC/7W、15VDC/3W和-15VDC/1.5W的开关变压器。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种开关变压器，其能够满足开关电源的电源侧接入24VDC时，负载侧输出5VDC/7W、15VDC/3W和-15VDC/1.5W。

为解决上述技术问题，实用新型采用如下所述的技术方案。一种开关变压器，用于开关电源中，且连接在所述开关电源的电源侧和负载侧之间，所述电源侧用于为所述开关变压器提供电源，所述负载侧用于连接外围设备，其包括磁芯、磁芯骨架以及同向绕制在所述磁芯骨架上的绕组，所述绕组包括初级绕组和次级绕组，所述初级绕组包括第一初级绕组和第二初级绕组，所述次级绕组包括第一次级绕组、第二次级绕组及第三次级绕组，所述第一初级绕组分成第一部分和第二部分，且分别位于所述绕组的最内层和最外层，且由内往外依次是第二初级绕组和次级绕组，其中，每一绕组两端均引出两个引线端子，同向绕制的起始端为入线端，同向绕制的结束端为出线端，所有绕组的入线端为高电势的同名端，且所述第一次级绕组的入线端与所述第二次级绕组的出线端电气连接；

其中，所述电源侧的第一端用于连接24VDC，其第二端连接所述第一初级绕组的两引线端子，所述负载侧的第三端对应连接所述第一次级绕组的两引线端子、所述第一次级绕组的出线端与所述第二次级绕组的入线端、以及所述第三次级绕组的两引线端子，所述负载侧的第四端依次为输出电压5VDC/7W、15VDC/3W以及-15VDC/1.5W对应的输出端。

优选地，所述电源侧的第一端和第二端之间连接有开关管，所述负载侧的第三端与第四端之间连接有滤波电路。

优选地，所述第一初级绕组的第一部分与所述磁芯骨架之间包覆有3层绝缘层，第一初级绕组的第二部分的外部包覆有2层绝缘层。

优选地，所述第二初级绕组与所述第一初级绕组的第一部分之间包覆有1层绝缘层。

优选地，所述第一次级绕组、第二次级绕组及第三次级绕组以并绕的方式缠绕于同一层。

优选地，所述次级绕组与所述第二初级绕组之间包覆有2层绝缘层，所述次级绕组与所述第一初级绕组的第二部分之间包覆有2层绝缘层。

优选地，所述磁芯骨架包括底座和固定于所述底座上的中空式绕线柱，所述绕组绕制于所述绕线柱上，所述底座上与所述绕线柱相接触的区域内设有一通孔，且所述底座上设置若干引脚，所述初级绕组和所述次级绕组的引线端分别与所述引脚对应连接。

优选地，所述磁芯骨架型号为EI-225+5立式骨架，所述磁芯型号为EI-22磁芯，且E型磁芯的中间竖条磁芯插入所述绕线柱内，两边的竖条磁芯置于所述绕线柱外，I型磁芯置于所述底座的下方，且通过所述通孔与所述E型磁芯相接触，形成倒“日”字形闭合回路。

优选地，所述E型磁芯与I型磁芯、绕线柱之间采用点胶进行固定。

优选地，所述E型磁芯与I型磁芯的外侧还包覆有多层加强固定的绝缘胶带。

本实用新型的有益技术效果在于：该开关变压器连接在开关电源的电源侧侧和负载侧之间，并通过将第一初级绕组分成线圈匝数相同、绕制圈数相同的第一部分和第二部分，且分别绕制在磁芯骨架的最内层和最外层，第一次级绕组、第二次级绕组及第三次级绕组绕在第一部分和第二部分之间，当电源侧的第一端连接24VDC时，其第二端连接第一初级绕组的两引线端子，负载侧的第三端对应连接第一次级绕组的两引线端子、第一次级绕组的出线端与第二次级绕组的入线端、以及第三次级绕组的两引线端子，负载侧的第四端依次对应输出5VDC/7W、15VDC/3W以及-15VDC/1.5W电压，以满足编码器模块外围电路的电源需求。

附图说明

图1是一种较佳实施方式的开关变压器的正视图。

图2是图1中的开关变压器的侧视图。

图3是图1中的开关变压器的仰视图。

图4是一种较佳实施方式的开关变压器的应用电路原理图。

图5是一种较佳实施方式的开关变压器的绕制示意图。

图6是一种较佳实施方式的开关变压器的电路原理图。

具体实施方式

为使本领域的普通技术人员更加清楚地理解实用新型的目的、技术方案和优点，以下结合附图和实施例对实用新型做进一步的阐述。

参照图1至图3所示，一种较佳实施方式的开关变压器的正视图、侧视图及仰视图。在本实施例中，该开关变压器1用于开关电源中，并连接在开关电源的电源侧和负载侧之间。该开关变压器1包括磁芯11、磁芯骨架10以及同向绕制在磁芯骨架10上的绕组12。

在本实施例中，磁芯11优选型号为EI-22磁芯，包括E型磁芯和I型磁芯，且磁芯11选用PC40材质。

在本实施例中，磁芯骨架10采用型号为EI-225+5立式骨架，包括底座102和固定于底座102上的中空式绕线柱101。底座102上与绕线柱101相接触的区域内设有一通孔(图中未标注)，即绕线柱101与通孔相对。绕组12绕制于绕线柱101上，E型磁芯的中间竖条磁芯插入绕线柱101内，绕线柱101设置于该通孔的上方，E型磁芯两边的竖条磁芯置于绕线柱101外，I型磁芯置于底座102的下方，且通过该通孔与E型磁芯相接触，以形成倒“日”闭合回路。在本实施例中，底座102上设置有10个引脚，且该引脚分两列且依次按编号1-10进行设置，以供与绕组12的不同引线端进行对应连接。

优选地，E型磁芯与I型磁芯、绕线柱101之间采用点胶进行固定，以进行初固定。

绕组12包括初级绕组13和次级绕组14。初级绕组13包括第一初级绕组131和第二初级绕组132。在本实施例中，次级绕组14包括第一次级绕组141、第二次级绕组142及第三次级绕组143。第一初级绕组131分成第一部分1311和第二部分1312，且分别位于绕组12的最内层和最外层，且由内往外依次是第二初级绕组132和次级绕组14。

该开关变压器1的初级绕组13和次级绕组14以堆叠方式在磁芯骨架10上进行绕制，即第一初级绕组131的第一部分1311和第二部分1312置于绕组12的最内层和最外层，且由内至外依次为第二初级绕组132、次级绕组14。优选地，在本实施例中，第一次级绕组141、第二次级绕组142及第三次级绕组143以并绕的方式缠绕在同一层。当然，并不局限于采用并绕的方式，第一次级绕组141、第二次级绕组142及第三次级绕组143也可以分三层绕制。每一绕组两端均引出两个引线端子，同向绕制的起始端为入线端，同向绕制的结束端为出线端，第一次级绕组141的入线端与第二次级绕组142的出线端电气连接。由于所有绕组同向绕制在同一绕线柱101上，初级绕组13和次级绕组14的入线端为同名端。

参照4所示，一种较佳实施方式的开关变压器的应用电路原理图。该开关变压器1连接在开关电源的电源侧和负载侧之间，电源侧用于为开关变压器1提供电源，负载侧用于连接外围设备，且开关电源电源侧的第一端和第二端之间连接有开关管，该电源侧的第一端接入24VDC直流电源，第二端接第一初级绕组，且24VDC直流电源、开关管的输入端和输出端、第一初级绕组相串联构成闭合回路，负载侧的第三端与第四端之间连接有三组滤波电路，三组滤波电路输出端分别对应5VDC/7W、15VDC/3W以及-15VDC/1.5W输出电压，其输入端分别对应连接第一次级绕组的两引线端子、第一次级绕组的出线端与第二次级绕组的入线端、以及第三次级绕组的两引线端子，每组滤波电路由整流二级管和滤波电容构成，该第四端同时连接编码器外围电路和控制电路，且该控制电路由第二初级绕组132供电，且该控制电路连接开关管的控制端，并控制开关管的导通时间。当第一端接入24VDC，经开关管后变成第一矩形波，并供给该开关变压器1的第一初级绕组131，经电压变换后，在开关变压器1的第一次级绕组141、第二次级绕组142以及第三次级绕组143分别对应输出第二矩形波，该第二矩形波经过滤波电路后对应变成5VDC/7W、15VDC/3W以及-15VDC/1.5W电压进行输出。

该开关变压器1实际是一个耦合电感，它传递的是电流信号，即初次级的电流比等于匝数比。关于开关变压器1用于开关电源时，并进行指定电压输出时的选型计算公式如下：

初级侧电流纹波系数K_RF的定义：K_RF＝1(DCM非连续导通模式)，K_RF＜1(CCM连续导通模式)；

初级侧电感计算(CCM模式)：

$L_m=\frac{{({V_{DC}}^{\min }\·D_{\max })}^2}{2P_{in}{f}_s{K}_{RF}}\×{10}^6\left(uH\right);$

式中，V_DC ^min为开关变压器输入最小直流电压，D_max为开关管最大占空比，P_in为变压器输入功率，f_s为开关管的开关频率(Hz)。

初级侧电流峰值I_ds ^peak计算：

${I_{ds}}^{peak}=\frac{P_{in}}{{V_{DC}}^{\min }{D}_{\max }}+\frac{{V_{DC}}^{\min }{D}_{\max }}{2L_m{f}_s};$

初级侧电流初始值I_ds ^int计算：

${I_{ds}}^{\mathrm{int}}=\frac{P_{in}}{{V_{DC}}^{\min }{D}_{\max }}-\frac{{V_{DC}}^{\min }{D}_{\max }}{2L_m{f}_s};$

初级侧电流有效值I_ds ^rms计算：

${I_{ds}}^{rms}=\sqrt{\frac{D_{\max }}{3}({I_{ds}}^{{\mathrm{peak}}^2}+{I_{ds}}^{{\mathrm{int}}^2}+{I_{ds}}^{peak}{I_{ds}}^{\mathrm{int}})}=\sqrt{\frac{D_{\max }}{3}\[3{\left(\frac{P_{in}}{{V_{DC}}^{\min }{D}_{\max }}\right)}^2+{\left(\frac{{V_{DC}}^{\min }{D}_{\max }}{2L_m{f}_s}\right)}^2};$

开关变压器磁芯选择：

根据开关变压器的最大工作磁感应强度B_sat、导线电流密度J和窗口填充系数K_f，可以计算变压器的AP值，通过AP选择磁芯型号。

计算开关变压器AP值：

$AP=\frac{P_{omax}(\sqrt{1-D_{max}}+\sqrt{D_{max}})F\left(K_{RF}\right)}{{\mathrm{JB}}_{sat}{K}_f{f}_s\mathrm{\η}}\×{10}^2\left({\mathrm{cm}}^4\right);$

AP：磁芯面积乘积，即磁芯窗口面积Aw与磁芯有效截面积Ae的乘积：AP＝Aw×Ae：

P_omax：电源最大输出功率(W)。对于CCM模式，P_omax＝P_o(1+K_RF)：

B_sat：最大工作磁感应强度(T)，J：导线电流密度(A/mm²)，K_f：窗口填充系数，

F(K_RF)：电流纹波系数的函数，

根据所选择磁芯截面积计算初级侧匝数N_p，

$N_p=\frac{L_m{I_{ds}}^{peak}}{B_{sat}{A}_e};$

确定开关变压器各次级绕组的匝数N_s(n)，

$N_{s\left(n\right)}=N_p\frac{(V_{o\left(n\right)}+V_{F\left(n\right)})(1-D_{max})}{{V_{DC}}^{\min }{D}_{\max }};$

V_o(n)为各次级绕组输出电压，V_F(n)为输出整流二极管压降。

确定次级绕组线径：

各次级绕组电流，

${I_{d\left(n\right)}}^{rms}={I_{ds}}^{rms}\sqrt{\frac{1-D_{max}}{D_{max}}}\frac{K_{L\left(n\right)}{V}_{RO}}{V_{o\left(n\right)}-V_{F\left(n\right)}};$

其中，V_RO为反射电压，

K_L(n)为各次级绕组的负载系数，

各次级绕组的导线截面积为：

$S_{d\left(n\right)}=\frac{{I_{d\left(n\right)}}^{rms}}{J};$

同理计算初级绕组的导线截面积。

参照图5所示，一种较佳实施方式的开关变压器的绕制示意图。在该开关变压器1由内而外依次是绝缘层16、第一初级绕组131的第一部分1311、绝缘层17、第二初级绕组132、绝缘层15、次级绕组14、绝缘层18、第一初级绕组131的第二部分1312以及绝缘层19。绝缘层16包覆于第一初级绕组131的第一部分1311与磁芯骨架10之间，以实现第一部分1311与磁芯骨架10之间的电气隔离。在本实施例中，绝缘层16有3层。为了更好的实现电气隔离，第二初级绕组132与第一初级绕组131的第一部分1311之间包覆有绝缘层17。在本实施例中，绝缘层17有1层。在第二初级绕组132与次级绕组14之间包覆有绝缘层15，在本实施例中，绝缘层15为2层。在本实施例中，第一次级绕组141、第二次级绕组142及第三次级绕组143采用并绕的方式绕制在同一层，故第一次级绕组141、第二次级绕组142及第三次级绕组143之间无需包覆绝缘层。当然，第一次级绕组141、第二次级绕组142及第三次级绕组143还可以采用分层绕制，并在层与层之间进行绝缘隔离。第一初级绕组131的第二部分1312与次级绕组14之间包覆有绝缘层18，在本实施例中，绝缘层18为2层，以实现第二部分1312与次级绕组14之间的电气隔离。为了更好的实现电气隔离及固定，第二部分1312的外侧包覆有绝缘层19。在本实施例中，绝缘层19为2层。可以理解地，在本实施例中，绝缘层15、16、17、18、19优选为厚度为0.25mm的绝缘胶带，且在满足电气隔离的要求下，各个绝缘层可设置多层，并不局限于以上举例。

参照图6所示，一种较佳实施方式的开关变压器的电路原理图。在本实施例中，底座102上设置有两排引脚，引脚1-5为第一排引脚，引脚6-10为第二排引脚，第一初级绕组131的出线端与入线端分别对应连接在底座102上的引脚1、2，第二初级绕组132的出线端与入线端分别对应连接在底座102上的引脚4、5，第一次级绕组141的出线端与入线端分别对应连接在底座102上的引脚8、9，第二次级绕组142的出线端与入线端分别对应连接在底座102上的引脚9、10，第三次级绕组143的出线端与入线端分别对应连接在底座102上的引脚6、8。由于第一次级绕组141的入线端与第二次级绕组142的出线端电气连接，进行电气连接的引线端可以共用一个引脚。在本实施例中，第一次级绕组141的入线端与第二次级绕组142的出线端共用引脚9。在本实施例中，由于包含该开关变压器1的开关电源外接负载不需要进行电气隔离，三个输出电压可以共用同一个参考电位，该参考电位对应的引线端可以采用共线方式，即将引脚8作为一个参考电位，第三次级绕组143的入线端与第一次级绕组141的出线端共用引脚8。由于引脚8作为一个共同的参考电位进行输出，当共用一个引脚8时会对引脚8造成过大的电流冲击。故在本实施例中，将底座102上的引脚7与引脚8进行电气连接，以使引脚7、8作为共同的输出端，以避免对引脚8造成过大的电流冲击。在本实施例中，初级绕组13和次级绕组14的引线端上均加装有铁氟龙套管。在引线端与底座102上的引脚进行对应焊接时，该铁氟龙套管可进行隔热、绝缘作用，以保证电气安全间隙。在本实施例中，引脚3未与绕组引线端进行连接，可将引脚3拔除，增大第一初级绕组131与第二初级绕组132之间的电气安全间隙，同时，也便于区分电压输入端与电压输出端。

在本实施例中，在磁芯骨架10上进行绕制时，先在磁芯骨架10包覆绝缘层16，绕制第一初级绕组131的第一部分1311，然后包覆绝缘层17，绕制第二初级绕组132，而后再包覆绝缘层15，绕制次级绕组14，再包覆绝缘层18，然后将第一初级绕组131的剩下部分，即第二部分1312绕制在磁芯骨架10上，最后在第二部分1312的最外层包覆绝缘层19，以进行更好的电气隔离，同时实现磁芯11与磁芯骨架10进行更好的固定。该开关变压器1通过将第一初级绕组131分成线圈匝数相同、绕制圈数相同的第一部分1311和第二部分1312，且分别绕制在磁芯骨架10的最内层和最外层，第一次级绕组141、第二次级绕组142及第三次级绕组143并绕在第一部分1311和第二部分1312之间，以实现在开关电源的电源侧的第一端连接24VDC时，其第二端连接引脚1、2，负载侧的第三端对应连接引脚8、9、引脚8、10、以及引脚6、8，且负载侧的第四端依次对应输出5VDC/7W、15VDC/3W以及-15VDC/1.5W电压。如此，该开关变压器1能够满足编码器模块外围电路的电源需求。

以上所述仅为实用新型的优选实施例，而非对实用新型做任何形式上的限制。本领域的技术人员可在上述实施例的基础上施以各种等同的更改和改进，凡在权利要求范围内所做的等同变化或修饰，均应落入实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种开关变压器，用于开关电源中，且连接在所述开关电源的电源侧和负载侧之间，所述电源侧用于为所述开关变压器提供电源，所述负载侧用于连接外围设备，其特征在于：包括磁芯、磁芯骨架以及同向绕制在所述磁芯骨架上的绕组，所述绕组包括初级绕组和次级绕组，所述初级绕组包括第一初级绕组和第二初级绕组，所述次级绕组包括第一次级绕组、第二次级绕组及第三次级绕组，所述第一初级绕组分成第一部分和第二部分，且分别位于所述绕组的最内层和最外层，且由内往外依次是第二初级绕组和次级绕组，其中，每一绕组两端均引出两个引线端子，同向绕制的起始端为入线端，同向绕制的结束端为出线端，所有绕组的入线端为高电势的同名端，且所述第一次级绕组的入线端与所述第二次级绕组的出线端电气连接；

其中，所述电源侧的第一端用于连接24VDC，其第二端连接所述第一初级绕组的两引线端子，所述负载侧的第三端对应连接所述第一次级绕组的两引线端子、所述第一次级绕组的出线端与所述第二次级绕组的入线端、以及所述第三次级绕组的两引线端子，所述负载侧的第四端依次为输出电压5VDC/7W、15VDC/3W以及-15VDC/1.5W对应的输出端。

2.如权利要求1所述的开关变压器，其特征在于：所述电源侧的第一端和第二端之间连接有开关管，所述负载侧的第三端与第四端之间连接有滤波电路。

3.如权利要求1所述的开关变压器，其特征在于：所述第一初级绕组的第一部分与所述磁芯骨架之间包覆有3层绝缘层，第一初级绕组的第二部分的外部包覆有2层绝缘层。

4.如权利要求1所述的开关变压器，其特征在于：所述第二初级绕组与所述第一初级绕组的第一部分之间包覆有1层绝缘层。

5.如权利要求1所述的开关变压器，其特征在于：所述第一次级绕组、第二次级绕组及第三次级绕组以并绕的方式缠绕于同一层。

6.如权利要求5所述的开关变压器，其特征在于：所述次级绕组与所述第二初级绕组之间包覆有2层绝缘层，所述次级绕组与所述第一初级绕组的第二部分之间包覆有2层绝缘层。

7.如权利要求1所述的开关变压器，其特征在于：所述磁芯骨架包括底座和固定于所述底座上的中空式绕线柱，所述绕组绕制于所述绕线柱上，所述底座上与所述绕线柱相接触的区域内设有一通孔，且所述底座上设置若干引脚，所述初级绕组和所述次级绕组的引线端分别与所述引脚对应连接。

8.如权利要求7所述的开关变压器，其特征在于：所述磁芯骨架型号为EI-225+5立式骨架，所述磁芯型号为EI-22磁芯，且E型磁芯的中间竖条磁芯插入所述绕线柱内，两边的竖条磁芯置于所述绕线柱外，I型磁芯置于所述底座的下方，且通过所述通孔与所述E型磁芯相接触，形成倒“日”字形闭合回路。

9.如权利要求8所述的开关变压器，其特征在于：所述E型磁芯与I型磁芯、绕线柱之间采用点胶进行固定。

10.如权利要求9所述的开关变压器，其特征在于：所述E型磁芯与I型磁芯的外侧还包覆有多层加强固定的绝缘胶带。