CN209962848U

CN209962848U - 自激推挽式变压器的磁环和自激推挽式变压器

Info

Publication number: CN209962848U
Application number: CN201920227999.1U
Authority: CN
Inventors: 殷华鑫; 王亚东
Original assignee: 珠海市海威尔电器有限公司
Current assignee: Guangdong Weier Technology Co ltd
Priority date: 2019-02-21
Filing date: 2019-02-21
Publication date: 2020-01-17
Anticipated expiration: 2029-02-21

Abstract

本实用新型提供一种自激推挽式变压器的磁环和自激推挽式变压器，磁环包括具有均匀截面积的主环段，主环段具有第一截面；磁环还包括两个凸起段和一个凹陷段，凸起段的截面积最大处具有第二截面，凹陷段的截面积最小处具有第三截面，凸起段与凹陷段的连接处具有第四截面，第二截面的面积大于或等于第一截面的面积的110％，第三截面的面积小于或等于第一截面的面积的40％，第四截面的面积与第一截面的面积相等；两个凸起段的跨越角度之和小于或等于180度，凹陷段的跨越角度小于或等于36度。将驱动线圈绕制在凹陷段上，将主线圈绕制在凸起段和主环段上，能提高变压器的变换效率、减少线圈匝数、提高EMI性能和降低电流尖峰。

Description

自激推挽式变压器的磁环和自激推挽式变压器

技术领域

本实用新型涉及电源变压器技术领域，具体涉及一种自激推挽式变压器的磁环和自激推挽式变压器。

背景技术

现有的自激推挽式变压器包括推挽电路组件和一个闭合的磁环，推挽电路组件中的线圈绕制在磁环上。参见图1，图1为推挽电路的电路图。在接通电源瞬间，电源通过偏置电阻R1和电容C1串联，驱动线圈Nb1 和驱动线圈Nb2为三极管TR1和TR2的基极以及发射极提供正向偏压，特性不同的三极管TR1和TR2的其中一个先导通，设三极管TR2 先导通而产生集电极电流IC2，其对应的主线圈Np2的电压为上正下负，其基极的驱动线圈Nb2也出现上正下负的感应电压，这个电压增大了三极管TR2的基极电流，这是一个正反馈的过程，因而很快使三极管TR2饱和导通；相应地，三极管TR1对应的驱动线圈Nb1的电压为上正下负，这个电压减小了三极管TR1的基极电流，三极管TR1很快完全截止。三极管TR2对应的主线圈Np2里的电流，以及这个电流产生的磁感应强度随时间而线性增加，但磁感应强度增加到接近或达到变压器B1的磁环的饱和点Bm时，主线圈Np2的电感量迅速减小，从而使三极管TR2的集电极电流急剧增加，增加的速率远大于基极电流的增加，三极管TR2 脱离饱和，三极管TR2的集电极到发射极的压降UCE增大，相应地，主线圈Np2上的电压就减小同一数值，驱动线圈Nb2感应的电压减小，结果使三极管TR2基极电压也降低，造成三极管TR2向截止方向变化，此时，变压器B1线圈上的电压将反向，使另一个三极管TR1导通，此后重复进行上述过程，形成推挽振荡。

结合图2，图2为自激推挽式变压器的磁环的磁滞回线图，H轴表示磁场强度H的变化，B轴表示磁感应强度B的变化。+Bm、-Bm为磁环的两个磁饱和点，在磁滞回线的前半个周期内，磁环的工作点运动线路为依次经过ABCDE的线路，在后半个周期内运动路线为依次经过EFGHA 的线路。三极管TR2或TR1对应的线圈里的电流，以及这个电流产生的磁感应强度随时间而线性增加到D点或H点时，电路就会进行推挽转换，即另一只三极管导通，而对应地，当前的三极管会截止。由于三极管存在存储时间，三极管基极接收到关断信号，而集电极电流要延时小段时间才开始下降直到关断，存储时间会产生中，前半个周期中，磁环工作点运动路线从D点向E点移动，对应地，后半个周期中，磁环工作点运动路线从H点向A点移动。

推挽电路的振荡频率根据以下公式计算：

式中f 为振荡频率；Bw为工作磁感应强度(T)，一般取50％～70％磁饱和点Bm 值N为线圈匝数，S为磁心有效截面积，Vs为工作电源电压。

现有的自激推挽式变压器存在的问题是，假设开关电源的频率f不变，磁环为具有均匀截面积的环体，欲使电压Vs提高，由上述公式可见，只能通过增多线圈匝数N实现，而实际中，如输入电压为5V时线圈匝数分别约20圈，则输入电压为24V时线圈匝数会达到70圈，匝数过多在实际生产中难以绕制，且存在变压器变换效率低、电流尖峰和电磁干扰EMI 特性差等问题。

实用新型内容

本实用新型的第一目的在于提供一种提高变换效率、提高EMI性能和降低电流尖峰的自激推挽式变压器的磁环。

本实用新型的第二目的在于提供一种提高变换效率、提高EMI性能和降低电流尖峰的自激推挽式变压器。

本实用新型第一目的提供的自激推挽式变压器的磁环包括在磁环的周向上具有均匀截面积的主环段，主环段具有第一截面；磁环还包括两个凸起段和一个凹陷段，主环段、第一个凸起段、凹陷段、另一个凸起段首尾相连而围绕成封闭环体；在磁环的周向上，凸起段的截面积最大处具有第二截面，凹陷段的截面积最小处具有第三截面，凸起段与凹陷段之间的连接处具有第四截面，第二截面的面积大于或等于第一截面的面积的 110％，第三截面的面积小于或等于第一截面的面积的40％，第四截面的面积与第一截面的面积相等；在磁环的周向上，两个凸起段的跨越角度之和小于或等于180度，在磁环的周向上，凹陷段的跨越角度小于或等于36 度。

由上述方案可见，将驱动线圈绕制在具有较小截面积的凹陷段上，将主线圈绕制在凸起段和主环段上，根据公式

可得，截面积更小的凹陷段的磁通密度变化率高于凸起段的磁通密度变化率，磁通密度将提前达到饱和值；式中ΔB为磁通密度变量，U为输入电压，Δt为其中一个三极管导通时间变量，N为匝数，S为截面积；当凹陷段磁通密度到达饱和状态，具有更大截面积的凸起段的磁通密度处于未饱和状态，三极管集电级降低磁通密度饱和带来的电流尖峰，EMI性能和三极管的稳定性将提高，转换频率提高；且根据公式和公式

可得，截面积s增大，磁密变化率B进一步减小，主回路磁化曲线效率进一步提升，而且这样每匝电感量会随截面积的增加而成比例增加，线圈总匝数成比例下降，从而降低线圈的匝数。

进一步的方案是，凹陷段包括两个第一凹陷段分段和位于两个第一凹陷段分段之间的第二凹陷段分段，第一凹陷段分段从第四截面延伸至第二凹陷段分段；第二凹陷段分段在磁环的周向上具有均匀截面积，第三截面位于的第二凹陷段分段上。

由上可见，此设置更便于将驱动线圈绕制在凹陷段上，提高生产效率。

进一步的方案是，在磁环的周向上，第二凹陷段分段的跨越角度大于第一凹陷段分段的跨越角度。

由上可见，此设置保证具有最小截面积的第二凹陷段分段具有足够的绕制空间。

进一步的方案是，从第三截面到第四截面，凸起段的截面积线性递减；从第三截面到主环段，凸起段的截面积线性递减。

由上可见，此设置便于加工且保证磁通密度稳定变化。

进一步的方案是，第一截面、第二截面、第三截面和第四截面均为方形。

由上可见，此设置便于加工生产，进一步提高生产效率。

进一步的方案是，第一截面、第二截面、第三截面和第四截面均沿磁环的径向延伸。

进一步的方案是，凸起段相对于主环段从磁环的外周面凸起，磁环的内周面为圆环面。

另一进一步的方案是，凸起段相对于主环段从磁环的内周面凸起，磁环的外周面为圆环面。

由上可见，无论凸起段的截面积增大处相对于磁环而言是内凸或外凸，均能提高EMI性能和降低电流尖峰。

进一步的方案是，两个凸起段以磁环的直径作为对称轴对称设置。

由上可见，此设置保证变压器前半个工作周期和后半个工作周期的对称性。

本实用新型第二目的提供的自激推挽式变压器包括磁环和推挽电路组件，推挽电路组件包括线圈组，线圈组卷绕在磁环上；磁环采用上述的磁环。

由上述方案可见，采用上述磁环的自激推挽式变压器，同样具有提高变换效率、提高EMI性能和降低电流尖峰、降低线圈匝数等技术优点。

附图说明

图1为推挽电路的电路图。

图2为自激推挽式变压器的磁环的磁滞回线图。

图3为本实用新型自激推挽式变压器的磁环第一实施例的结构示意图。

图4为本实用新型自激推挽式变压器的磁环第一实施例的平面示意图。

图5为本实用新型自激推挽式变压器的磁环第二实施例的平面示意图。

图6为本实用新型自激推挽式变压器的磁环第三实施例的平面示意图。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式

磁环第一实施例

参见图3和图4，图3为本实用新型自激推挽式变压器的磁环第一实施例的结构示意图，图4为本实用新型自激推挽式变压器的磁环第一实施例的平面示意图。磁环1包括在磁环1的周向上具有均匀截面积的主环段 11，两个凸起段12和一个凹陷段13，主环段11、第一个凸起段12、凹陷段13以及另一个凸起段12首尾相连而围绕成封闭环体。两个凸起段12沿磁环1的直径轴对称地布置在磁环1上。

在磁环1的周向上，主环段11具有第一截面21，凸起段12的截面积最大处具有第二截面22，凹陷段13的截面积最小处具有第三截面23，凸起段12与凹陷段13之间的连接处具有第四截面24，凸起段12与主环段 11之间具有第五截面25；第一截面21、第二截面22、第三截面23、第四截面24和第五截面25均沿磁环1的径向延伸，第一截面21、第二截面 22、第三截面23、第四截面24和第五截面25均为方形；第二截面22的面积为第一截面21的面积的110％，第三截面23的面积为第一截面21的面积的40％，第四截面24以及第五截面25的面积均与第一截面21的面积相等。

在磁环1的周向上，主环段11的跨越角度A为220度，每个凸起段 12的跨越角度B为60度，凹陷段13的跨域角度C为20度。凸起段12 相对于主环段从磁环1的外周面101凸起，凹陷段13相对于主环段11从磁环1的外周面101凹陷，磁环1的内周面102为圆环面；在磁环1的外周面101上，主环段11、凸起段12和凹陷段13之间圆弧连接，从第五截面25到第二截面22，凸起段12的截面面积线性递增；从第二截面22到第三截面23，磁环1的截面面积线性递减。

结合图1和图4，自激推挽式变压器包括磁环1和推挽电路组件，推挽电路组件包括线圈组，线圈组包括图1中所示的主线圈Np1、主线圈 Np2、驱动线圈Nb1和驱动线圈Nb2，主线圈Np1和主线圈Np2均绕制与主环段11和两个凸起段12上，且主线圈Np1和主线圈Np2均位于两个第二截面22之间；驱动线圈Nb1和驱动线圈Nb2均绕制在凹陷段13 上，即位于两个第四截面24之间。

下表1为本实用新型的推挽电路的实测结果记录表：

根据公式可得，截面积更小的凹陷段13的磁通密度变化率高于凸起段12的磁通密度变化率，凹陷段13磁通密度将提前达到饱和值，式中ΔB为磁通密度变量，U为输入电压，Δt为三极管导通时间变量，N为匝数，S为截面积；当凹陷段13磁通密度到达饱和状态，具有更大截面积的凸起段12的磁通密度处于未饱和状态，三极管集电级降低磁通密度饱和带来的电流尖峰，EMI性能和三极管的稳定性将提高，转换频率提高；且根据公式和公式

可得，凸起段12的截面积s 增大，磁密变化率B进一步减小，主回路磁化曲线效率进一步提升，而且这样每匝电感量会随截面积的增加而成比例增加，主线圈Np1和主线圈 Np2总匝数成比例下降，从而降低主线圈Np1和主线圈Np2的匝数，且同样的匝数下，变压器的输出电感更大，输出滤波效果更明晰。

磁环第二实施例

参见图5，图5为本实用新型自激推挽式变压器的磁环第二实施例的平面示意图。凸起段32的凸起部321相对于主环段31，在磁环3的内周面302上沿磁环3的径向朝磁环3的轴心凸起；凹陷段33相对于主环段31在磁环3的内周面302上，沿磁环3的径向背向磁环3的轴心凹陷。

磁环第三实施例

参见图6，图6为本实用新型自激推挽式变压器的磁环第三实施例的平面示意图。凸起段52相对于主环段51在磁环5的外周面501上凸起；凹陷段53相对于主环段51在磁环5的外周面501上沿径向朝磁环3的轴心凹陷。

凹陷段53包括两个第一凹陷段分段531和位于两个第一凹陷段分段 531之间的第二凹陷段分段532，第一凹陷段分段531从第四截面64延伸至第二凹陷段分段532；第二凹陷段分段532在磁环5的周向上具有均匀截面积，第三截面63位于的第二凹陷段分段532上。在磁环5的周向上，第二凹陷段分段532的跨越角度D大于第一凹陷段分段531的跨越角度E，此设置更便于将驱动线圈绕制在凹陷段53上，提高生产效率。

上述三个实施例以及其他磁环实施方式，均需满足两个凸起段12的跨越角度之和最大为180度、凹陷部13的跨越角度最大为36度、第二截面22的截面积大于第一截面21的截面积的110％等设置要求。

可选的是，凸起段的凸起部分相对于主环段沿磁环的轴向凸起，凹陷段的凹陷部分相对于主环段沿磁环的轴向凹陷。

最后需要强调的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种变化和更改，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.自激推挽式变压器的磁环，包括在所述磁环的周向上具有均匀截面积的主环段，所述主环段具有第一截面；

其特征在于：

所述磁环还包括两个凸起段和一个凹陷段；

所述主环段、第一个所述凸起段、所述凹陷段、另一个所述凸起段首尾相连而围绕成封闭环体；

在所述磁环的周向上，所述凸起段的截面积最大处具有第二截面，所述凹陷段的截面积最小处具有第三截面，所述凸起段与所述凹陷段之间的连接处具有第四截面，所述第二截面的面积大于或等于所述第一截面的面积的110％，所述第三截面的面积小于或等于所述第一截面的面积的40％，所述第四截面的面积与所述第一截面的面积相等；

在所述磁环的周向上，两个所述凸起段的跨越角度之和小于或等于180度，在所述磁环的周向上，所述凹陷段的跨越角度小于或等于36度。

2.根据权利要求1所述的磁环，其特征在于：

所述凹陷段包括两个第一凹陷段分段和位于两个所述第一凹陷段分段之间的第二凹陷段分段，所述第一凹陷段分段从所述第四截面延伸至所述第二凹陷段分段；

所述第二凹陷段分段在所述磁环的周向上具有均匀截面积，所述第三截面位于所述的第二凹陷段分段上。

3.根据权利要求2所述的磁环，其特征在于：

在所述磁环的周向上，所述第二凹陷段分段的跨越角度大于所述第一凹陷段分段的跨越角度。

4.根据权利要求1所述的磁环，其特征在于：

从所述第三截面到所述第四截面，所述凸起段的截面积线性递减；

从所述第三截面到所述主环段，所述凸起段的截面积线性递减。

5.根据权利要求1所述的磁环，其特征在于：

所述第一截面、所述第二截面、所述第三截面和所述第四截面均为方形。

6.根据权利要求1所述的磁环，其特征在于：

所述第一截面、所述第二截面、所述第三截面和所述第四截面均沿所述磁环的径向延伸。

7.根据权利要求1至6任一项所述的磁环，其特征在于：

所述凸起段相对于所述主环段从所述磁环的外周面凸起，所述磁环的内周面为圆环面。

8.根据权利要求1至6任一项所述的磁环，其特征在于：

所述凸起段相对于所述主环段从所述磁环的内周面凸起，所述磁环的外周面为圆环面。

9.根据权利要求1至6任一项所述的磁环，其特征在于：

两个所述凸起段以所述磁环的直径作为对称轴对称设置。

10.自激推挽式变压器，包括磁环和推挽电路组件，所述推挽电路组件包括线圈组，所述线圈组绕制在所述磁环上；

其特征在于，所述磁环采用上述权利要求1至9任一项所述的磁环。