CN211720473U - 一种变压器和电源 - Google Patents

Abstract

一种变压器和电源，变压器包括：磁芯，所述磁芯上绕制有一组或多组所述原边线圈，所述原边线圈连接原边开关电路，当所述原边开关电路为所述原边线圈供电时，所述原边线圈在所述磁芯形成磁通；所述磁芯还绕制有两组副边线圈，每组所述副边线圈至少包括一个线圈；所述两组副边线圈连接副边整流电路，所述副边线圈用于感应所述磁芯上的磁通产生电流，其中，所述副边线圈的匝数为分数匝。如此可以使得副边绕组连接全桥整流器，同时两个副边绕组也可以以分数匝的形式绕制，降低了损坏，提供了变压器的效率。

Description

一种变压器和电源

技术领域

本申请属于电源技术领域，尤其涉及一种变压器和电源。

背景技术

目前，随着通信设备的发展，更加先进的通信设备伴随扩容的同时体积进一步减少。通信设备供电的电源模块(简称电源)功率密度提升需求越来越强烈。随着通信设备的不断扩容，单位容量通信设备的尺寸不断缩小，然而通信设备的单板上电源模块的可用空间越来越小。因此，推动电源模块的功率密度不断提高，变的越来越重要，目前，电源模块的功率密度从几百瓦/inch^3(立方英尺)到现在的几千瓦/inch^3。

电源模块主要由原边开关电路、副边整流电路及配套散热件、功率磁元件、控制检测器件、输入滤波防护器件四部分组成。其中，通过功率磁元件的设计，降低功率磁元件的总体体积，提高电源模块的功率密度是目前主要的突破方向。为了减少功率磁元件的体积，开关频率不断提升，从几十kHz到百kHz再到目前的MHz，随着频率的提升，绕组损耗占比已经超过50％，目前降低绕组匝数，是降低绕组损耗的有效方式。

然而，当前的副边分数匝绕组结构都是基于全波整流拓扑，在应用全桥整流的拓扑中，当前的副边分数匝绕组结构不能实现分数匝。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一变压器和电源，旨在解决当前的副边分数匝绕组结构全桥整流的拓扑中不能实现分数匝的问题，并减小损耗。

本申请实施例的第一方面提了一种变压器，包括：磁芯，所述磁芯上绕制有一组或多组所述原边线圈，所述原边线圈连接原边开关电路，当所述原边开关电路为所述原边线圈供电时，所述原边线圈在所述磁芯形成磁通；

所述磁芯还绕制有两组副边线圈，每组所述副边线圈至少包括一个线圈；所述两组副边线圈连接副边整流电路，所述副边线圈用于感应所述磁芯上的磁通产生电流，其中，所述副边线圈的匝数为分数匝。

在其中一个实施例中，所述副边整流电路包括全桥整流电路。

在其中一个实施例中，所述磁芯上绕制有第一副边线圈、第二副边线圈、第三副边线圈以及第四副边线圈；

所述第一副边线圈和所述第二副边线圈并联；所述第三副边线圈和所述第四副边线圈并联。

在其中一个实施例中，所述原边线圈在所述磁芯上绕制两匝，所述第一副边线圈、第二副边线圈、第三副边线圈以及第四副边线圈分别为0.5匝；

在其中一个实施例中，所述原边线圈在所述磁芯上绕制两匝，所述第一副边线圈、第二副边线圈、第三副边线圈以及第四副边线圈分别为1.5匝。

在其中一个实施例中，所述原边线圈采用PCB绕组，或者金属导线绕组；所述副边线圈采用PCB绕组，或者金属导线绕组。

在其中一个实施例中，所述副边整流电路包括第一整流管、第二整流管、第三整流管、第四整流管、第五整流管、第六整流管、第七整流管及第八整流管；

所述第一副边线圈的第一端连接所述第二副边线圈的第一端、第一整流管的正极、第三整流管的负极；所述第一副边线圈的第二端连接所述第二副边线圈的第二端、第二整流管的正极、第四整流管的负极；

所述第三副边线圈的第一端连接所述第四副边线圈的第一端、第五整流管的正极、第七整流管的负极；所述第三副边线圈的第二端连接所述第四副边线圈的第二端、第六整流管的正极、第八整流管的负极；

所述第一整流管的负极、第二整流管的负极、第五整流管的负极及第六整流管的负极共接作为所述副边整流电路的正输出端，所述第三整流管的正极、第四整流管的正极、第七整流管的正极及第八整流管的正极作为所述副边整流电路的负输出端。

在其中一个实施例中，所述第一整流管、第二整流管、第三整流管、第四整流管、第五整流管、第六整流管、第七整流管及第八整流管均为晶体管。

在其中一个实施例中，所述原边开关电路包括第一开关、第二开关、第三开关及第四开关，其中，

所述第一开关的第一导通端和所述第二开关的第一导通端共接到电源正输入端；

所述第一开关的第二导通端和所述第三开关的第一导通端共接到所述原边线圈的第一端；

所述第二开关的第二导通端和所述第四开关的第一导通端共接到所述原边线圈的第二端；

所述第三开关的第二导通端和所述第四开关的第二导通端共接到电源负输入端。

本申请实施例的第二方面提了一种电源，其特征在于，包括：如上所述的变压器，以及与所述变压器的原边线圈连接的原边开关电路，以及与所述变压器的副边线圈连接的副边整流电路。

上述的变压器通过设置一个磁芯，并在磁芯上设置两组副边绕组，如此可以使得副边绕组连接全桥整流器，同时两个副边绕组也可以以分数匝的形式绕制，降低了损耗，提高了变压器的效率。

附图说明

图1为本申请实施例提供的电源的电路结构示意图；

图2A为图1所示的电源中实施例一的变压器在PCB板的顶层绕组的结构示意图；

图2B为图1所示的电源中实施例一的变压器在PCB板的第一中间层绕组的结构示意图；

图2C为图1所示的电源中实施例一的变压器在PCB板的第二中间层绕组的结构示意图；

图2D为图1所示的电源中实施例一的变压器在PCB板的底层绕组的结构示意图；

图3A为图1所示的电源中实施例二的变压器在PCB板的顶层绕组的结构示意图；

图3B为图1所示的电源中实施例二的变压器在PCB板的第一中间层绕组的结构示意图；

图3C为图1所示的电源中实施例二的变压器在PCB板的第二中间层绕组的结构示意图；

图3D为图1所示的电源中实施例二的变压器在PCB板的第三中间层绕组的结构示意图；

图3E为图1所示的电源中实施例二的变压器在PCB板的第四中间层绕组的结构示意图；

图3F为图1所示的电源中实施例二的变压器在PCB板的第五中间层绕组的结构示意图；

图3G为图1所示的电源中实施例二的变压器在PCB板的第六中间层绕组的结构示意图；

图3H为图1所示的电源中实施例二的变压器在PCB板的底层绕组的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1，本申请实施例提供的电源包括变压器10，以及与变压器10的原边线圈12连接的原边开关电路20，以及与变压器10的副边线圈13连接的副边整流电路30。

变压器10包括磁芯11，磁芯11上绕制有一组或多组原边线圈12，原边线圈12连接原边开关电路20，当原边开关电路20为原边线圈12供电时，原边线圈12在磁芯11形成磁通；磁芯11还绕制有两组副边线圈13，每组副边线圈13至少包括一个线圈；两组副边线圈13连接副边整流电路30，副边线圈13用于感应磁芯11上的磁通产生电流，其中，副边线圈13的匝数为分数匝。

如此，每组副边线圈13即可以连接一个全桥整流电路，变压器10能应用在全桥整流中，应用该变压器10制成电源其副边整流电路30包括将包括两个全桥整流电路，该两个全桥整流电路可以将两个全桥整流电路的输出并接在一起，提高输出功率，或者将单独输出相同或不同的电压以单独给不同负载供电。

在其中一个实施例中，本实施例中，每组副边绕组将包括两个线圈，即磁芯11上绕制有第一副边线圈131、第二副边线圈132、第三副边线圈133以及第四副边线圈134；其中，第一副边线圈131和第二副边线圈132并联构成第一组副边绕组(线圈)，以连接一个全桥整流电路；第三副边线圈133和第四副边线圈134并联构成第二组副边绕组，以连接一个另全桥整流电路。可以理解的是，每组副边绕组采用多个线圈并联可以提高其输出电流，即输出功率，那么其他实施例中，每组副边绕组采用3个以上的线圈。

在其中一个实施例中，副边整流电路30包括第一整流管D1、第二整流管D2、第三整流管D3、第四整流管D4、第五整流管D5、第六整流管D6、第七整流管D7及第八整流管D8；

第一副边线圈131的第一端连接第二副边线圈132的第一端、第一整流管D1的正极、第三整流管D3的负极；第一副边线圈131的第二端连接第二副边线圈132的第二端、第二整流管D2的正极、第四整流管D4的负极；

第三副边线圈133的第一端连接第四副边线圈134的第一端、第五整流管D5的正极、第七整流管D7的负极；第三副边线圈133的第二端连接第四副边线圈134的第二端、第六整流管D6的正极、第八整流管D8的负极；

第一整流管D1的负极、第二整流管D2的负极、第五整流管D5的负极及第六整流管D6的负极共接作为副边整流电路30的正输出端，第三整流管D3的正极、第四整流管D4的正极、第七整流管D7的正极及第八整流管D8的正极作为副边整流电路30的负输出端。

在其中一个实施例中，第一整流管D1、第二整流管D2、第三整流管D3、第四整流管D4、第五整流管D5、第六整流管D6、第七整流管D7及第八整流管D8均为半导体器件，比如二极管或场效应管。

在其中一个实施例中，原边开关电路20包括第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3及第四开关Q4，开关Q1～Q4为MOS管。

第一开关Q1的第一导通端和第二开关Q2的第一导通端共接到电源正输入端；第一开关Q1的第二导通端和第三开关Q3的第一导通端共接到原边线圈12的第一端；第二开关Q2的第二导通端和第四开关Q4的第一导通端共接到原边线圈12的第二端；第三开关Q3的第二导通端和第四开关Q4的第二导通端共接到电源负输入端。其他实施例中，原边开关电路20可以为半桥电路。

在其中一个实施例中，磁芯11上绕制有第一副边线圈131、第二副边线圈132、第三副边线圈133以及第四副边线圈134；第一副边线圈131和第二副边线圈132并联；第三副边线圈133和第四副边线圈134并联。

请参阅图2A-图2D，在其中一个实施例中，原边线圈12、副边线圈13采用PCB绕组，本例中，PCB板为4层板，图2A-图2D分别是PCB板的顶层(top层)、第一中间层(Mid-1层)、第二中间层(Mid-2层)及底层(Bottom层)，原边线圈12在磁芯11上绕制两匝，具体地，图2B中第一中间层上原边线圈12通过过孔V5与图2C中第二中间层上原边线圈12串接，再连接到开关Q1～Q4。顶层的0.5匝第一副边线圈131通过过孔V1、V2和底层的的0.5匝第三副边线圈133并联，顶层的的0.5匝第二副边线圈132通过过孔V3、V4和底层的的0.5匝第四副边线圈134并联，其后分别连接到整流管。如此，使得原边线圈12、第一组副边绕组及第二组副边绕组的匝数比为：2：0.5：0.5，副边分数匝设计，在原副边匝比不变时，使原副边匝数同时减小，减小了变压器绕组加工难度，减小了绕线总损耗，提高变压器效率，减少PCB层数，降低成本。

请参阅图3A-图3H，在其中一个实施例中，原边线圈12、副边线圈13采用PCB绕组，本例中，PCB板为8层板，图3A-图3H分别是PCB板的顶层top、第一中间层Mid-1、第二中间层Mid-2、第三中间层Mid-3、第四中间层Mid-4、第五中间层Mid-5、第六中间层Mid-6及底层Bottom。原边线圈12在磁芯11上绕制两匝，分别绕制在第三中间层Mid-3、第四中间层Mid-4，两匝原边线圈12通过过孔串接。第一副边线圈131分别在顶层top绕制0.5匝，第一中间层Mid-1绕制1匝；第二副边线圈132在顶层top绕制0.5匝，第二中间层Mid-2绕制1匝；第三副边线圈133在底层Bottom绕制0.5匝，第五中间层Mid-5绕制1匝；第四副边线圈134在底层Bottom绕制0.5匝，第六中间层Mid-6，使得原边线圈12、第一组副边绕组及第二组副边绕组的匝数比为：2：1.5：1.5。

在其他实施例中，原边线圈12、第一组副边绕组及第二组副边绕组的匝数比可以根据需求设置。而且，原边线圈12采用金属导线绕组；副边线圈13采用金属导线绕组。

上述的变压器10通过设置一个磁芯11，并在磁芯11上设置两组副边绕组，如此可以使得副边绕组连接全桥整流器，同时两个副边绕组也可以以分数匝的形式绕制，降低了损坏，提高了变压器10的效率。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变压器，其特征在于，包括：磁芯，所述磁芯上绕制有一组或多组原边线圈，所述原边线圈连接原边开关电路，当所述原边开关电路为所述原边线圈供电时，所述原边线圈在所述磁芯形成磁通；

所述磁芯还绕制有两组副边线圈，每组所述副边线圈至少包括一个线圈；所述两组副边线圈连接副边整流电路，所述副边线圈用于感应所述磁芯上的磁通产生电流，其中，所述副边线圈的匝数为分数匝。

2.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述副边整流电路包括全桥整流电路。

3.如权利要求1或2所述的变压器，其特征在于，所述磁芯上绕制有第一副边线圈、第二副边线圈、第三副边线圈以及第四副边线圈；

所述第一副边线圈和所述第二副边线圈并联；所述第三副边线圈和所述第四副边线圈并联。

4.如权利要求3所述的变压器，其特征在于，所述原边线圈在所述磁芯上绕制两匝，所述第一副边线圈、第二副边线圈、第三副边线圈以及第四副边线圈分别为0.5匝。

5.如权利要求3所述的变压器，其特征在于，所述原边线圈在所述磁芯上绕制两匝，所述第一副边线圈、第二副边线圈、第三副边线圈以及第四副边线圈分别为1.5匝。

6.如权利要求3所述的变压器，其特征在于，所述原边线圈采用PCB绕组，或者金属导线绕组；所述副边线圈采用PCB绕组，或者金属导线绕组。

7.如权利要求3所述的变压器，其特征在于，所述副边整流电路包括第一整流管、第二整流管、第三整流管、第四整流管、第五整流管、第六整流管、第七整流管及第八整流管；

所述第一副边线圈的第一端连接所述第二副边线圈的第一端、第一整流管的正极、第三整流管的负极；所述第一副边线圈的第二端连接所述第二副边线圈的第二端、第二整流管的正极、第四整流管的负极；

所述第三副边线圈的第一端连接所述第四副边线圈的第一端、第五整流管的正极、第七整流管的负极；所述第三副边线圈的第二端连接所述第四副边线圈的第二端、第六整流管的正极、第八整流管的负极；

所述第一整流管的负极、第二整流管的负极、第五整流管的负极及第六整流管的负极共接作为所述副边整流电路的正输出端，所述第三整流管的正极、第四整流管的正极、第七整流管的正极及第八整流管的正极作为所述副边整流电路的负输出端。

8.如权利要求7所述的变压器，其特征在于，所述第一整流管、第二整流管、第三整流管、第四整流管、第五整流管、第六整流管、第七整流管及第八整流管均为二极管或场效应管。

9.如权利要求1或2所述的变压器，其特征在于，所述原边开关电路包括第一开关、第二开关、第三开关及第四开关，其中，

所述第一开关的第一导通端和所述第二开关的第一导通端共接到电源正输入端；

所述第一开关的第二导通端和所述第三开关的第一导通端共接到所述原边线圈的第一端；

所述第二开关的第二导通端和所述第四开关的第一导通端共接到所述原边线圈的第二端；

所述第三开关的第二导通端和所述第四开关的第二导通端共接到电源负输入端。

10.一种电源，其特征在于，包括：如权利要求1-9任一项所述的变压器，以及与所述变压器的原边线圈连接的原边开关电路，以及与所述变压器的副边线圈连接的副边整流电路。

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