CN213660168U - 一种分数匝变压器及其磁芯 - Google Patents
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Abstract
一种分数匝变压器及其磁芯，其特征在于：所述磁芯包括磁芯底座以及凸设于磁芯底座上的主磁柱和分磁柱，所述主磁柱为一个，所述分磁柱至少为两个，主磁柱的截面积与分磁柱的截面积之和相等，分磁柱可分别与主磁柱形成完整磁闭合回路，其中，通过两个分磁柱与一个主磁柱的绕制可制成精度为0.1的全部偶数分数匝，或通过三个分磁柱与一个主磁柱的绕制可制成精度为0.1的全部奇数分数匝，或通过四个分磁柱与一个主磁柱的绕制可制成精度为0.05的全部分数匝，通过实现不同情况下的这些分数匝，能有效解决分数匝取整后造成输出电压超出精度范围的问题，提高输出电压精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及变压器磁芯结构，特别涉及一种实现分数匝变压器的磁芯结构。
背景技术
变压器广泛应用于开关电源领域。当变压器原副边匝数少，并且多路输出(尤其是不对称输出)的副边出现了分数匝，那么直接取整数匝，会使得辅路的电压精度很难达到要求，辅路电压精度问题将会是后续多路输出应用的技术瓶颈，综合分析认为分数匝是优选解决实施例，同时分数匝可以实现更优化的原副边匝比设计。
比如：当某电路有3路输出，当5V输出的匝数为1匝时，可得到其他两路匝数如下表1所示。
表1
| 5V | 12V | 24V |
| 1匝 | 2.4匝 | 4.8匝 |
从表1可以看出12伏和24伏这两路都是分数匝，如果直接取整数，12V取2匝，24V取5匝，则输出电压精度为16％和4％，如果精度要求4％和5％，则12V会超出电压精度范围；如果原副边圈数同时扩大n倍(例如：原副边同时扩大5倍，即55：5：12：24)，但是会受到电路拓扑工作模式的限制，因此需要设计一种分数匝变压器，适用于计算出的匝数为分数时的变压器设计，用于对输出电压精度要求较高的场合。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提出一种分数匝变压器及其磁芯，能有效解决分数匝取整后造成输出电压超出精度范围的问题。
本实用新型提供的技术方案如下：
一种分数匝变压器磁芯，其特征在于：所述磁芯包括磁芯底座以及凸设于磁芯底座上的主磁柱和分磁柱，所述主磁柱为一个，所述分磁柱至少为两个，主磁柱的截面积与分磁柱的截面积之和相等，分磁柱可分别与主磁柱形成完整磁闭合回路，其中，通过两个分磁柱与一个主磁柱的绕制可制成精度为0.1的全部偶数分数匝，或通过三个分磁柱与一个主磁柱的绕制可制成精度为0.1的全部奇数分数匝，或通过四个分磁柱与一个主磁柱的绕制可制成精度为0.05的全部分数匝。
优选的，所述主磁柱为方形，分磁柱也为方形，主磁柱和分磁柱分别设置在磁芯底座的对边两侧。
优选的，所述主磁柱为圆柱形，分磁柱为围绕主磁柱设置在主磁柱的外围为任意形状。
优选的，所述主磁柱为一个，分磁柱为两个，两个分磁柱的截面积之比为6:4。
优选的，所述主磁柱为一个，分磁柱为三个，三个分磁柱的截面积之比为1:6:3。
优选的，所述主磁柱为一个，分磁柱为三个，三个分磁柱的截面积之比为1:7:2。
优选的，所述主磁柱为一个，分磁柱为四个，四个分磁柱的截面积之比为0.1:0.2:0.25:0.45。
一种分数匝的变压器，所述变压器为分数精度为0.1的偶数匝变压器，磁芯包括一个主磁柱，两个分磁柱，两个分磁柱的截面积之比为6:4，通过方形绕法或S形绕法可制成分数精度为0.1的所有偶数分数匝的变压器，即包括0.2、0.4、0.6或0.8匝的偶数分数匝的变压器。
一种分数匝的变压器，所述变压器为分数精度为0.1的奇数匝变压器，磁芯包括一个主磁柱，三个分磁柱，三个分磁柱的截面积之比为1:6:3，通过方形绕法或S形绕法可制成分数精度为0.1的所有奇数分数匝的变压器，即包括0.1、0.3、0.5、0.7或0.9匝的奇数分数匝的变压器。
一种分数匝的变压器，所述变压器为分数精度0.1的分数匝变压器，磁芯包括一个主磁柱，三个分磁柱，三个分磁柱的截面积之比为1:7:2，通过方形绕法或S形绕法可制成分数精度为0.1的所有分数匝的变压器。
一种分数匝的变压器，所述变压器为分数精度0.05的分数匝变压器，磁芯包括一个主磁柱，四个分磁柱，四个分磁柱的截面积之比为0.1:0.2:0.25:0.45，通过方形绕法或S形绕法可制成分数精度为0.05的所有分数匝的变压器。
本实用新型的工作原理将结合具体的实施例进行分析，在此不赘述，本实用新型的有益效果为：通过该分数匝变压器磁芯结构能实现电路所需的分数匝，进一步提高输出电压精度。
附图说明
图1为本实用新型三磁柱磁芯的立体图；
图2为本实用新型三磁柱磁芯的俯视图；
图3为本实用新型四磁柱磁芯的俯视图；
图4为本实用新型五磁柱磁芯的俯视图；
图5为本实用新型磁通反向时的减弱型绕法；
图6为本实用新型磁通反向时的加强型绕法；
图7为本实用新型磁通同向时的加强型绕法；
图8为本实用新型磁通同向时的减弱型绕法；
图9为本实用新型三磁柱磁芯0.2和0.8匝的绕法；
图10为本实用新型四磁柱磁芯0.5和0.9匝的绕法；
图11为本实用新型四磁柱磁芯0.4和0.8匝的绕法；
图12为本实用新型四磁柱磁芯0.3和0.9匝的绕法；
图13为本实用新型四磁柱磁芯0.15和0.85匝的绕法；
图14为本实用新型罐状体四磁柱磁芯俯视图；
图15为本实用新型圆柱体四磁柱磁芯俯视图。
具体实施方式
为了使本实用新型更加清楚明白，以下将结合附图及具体实施例，对本实用新型的技术方案进行更加清楚、完整地描述。
具体实施例
一种分数匝变压器磁芯，磁芯包括磁芯底座以及凸设于磁芯底座上的主磁柱和分磁柱，主磁柱为一个，其截面积为S0，分磁柱为两个，分别左磁柱和右磁柱，其截面积分别为S1和S2，主磁柱的截面积S0与左磁柱的截面积S1、右磁柱的截面积S2之和相等，图1为三磁柱磁芯的立体图。假设Np、Ns、Nf分别为主磁柱匝数、左磁柱匝数、右磁柱匝数，φ0、φ1和φ2是主磁柱磁通、左磁柱磁通和右磁柱磁通。主磁柱的磁通方向朝上，左磁柱和右磁柱的磁通方向都朝下，且主磁柱磁通为左磁柱和右磁柱的磁通之和，即φ0＝φ1+φ2。
图2为本实用新型三磁柱磁芯的俯视图，假设主磁柱的截面积S0为Ae，左磁柱的截面积S1和右磁柱的截面积S2都为0.5Ae，主磁柱绕原边绕组，左磁柱和右磁柱绕副边绕组，设原边感应电动势为Up，副边感应电动势为Us，得到感应电动势为：
其中k为磁通分配系数，代表磁通从主磁柱流到右磁柱S2的比例，即右磁柱磁通与主磁柱磁通的比值。
由于φ＝B*S且B＝u*H，不加气隙时，3个磁柱磁感应强度B一样大，所以
得到
所以变比为：
所以得到变压器副边的等效匝数Nse
由式子(4)可以看出，当变压器副边的等效匝数Nse为分数，就能实现分数匝，因此，当S2面积不同时，可以实现不同的分数匝。即如果给左磁柱和右磁柱都绕线，Nf1是绕左磁柱匝数，Nf2是绕右磁柱匝数，则：
式子(5)，中间的加减号说明分数匝绕法有2种类型，增强型和减弱型。
由三磁柱实现分数匝的原理，同理可得四磁柱实现分数匝的原理，四磁柱磁芯有一个主磁柱和三个分磁柱，如图3所示为四磁柱磁芯的俯视图。根据三磁柱磁芯等效匝数式子(5)，推广到四磁柱磁芯等效匝数：
式子(6)，中间的加减号说明分数匝绕法有2种类型，增强型和减弱型。
同理，由三磁柱和四磁柱实现分数匝原理，同理可得五磁柱实现分数匝的原理。如图4为五磁柱磁芯的俯视图，根据式子(6)，推广到五磁柱磁芯等效匝数：
当S1+S2+S3+S4＝S0时，则：
式子(7)，中间的加减号说明分数匝绕法有2种类型，增强型和减弱型。
根据式子(5)、(6)和(7)，中间的加减号说明分数匝绕法有2种类型，增强型和减弱型。具体又分为以下情况。
(1)被包围的两个磁柱磁通方向相反
当被包围的两个磁柱磁通方向相反时，为了得到式子(5)、(6)和(7)中间的减号效果，即让磁通相互抵消，则采用方形绕法能够实现，如图5所示为减弱型绕法。同理，为得到加号的效果，即让磁通相互加强，则采用S形绕法能够实现。如图6所示为加强型绕法。
(2)被包围的两个磁柱磁通方向相同
当被包围的两个磁柱磁通方向相同时，为了得到式子(5)、(6)和(7)中间的加号效果，即让磁通相互加强，则采用方形绕法能够实现，如图7所示为加强型绕法。同理，为得到减号的效果，即让磁通相互抵消，则采用S形绕法能够实现。如图8所示为减弱型绕法。
下面将详细描述如何实现多种分数匝。
为了让设计的分数匝变压器具有通用性，所以用1个磁芯尽可能实现所有分数匝，先用三磁柱磁芯，如果不能实现，再用四磁柱磁芯，还是不能实现就用五磁柱磁芯。先实现所有偶数匝或奇数匝，再实现所有分数匝(先实现精度0.1，再实现精度0.05)。具体实现方式如下：
1、用三磁柱磁芯实现所有偶数分数匝(0.2、0.4、0.6、0.8匝)
当主磁柱截面积S0为Ae，左磁柱S1为0.4Ae，右磁柱S2为0.6Ae时，根据式子(5)，具体分数匝计算如下：
如图9所示，以0.2匝和0.8匝为例，给出了0.2匝和0.8匝的绕法，其他分数匝类似，这里不再画图说明。
2、用四磁柱磁芯实现所有奇数分数匝(0.1、0.3、0.5、0.7、0.9匝)
当主磁柱截面积S0为Ae，左磁柱S1为0.1Ae，中磁柱S2为0.6Ae，右磁柱S3为0.3Ae时，根据式子(6)，具体分数匝计算如下：
如图10所示，以0.5匝和0.9匝为例，给出了0.5匝和0.9匝的绕法，其他分数匝类似，这里不再画图说明。
3、用四磁柱磁芯实现所有偶数分数匝(0.2、0.4、0.6、0.8匝)
当主磁柱截面积S0为Ae，左磁柱S1为0.2Ae，中磁柱S2为0.6Ae，右磁柱S3为0.2Ae时，根据式子(6)，具体分数匝计算如下：
如图11所示，以0.4匝和0.8匝为例，给出了0.4匝和0.8匝的绕法，其他分数匝类似，这里不再画图说明。
4、用四磁柱磁芯实现精度为0.1的所有分数匝(0.1到0.9匝)
当主磁柱截面积S0为Ae，左磁柱S1为0.1Ae，中磁柱S2为0.7Ae，右磁柱S3为0.2Ae时，根据式子(6)，具体分数匝计算如下：
下面说明0.3匝和0.9匝的具体绕法，其他分数匝的绕法是类似的，不再具体说明。
0.3匝：如图9a所示，先绕主磁柱1圈，再绕中磁柱1圈，两者为方型绕法(减弱型)；0.9匝：如图9b所示，先绕右磁柱1圈，再绕中磁柱1圈，两者为方型绕法(加强型)；0.1、0.2、0.4、0.6和0.7匝都是直接绕对应截面积的磁柱几圈来实现。
5、用五磁柱磁芯实现精度0.05的所有分数匝(0.05到0.95匝)
当主磁柱截面积S0为Ae，左磁柱S1为0.1Ae，第一中磁柱S2为0.2Ae，第二中磁柱S3为0.25Ae，右磁柱S4为0.45Ae时，根据式子(7)，具体分数匝计算如下：
下面说明0.15匝和0.85匝的具体绕法，其他分数匝的绕法是类似的，不再具体说明。
0.15匝：如图13a所示，先绕第二中磁柱1圈，再绕左磁柱1圈，两者之间为S型绕法(减弱型)；0.85匝：如图13b所示，先绕第一中磁柱2圈，再绕右磁柱1圈，两者之间为方型绕法(加强型)；0.1、0.2、0.25、0.4、0.45、0.5、0.6和0.75匝都是直接绕对应截面积的磁柱几圈来实现。
为了实现一个或几个分数匝，所采用的磁柱数量可以不同，每个磁柱的截面积根据计算结果可以相同或者不同，采用的绕线方式也有多种，比如：为了实现0.4匝，主磁柱1个，截面积为Ae；分磁柱可以为2个，两个分磁柱的截面积之比为6:4，绕0.4Ae的分磁柱1匝；分磁柱也可以为3个，三个分磁柱的截面积之比为2:6:2，绕0.2Ae的分磁柱2匝；分磁柱也可以为4个，四个分磁柱的截面积之比为0.1：0.2：0.25:0.45，绕0.2Ae的分磁柱2匝，或者绕0.1Ae的分磁柱4匝；同理，实现其他分数匝也有多种方式。因此，只为了得到分数匝，不考虑其他因素的话，理论上的实现方式有很多种，这里就不再详细列举。如果考虑其他因素，就要针对不同实现方式进行取舍，比如：考虑到磁芯加工的工艺难度，磁柱数量尽可能少，截面积要为规则图形；考虑到PCB走线的难易程度，方形走线比S形走线更容易。
以上5种实施方式所述磁芯的磁柱都是长方体，而实现分数匝对于磁芯截面积的形状没有要求，除了长方形外，也可以是圆形，例如：
图14为罐状体四磁柱磁芯俯视图，主磁柱为中间的圆柱体，分磁柱为围绕中间主磁柱的圆环体的组成部分，主磁柱截面积为Ae，分磁柱截面积根据想要实现的分数匝进行调整。
图15为圆柱体四磁柱磁芯俯视图，主磁柱为中间的圆柱体，分磁柱为四周的圆柱体，主磁柱截面积为Ae，分磁柱截面积根据想要实现的分数匝进行调整。
本实用新型实现不同分数匝的方法，是通过改变磁柱数量、磁柱截面积大小以及绕组绕法来实现分数匝，以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，对于本技术领域人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围，这里不再用实施例赘述，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (11)
1.一种分数匝变压器磁芯，其特征在于：所述磁芯包括磁芯底座以及凸设于磁芯底座上的主磁柱和分磁柱，所述主磁柱为一个，所述分磁柱至少为两个，主磁柱的截面积与分磁柱的截面积之和相等，分磁柱可分别与主磁柱形成完整磁闭合回路，其中，通过两个分磁柱与一个主磁柱的绕制可制成精度为0.1的全部偶数分数匝，或通过三个分磁柱与一个主磁柱的绕制可制成精度为0.1的全部奇数分数匝，或通过四个分磁柱与一个主磁柱的绕制可制成精度为0.05的全部分数匝。
2.根据权利要求1所述的分数匝变压器磁芯，其特征在于：所述主磁柱为方形，分磁柱也为方形，主磁柱和分磁柱分别设置在磁芯底座的对边两侧。
3.根据权利要求1所述的分数匝变压器磁芯，其特征在于：所述主磁柱为圆柱形，分磁柱为围绕主磁柱设置在主磁柱的外围为任意形状。
4.根据权利要求1所述的分数匝变压器磁芯，其特征在于：所述主磁柱为一个，分磁柱为两个，两个分磁柱的截面积之比为6:4。
5.根据权利要求1所述的分数匝变压器磁芯，其特征在于：所述主磁柱为一个，分磁柱为三个，三个分磁柱的截面积之比为1:6:3。
6.根据权利要求1所述的分数匝变压器磁芯，其特征在于：所述主磁柱为一个，分磁柱为三个，三个分磁柱的截面积之比为1:7:2。
7.根据权利要求1所述的分数匝变压器磁芯，其特征在于：所述主磁柱为一个，分磁柱为四个，四个分磁柱的截面积之比为0.1:0.2:0.25:0.45。
8.一种分数匝的变压器，包括权利要求1至4中任一项所述的分数匝变压器磁芯，其特征在于：所述变压器为分数精度为0.1的偶数匝变压器，所述主磁柱为一个，分磁柱为两个，两个分磁柱的截面积之比为6:4，通过方形绕法或S形绕法可制成分数精度为0.1的所有偶数分数匝的变压器，即包括0.2、0.4、0.6或0.8匝的偶数分数匝的变压器。
9.一种分数匝的变压器，包括权利要求5所述的分数匝变压器磁芯，其特征在于：所述变压器为分数精度为0.1的奇数匝变压器，所述主磁柱为一个，分磁柱为三个，三个分磁柱的截面积之比为1:6:3，通过方形绕法或S形绕法可制成分数精度为0.1的所有奇数分数匝的变压器，即包括0.1、0.3、0.5、0.7或0.9匝的奇数分数匝的变压器。
10.一种分数匝的变压器，包括权利要求6所述的分数匝变压器磁芯，其特征在于：所述变压器为分数精度0.1的分数匝变压器，所述主磁柱为一个，分磁柱为三个，三个分磁柱的截面积之比为1:7:2，通过方形绕法或S形绕法可制成分数精度为0.1的所有分数匝的变压器。
11.一种分数匝的变压器，包括权利要求7所述的分数匝变压器磁芯，其特征在于：所述变压器为分数精度0.05的分数匝变压器，所述主磁柱为一个，分磁柱为四个，四个分磁柱的截面积之比为0.1:0.2:0.25:0.45，通过方形绕法或S形绕法可制成分数精度为0.05的所有分数匝的变压器。
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| CN202022680399.6U CN213660168U (zh) | 2020-11-18 | 2020-11-18 | 一种分数匝变压器及其磁芯 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| WO2024002025A1 (zh) * | 2022-06-30 | 2024-01-04 | 中兴通讯股份有限公司 | 变压器、多电平电源调制电路、控制方法及装置 |
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2020
- 2020-11-18 CN CN202022680399.6U patent/CN213660168U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024002025A1 (zh) * | 2022-06-30 | 2024-01-04 | 中兴通讯股份有限公司 | 变压器、多电平电源调制电路、控制方法及装置 |
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