TW200952002A - Transformer structure and rectifier circuit using the same - Google Patents

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200952002 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本案係關於一種變壓器結構，尤指一種可增加散熱效 率、減少成本及尺寸之變壓器結構及其所適用之整流電 路。 ' 【先前技術】 交換式電源轉換電路（switching power converter) Φ 係利用内部開關元件的開關操作將所接收之電源轉換成 多種預定準位之電源。以交換式直流/直流轉換器為例， 其係將直流電源轉換成其他準位之直流電源，且一般直流 /直流轉換器均會具有一整流電路，用以將所接收之電源 進行整流及濾波。而由於目前直流/直流轉換器係朝高效 能及低損耗之趨勢發展，即輸出係採用低電壓大電流之形 式輸出，因此現今業界皆採用倍流整流 (current - doubler rectifier)電路來取代傳統的整流電 ® 路，以使直流/直流轉換器符合趨勢。 雖然倍流整流電路確實可使直流/直流轉換器減少損 耗，但由於倍流整流電路主要係由變壓器及至少一電感元 件所構成，且兩者間係採用分離設置，故仍具有許多問題 存在。首先，倍流整流電路之變壓器的次級繞組皆利用線 - 圈纏繞於一磁芯組而形成，由於線圈為細薄之線形結構， . 因此其表面積相對地小，故使得變壓器散熱效率不佳，又 因直流/直流轉換器係採用大電流輸出之趨勢發展，於運 7 200952002 作的過程中會產生大量的熱能，因此使用線圈纏繞當次級 繞組之變壓器便更凸顯此缺失。其次，由於變壓器及電感 元件間係利用額外的線路彼此連接，故倍流整流電路具有 額外的線路損耗，使得直流/直流轉換器仍無法達到最佳 的轉換效率。再者，由於倍流整流電路之變壓器及電感元 件係分離設置，將使得倍流整流電路具有成本較高及尺寸 過大之問題存在。 $ 因此，如何發展一種可增加散熱效率，並可將電感元 件整合於變壓器内，以改善上述習知技術缺失之變壓器結 構及其所適用之整流電路，實為目前迫切需要解決之課 題。 【發明内容】 本案之主要目的在於提供一種變壓器結構及其所適 用之整流電路，俾解決習知倍流整流電路因所構成之變壓 _器及電感元件間需利用額外的線路作連接，使得習知倍流 整流電路成本較高、尺寸過大以及具有額外的線路損耗， 以及習知倍流整流電路之變壓器係由線圈纏繞構成次級 繞組，使得變壓器之散熱效率不佳等缺失。 為達上述目的，本案之一較廣義實施態樣為提供一種 變壓器結構，至少包含：初級繞線；繞線架，係具有第一 —繞線部以及第二繞線部，第一繞線部及第二繞線部係用以 •供初級繞線纏繞；複數個第一立體導電折片，係分別套設 於繞線架之第一繞線部及第二繞線部；第二立體導電折 200952002 片，係設置於複數個第一立體導電折片之間；磁芯組，係 部份穿設於複數個第一立體導電折片、繞線架之第一繞線 部、第二繞線部以及第二立體導電折片；以及固定板件， 係與複數個第一立體導電折片及第二立體導電折片連 接，俾固定複數個第一立體導電折片及第二立體導電折 片。 本案之另一較廣義實施態樣為提供一種整流電路，至 少包含：變壓器結構，至少包含：初級繞線；繞線架，係 攀 具有第一繞線部以及第二繞線部，第一繞線部及第二繞線 部係用以供初級繞線纏繞；複數個第一立體導電折片，係 分別套設於繞線架之第一繞線部及第二繞線部；第二立體 導電折片，係設置於複數個第一立體導電折片之間；磁芯 組，係部份穿設於複數個第一立體導電折片、繞線架之第 一繞線部、第二繞線部以及第二立體導電折片；以及固定 板件，係與複數個第一立體導電折片及第二立體導電折片 φ 連接，俾固定複數個第一立體導電折片及第二立體導電折 片；以及輸出電容，係與變壓器結構之第二立體導電折片 電連接。 【實施方式】 體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的 說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具 有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及 圖示在本質上係當作說明之用，而非用以限制本案。 9 200952002 請參閱第一圖及第二圖，其中第一圖係為本案第一較 佳實施例之變壓器之分解結構示意圖，第二圖則為第一圖 所示之變壓器組合設置於電路板上之結構示意圖。如第一 圖及第二圖所示，本實施例之變壓器丨可應用於例如一倍 流整流電路43中（如第四圖所示），主要由一初級繞線1〇、 一繞線架11、一磁芯組12、複數個第一立體導電折片13、 一第二立體導電折片14以及固定板件15所構成。於本實 施例中，繞線架11係用以供初級繞線1〇纏繞，且可A β不限於由相互分離設置之一第一繞線部11〇及一第=線 部111所構成，以使初級繞線10可分成兩部份地纏繞於 第-繞線部110及第二繞線部lu上。此外，第一繞線部 110更具有一中空孔洞n〇a，第二繞線部U1亦具有一中 空孔洞ma，中空孔洞110a、llla係用以供部份磁芯組 12穿設。當然’於一些實施例中，第一繞線部11〇及第二 繞線部111 '亦可為-體成形。另夕卜，又於其他實施例中， ❹當初級繞線10纏繞於繞線架11之第一繞線部110及第二 繞線部111 S ’可利用例如絕緣膠帶（未圖示）將初級繞線 10包覆’以將初級繞線10隔絕。

於本實施例中，複數個第一立體導電折片13係分別 套設於繞線架η之第-繞線部11〇及第二繞線部⑴，即 第-繞線部110及第二繞線部lu容置於複數個第一立體 導電折片13之内部，用以形成變壓器i之次級繞組。於 一些實施射’第—立體導電折片丨3可為但不限於由一 銅片彎折環繞而形成，並具有一第—本體13Q、H 200952002 接部131、一第二連接部132以及一第一容置槽133之立 體結構，其中第一容置槽133係由第一本體130所圍繞形 成，主要用來容置繞線架11之第一繞線部110或第二繞 線部111，而第一連接部131係由第一本體130之一端部 沿第一容置槽133之開口方向平行延伸，第二連接部132 則相對於第一連接部131係由第一本體130之另一端部沿 水平方向延伸，而與第一連接部131位於不同平面。於一 些實施例中，每一第一立體導電折片13可彎折環繞形成 ® 例如具有兩圈之結構，但並不以此為限，可依變壓器1之 實際電壓需求而有不同之實施態樣。此外，當該第一立體 導電折片13彎折環繞形成例如具有兩圈之結構時，各圈 間係以彼此的側邊相對設置且維持一間隙，其中在第一立 體導電折片13之第一本體130之第一連接部131相同平 面之侧面130a上，各圈間以至少一轉接段130b連接，該 轉接段130b之侧邊係為一斜面結構130c，藉此可使第一 _本體130之各圈不會相互重疊環繞，進而可縮小第一立體 導電折片13之體積。當然，於此實施例中，第二立體導 電折片14亦可藉由與第一立體導電折片13相似的架構達 成。 於本實施例中，磁芯組12可為但不限於由一 E型磁 芯121及一 I型磁芯122所構成，其中E型磁芯121及I ' 型磁芯122係分別設置於繞線架11以及複數個第一立體 ' 導電折片13之相對兩側，且E型磁芯121之兩端部121a 係分別穿設於繞線架11之第一繞線部110的中空孔洞 11 200952002 110a及第二繞線部111之中空孔洞Ilia，故變壓器1之 初級繞線10及複數個第一立體導電折片13可藉由磁芯組 12而產生電磁耦合感應。 第二立體導電折片14係設置於複數個第一立體導電 折片13之間，且供磁芯組12之E型磁芯121的中柱121b 穿設，使第二立體導電折片14搭配磁芯組12之E型磁芯 121的中柱121b感應，以達到一電感元件之功效。於一些 實施例中，第二立體導電折片14可為但不限於由一銅片 彎折環繞而形成，並具有一第二本體140、一第三連接部 141(如第二圖所示）、一第四連接部142及一第二容置槽 143之立體結構（如第三圖所示），其中第二容置槽143係 由第二本體140所圍繞形成，用以容置磁芯組12之E型 磁芯121的中柱121b，而第三連接部141係由第二本體 140之一端部沿第二容置槽143之開口方向平行延伸，第 四連接部142則相對於第三連接部141係由第二本體40 ❹之另一端部延伸後再垂直彎折向下，並與第三連接部141 之間形成一間隔距離。於一些實施例中，第二立體導電折 片14亦可彎折環繞形成例如具有兩圈之結構，但並不以 此為限，可依變壓器1之實際電壓需求而有不同之實施態 樣。 當然，第二立體導電折片14之結構並不侷限於如第 二圖所示之實施態樣。於一些實施例中，如第三圖所示， ' 第二立體導電折片14之第四連接部142可相對於第三連 接部141由第二本體140的另一端部先向上垂直延伸後再 12 200952002 垂直f折向下’並同樣與第三連接部141之間形成一間隔 距離。 Ο Ο 於本實施例中，固定板件15係與磁芯組12之〖型磁 芯122相鄰設，且可為導電材質，例如銅片，主要用來供 複數個第-立體導電折;^ 13與第二立體導電折片14連 接。於-些實_中’固定板件15可具有複數個穿設孔 ⑸，該減個穿觀151係分職複數⑽—立體導電 折片13之第一連接部131及第二立體導電折片14之第三 連接部141相對應設置，用以分別供第一連接部ΐ3ΐ及第 三連接部141穿設，俾使複數個第—立體導電折片13及 第二立體導電折片14岐於固定板件15上，且使複數個 第二立體導電折片13與第二立體導電折片14之間可藉由 固疋板件15而相互導通。 ^田然固疋板件I5之形狀以及複數個穿設孔151之 =置位置並不侷限於如第—圖所示，可依複數個第一立體 :折片13及第二立體導電折片14之設置方向而有不同 ^施態樣。又於—些實施财，複數個第—立體導電折 丨3之第一連接部131及第二立體導電折片“之第三連 =141亦可彻銲減是卡合㈣錢接且蚊於 板件15上。 16，=實施例中’變壓器1更可具有至少-輔助板件 輔油發以供電子組件17設置，例如電晶體或二極體，俾 =子組件17之支樓以及散熱。另外，輔助板件Μ上 八有與第一立體導電折片13之第二連接部132相對 13 200952002 應之設置孔161，主要用來供複數個第一立體導電折片13 之第二連接部132穿設，俾固定輔助板件16於複數個第 一立體導電折片13之一側。另外，輔助板件16更可為導 電材質所構成，例如銅片，故電子組件17可藉由輔助板 件16與變壓器1導通。 請再參閱第二圖，變壓器1可直立地設置於一電路板 2上，且電路板2更可具有與複數個第一立體導電折片13 義 之第一連接部131以及第二立體導電折片14之第四連接 霉 部142相對應設置之插槽（未圖示），使變壓器1可藉由複 數個第一立體導電折片13之第一連接部131以及第二立 體導電折片14之第四連接部142穿設於電路板2之複數 個插槽而固定於電路板2上。 由於變壓器1用來當做次級繞組之複數個第一立體導 電折片13係由銅片彎折環繞所形成，故第一立體導電折 片13具有較大之表面積，是以當變壓器1運作而輸出例 參 如高電流時，可具有較佳之散熱效率。 請參閱第四圖，並配合第一及第二圖，其中第四圖係 為應用第一圖所示之變壓器之直流/直流轉換器之電路結 構圖。如第四圖所示，直流/直流轉換器4係包含一輸入 端VIN、一開關電路41、一控制電路42、一整流電路以及 一輸出端V0UT，其中，輸入端VIN係接收一直流電壓，而 整流電路可為但不限於一倍流整流電路43。開關電路41 則與輸入端VIN、倍流整流電路43以及控制電路42電連 接，用以接收輸入端VIN所傳來之直流電壓，並因應控制 14 200952002 電路42之控制而輸出一脈衝調變直流電壓至倍流整流電 路43，於一些實施例中，開關電路41可包含複數個開關 元件（未圖示），例如兩個開關元件，以使開關電路41形 成半橋電路拓樸（half-bridge topology)，但不以此為 限，亦可包含例如四個開關元件，以使開關電路41形成 全橋電路拓樸（full-bridge topology)。控制電路42則 與開關電路41、倍流整流電路43以及輸出端V0UT電連 接，用以偵測輸出端V0UT之電壓而控制開關電路41之複 ® 數個開關元件作動。 倍流整流電路43係用來將開關電路41所傳送之脈衝 調變直流電壓轉換、整流以及濾波後輸出至直流/直流轉 換器4之輸出端V0UT。於本實施例中，倍流整流電路43 主要由一輸出電容C、複數個整流器431、432以及變壓器 1所構成。 變壓器1係如同第一圖所示主要包含初級繞線10、用 φ 以形成次級繞組之複數個第一立體導電折片13、可作為電 感兀件之第二立體導電折片14以及磁芯組12。初級繞線 10係與開關電路41電連接，以接收開關電路41傳來之脈 衝調變直流電壓。磁芯組12可使初級繞線10、複數個第 一立體導電折片13以及第二立體導電折片14產生電磁耦 合感應，複數個第一立體導電折片13係與整流器431、432 電連接，用以感應初級繞線10而產生感應電流，該感應 電流並藉由複數個整流器431、432整流。第二立體導電 折片14則與輸出電容C電連接，用以與輸出電容C組成 15 200952002 濾波器而將變壓器 V0UT輸出。 1所轉換之電壓濾波後傳送至輸出端 於上述實施例中，由於複數個第-立體導電折片13 與第二立體導電折片14係連接於由銅片所構成之固定板 件15上（如第二圖所示）’故複數個第-立體導電折片13 與第二立體導電折片14彼此之間係相導通，故於第四圖 上，複數個第—立體導電折片13與第二立體導電折片14 ❹係彼此電性連接於一節點N上。此外，整流器431、432 可為但不限於由二極體所構成，而更佳者可由金 電晶體⑽SFET)所構成。於一些實施例中，第四圖所示之 整流器43卜432係可如同第一圖所示之電子組件17而設 置於變麼H 1之輔助板件16上，但並不以此為限。 祕本案之變壓器i之第二立體導電折片14與磁芯 組12相配合係可當作電感元件，故倍流整流電路“可利 用變壓器1之第二立體導電折片14執行電感元件之作 ❷用’例如於本實施例中可與電容C構成濾波器，如此一來， 倍流整流電路43便不需要利用額外的線路使變壓器1與 變壓器1之第二立體導電折片14連接，進而減少損耗、 成本及尺寸，且當倍流整流電路43應用於直流/直流轉換 器4時，可使直流/直流轉換器4具有較佳的轉換效率。 當然，於一些實施例中，變壓器係可旋轉一角度後設 置於電路板上，以符合不同電子設備之空間配置。請參閱 第五圖及第六圖，其中第五圖為本案第二較佳實施例之分 解結構分解圖，第六圖則為第五圖所示之變壓器之組合完 200952002 成並設置於電路板上之結構示意圖。如第五圖及第六圖所 示，本實施例之變壓器與第一圖所示之變壓器結構相仿， 且相同符號之元件代表結構與功能相似，故元件特徵及組 裝方法於此不再贅述。唯與第一圖及第^一圖相較，本實施 例之變壓器1除了輔助板件16及電子組件17外’其他結 構可旋轉一角度後而形成臥式之方式設置於電路板2上， 此外，複數個第一立體導電折片13之第二連接部132相 ❿較於第一圖則改為與第一連接部131同平面之方向水平延 伸，而第二立體導電折片14之第四連接部142相較於第 一圖及第二圖則改與第二立體導電折片14之第一連接部 141相垂直的方向向下延伸，使設置電子組件17之輔助板 件16可藉由設置孔161穿設第一立體導電折片13之第二 連接部132而固設於變壓器1之外侧，並與磁芯組12之E 型磁芯121相鄰，而變壓器1可藉由第二立體導電折片14 之第四連接部142插接於電路板2之插槽而固設於電路板 籲2上。 綜上所述，本案提供一種變壓器結構及其所適用之整 流電路，由於變壓器係利用銅片所構成之第一立體導電折 片為次級繞組，故變壓器可藉由第一立體導電折片之表面 積大而具有較佳之散熱效率。再者，由於變壓器之第二立 體導電折片與磁芯組相配合係可作為電感元件，故使用本 案變壓器之整流電路並不需要利用額外的線路將變壓器 ^變歷器之第二立體導電折片作連接，故整流電路可減少 知耗成本及尺寸，進而使整流電路應用於直流/直流轉 200952002 換器時，直流/直流轉換器具有較佳的轉換效率。 本案得由熟習此技術之人士任施匠思而為諸般修 飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

18 200952002 【圖式簡單說明】 第一圖：其係為本案較佳實施例之變壓器之分解結構示意 圖。 第二圖：其係為第一圖所示之變壓器組合設置於電路板上 之結構示意圖。 第三圖：其係為第一圖所示之第二立體導電折片之另一變 化態樣結構示意圖。 第四圖：其係為使用第一圖所示之變壓器之直流/直流轉 換器之電路結構圖。 第五圖：其係為本案第二較佳實施例之變壓器之分解結構 分解圖。 第六圖：其係為第五圖所示之變壓器之組合完成並設置於 電路板上之結構示意圖。 19 200952002 【主要元件符號說明】 1 :變壓器 2 :電路板 10 :初級繞線 11 :繞線架 110 :第一繞線部 110a、111a :中空孔洞 111 :第二繞線部 12 :磁芯組 121 : E型磁芯 121a :端部 121b :中柱 122 : I型磁芯 13 :第一立體導電折片 130 :第一本體 φ 130a:侧面 130b :轉接段 130c :斜面結構 131 :第一連接部 132 :第二連接部 133 :第一容置槽 14 :第二立體導電折片 140 :第二本體 141 :第三連接部 20 200952002 142 :第四連接部 143 :第二容置槽 15 :固定板件 151 :穿設孔 16 :輔助板件 161 :設置孔 17 :電子組件 4 :直流/直流轉換器 ® 41 :開關電路 42 :控制電路 43 :倍流整流電路 431、432 :整流器 VIN :輸入端 V0UT :輸出端 C :輸出電容 ❿ N ·節點 21

Claims (1)

1. 200952002 十、申請專利範圍： 1. 一種變壓器結構，至少包含： -初級繞線； 一繞線架，係具有一第一繞線部以及一第二繞線部，該第 一繞線部及該第二鐃線部係用以供該初級繞線纏繞； 複數個第一立體導電折片，係分別套設於該繞線架之該第 一繞線部及該第二繞線部； 一第二立體導電折片，係設置於該複數個第一立體導電折 ❹片之間； 一磁芯組，係部份穿設於該複數個第一立體導電折片、該 繞線架之該第一繞線部、該第二繞線部以及該第二立體導 電折片；以及 一固定板件，係與該複數個第一立體導電折片及該第二立 體導電折片連接，俾固定該複數個第一立體導電折片及該 第二立體導電折片。 2. 如申請專利範圍第1項所述之變壓器結構，其中該繞線 架之該第一繞線部及該第二繞線部係分離設置。 3. 如申請專利範圍第1項所述之變壓器結構，其中該第一 繞線部及該第二繞線部係各自具有一中空孔洞，用以容置 部份該磁芯組。 4. 如申請專利範圍第1項所述之變壓器結構，其中該複數 •個第一立體導電折片及該第二立體導電折片係由銅片所 彎折環繞而構成。 5. 如申請專利範圍第1項所述之變壓器結構，其中該複數 22 200952002 個第一立體導電折片係分別包含一第一本體及一第一容 置槽，其中該第一容置槽係貫穿該第一本體，用以容置該 繞線架之該第一繞線部或該第二繞線部。 6. 如申請專利範圍第5項所述之變壓器結構，其中該複數 個第一立體導電折片更分別具有一第一連接部，係由該第 一本體之一端部沿該第一容置槽之開口方向平行延伸。 7. 如申請專利範圍第6項所述之變壓器結構，其中每一該 ©第一立體導電折片彎折環繞形成具有複數圈之結構，其中 在該第一立體導電折片之該第一本體之該第一連接部相 同平面之一側面上，該第一本體之各圈間以至少一轉接段 連接，該轉接段之至少一側邊係為一斜面結構。 8.如申請專利範圍第6項所述之變壓器結構，其中該第二 立體導電折片係包含一第二本體及一第二容置槽，其中該 第二容置槽係貫穿該第二本體，用以容置部份磁芯組。 9.如申請專利範圍第8項所述之變壓器結構，其中該第二 φ 立體導電折片更具有一第三連接部，係由該第二本體之一 端部沿該第二容置槽之開口方向平行延伸。 10.如申請專利範圍第9項所述之變壓器結構，其中該固 定板件更具有複數個穿設孔，係與該複數個第一立體導電 折片之該第一連接部及該第二立體導電折片之該第三連 接部相對應設置，用以供該第一連接部及該第三連接部穿 設，俾固定該複數個第一立體導電折片及該第二立體導電 折片於該固定板件上。 11.如申請專利範圍第6項所數之變壓器結構，其中該複 23 200952002 數個第一立體導電折片更分別具有一第二連接部，係由該 第一本體之另一端部沿水平方向延伸。 12. 如申請專利範圍第11項所述之變壓器結構，其中該變 壓器結構更具有至少一輔助板件，用以供一電子組件設 置。 13. 如申請專利範圍第12項所述之變壓器結構，其中該輔 助板件更具有一設置孔，係與每一該第一立體導電折片之 ^ 該第二連接部相對應位置設置，用以供該第二連接部穿 擊 設，俾固定該辅助板件於該第一立體導電折片之一側。 14. 如申請專利範圍第13項所述之變壓器結構，其中該辅 助板件係由銅片所構成，俾使該電子組件與該第一立體導 電折片相導通。 15. 如申請專利範圍第9項所述之變壓器結構，其中該第 二立體導電折片更具有一第四連接部，係由該第二本體之 另一端部所延伸，用以插接於一電路板上。 ❹ 16.如申請專利範圍第1項所述之變壓器結構，其中該固 定板件係為銅片所構成，俾使該複數個第一立體導電折片 以及該第二立體導電折片相導通。 Π.如申請專利範圍第1項所述之變壓器結構，其中該磁 芯組係由一 E型磁芯及一 I型磁芯所構成。 18. —整流電路，至少包含： 一變壓器結構，至少包含： 一初級繞線； 一繞線架，係具有一第一繞線部以及一第二繞線部，該第 24 200952002 一繞線部及該第二繞線部係用以供該初級繞線纏繞； 複數個第一立體導電折片，係分別套設於該繞線架之該第 一繞線部及該第二繞線部； 一第二立體導電折片，係設置於該複數個第一立體導電折 片之間； 一磁芯組，係部份穿設於該複數個第一立體導電折片、該 繞線架之該第一繞線部、該第二繞線部以及該第二立體導 ^ 電折片；以及 一固定板件，係與該複數個第一立體導電折片及該第二立 體導電折片連接，俾固定該複數個第一立體導電折片及該 第二立體導電折片； 一輸出電容，係與該變壓器之該第二立體導電折片電連 接。 19.如申請專利範圍第18項所述之整流電路，其中該整流 電路係為一倍流整流電路。 ⑩ 20.如申請專利範圍第18項所述之整流電路，其中該第二 立體導電折片係與該輸出電容組成一濾波器。 21如申請專利範圍第18項所述之整流電路，其中該整流 電路更具有複數個整流器，係與該複數個第一立體導電折 片電連接。 25