TW202401464A - 變壓器及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

變壓器及其製造方法。變壓器包括一中空繞線架、二磁芯、一初級線圈、複數個第一次級線圈及複數個第二次級線圈。這二磁芯插入中空繞線架。初級線圈纏繞於中空繞線架。這些第一次級線圈與這些第二次級線圈環繞初級線圈。這些第一次級線圈與這些第二次級線圈交錯地環繞初級線圈。

Description

變壓器及其製造方法
本揭露是有關於一種電子元件及其製造方法，且特別是有關於一種變壓器及其製造方法。
隨著科技的發展，各種電子裝置不斷創新。在一些電子裝置中，需要搭載高輸出電流（＞250 A）的變壓器。變壓器的主要目的是降低或拉高交流電的電壓、改變阻抗與分離電路。為了獲得更佳的效率，研究人員正致力於降低變壓器交流對直流的電阻比（AC to DC resistance ratio, RAC/RDC），並藉由平衡初級線圈與次級線圈之間的電容來避免電磁干擾（electromagnetic interference, EMI）與變壓器的漏電感。
本揭露係有關於一種變壓器及其製造方法，其採用環繞於初級線圈的複數個第一次級線圈與複數個第二次級線圈。第一次級線圈與第二次級線圈交錯地環繞初級線圈。如此一來，變壓器之交流對直流的電阻比能夠被降低、變壓器的漏電感能夠降低、變壓器的功率損失能夠降低、且變壓器之初級線圈與次級線圈之間的電容也能夠被降低，使得電磁干擾（EMI）的情況可以有效避免。
根據本揭露之一方面，提出一種變壓器。變壓器包括一中空繞線架、二磁芯、一初級線圈、複數個第一次級線圈及複數個第二次級線圈。這二磁芯插入中空繞線架。初級線圈纏繞於中空繞線架。這些第一次級線圈與這些第二次級線圈環繞初級線圈。這些第一次級線圈與這些第二次級線圈交錯地環繞初級線圈。
根據本揭露之一實施例，各第一次級線圈之一第一端連接於一第一節點，各第一次級線圈之一第二端連接於一第二節點，各第二次級線圈之一第一端連接於第二節點，各第二次級線圈之一第二端連接於一第三節點。
根據本揭露之一實施例，初級線圈係為一金屬線，各第一次級線圈及各第二次級線圈係為一金屬片。
根據本揭露之一實施例，二磁芯之間形成一間隙。
根據本揭露之一實施例，變壓器還包括一絕緣膜以及複數個絕緣片。絕緣膜環繞初級線圈。複數個絕緣片設置於這些第一次級線圈與這些第二次級線圈之間。
根據本揭露之一實施例，初級線圈以兩層之方式纏繞中空繞線架。
根據本揭露之一實施例，初級線圈具有16圈。
根據本揭露之一實施例，各第一次級線圈與各第二次級線圈以一層之方式環繞該初級線圈。
根據本揭露之一實施例，各第一次級線圈與各第二次級線圈環繞初級線圈一圈。
根據本揭露之一實施例，這些第一次級線圈與這些第二次級線圈之截面積實質上相等。
根據本揭露之另一方面，提出一種變壓器。變壓器包括一中空繞線架、二磁芯、一初級線圈、複數個第一次級線圈及複數個第二次級線圈。這二磁芯插入中空繞線架。初級線圈纏繞於中空繞線架。這些第一次級線圈與這些第二次級線圈環繞初級線圈。這二磁芯之間形成一間隙。
根據本揭露之再一方面，提出一種變壓器之製造方法。變壓器之製造方法包括以下步驟。將一初級線圈纏繞於一中空繞線架。交錯地排列複數個第一次級線圈與複數個第二次級線圈，以環繞初級線圈。插入二磁芯至中空繞線架內。
根據本揭露之一實施例，變壓器之製造方法還包括：連接各第一次級線圈之一第一端至一第一節點；連接各第一次級線圈之一第二端至一第二節點；連接各第二次級線圈之一第一端至第二節點；以及連接各第二次級線圈之一第二端至第三節點。
根據本揭露之一實施例，變壓器之製造方法還包括：以一絕緣膜覆蓋初級線圈；以及設置複數個絕緣片於這些第一次級線圈與這些第二次級線圈之間。
根據本揭露之一實施例，初級線圈纏繞中空繞線架16圈。
根據本揭露之一實施例，各第一次級線圈與各第二次級線圈纏繞初級線圈一圈。
為了對本揭露之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：
請參照第1、2圖。第1圖繪示根據一實施例之一變壓器100。第2圖繪示第1圖之變壓器100的分解圖。變壓器100包括一中空繞線架110、二磁芯120、130、一初級線圈140（繪示於第2圖）、複數個第一次級線圈150、複數個第二次級線圈160、一絕緣膜170（繪示於第2圖）及複數個絕緣片180。這兩個磁芯120、130插入於中空繞線架110內。初級線圈140纏繞於中空繞線架110。第一次級線圈150與第二次級線圈160環繞初級線圈140。第一次級線圈150與第二次級線圈160交錯地纏繞初級線圈140。
第3圖繪示根據一實施例之變壓器100的電路圖。初級線圈140連接於一輸入方波電壓。各個第一次級線圈150具有一第一端及一第二端。各個第一次級線圈150的第一端連接於一第一節點N1。各個第一次級線圈150之第二端連接於第二節點N2。各個第二次級線圈160具有一第一端及一第二端。各個第二次級線圈160之第一端連接於第二節點N2。各個第二次級線圈160之第二端連接於一第三節點N3。因此，在本實施例中，這些第一次級線圈150係以並聯之方式連接，這些第二次級線圈160係以並聯之方式連接。
請參照第4、5圖。第4圖繪示變壓器100之製造方法的流程圖。第5圖繪示中空繞線架110細部結構。在步驟S110中，提供中空繞線架110。中空繞線架110例如是一中空的圓柱筒。中空繞線架110包括一中空圓柱111及二阻擋環片112、113。阻擋環片112與阻擋環片113設置於中空圓柱111之相對兩側。例如，中空繞線架110是採用塑膠材質。中空圓柱111具有貫穿孔111h。如第2圖所示，貫穿孔111h之一端用以供磁芯120插入；貫穿孔111h之另一端則用以供磁芯130插入。
請參照第6圖，其示例說明步驟S120及S130。在步驟S120中，將初級線圈140纏繞於中空繞線架110。阻擋環片112與阻擋環片113用以限制初級線圈140的移動。例如，初級線圈140是一金屬線。初級線圈140具有一致的線徑。舉例來說，初級線圈140以兩層之方式纏繞中空繞線架110十六圈。具有16圈的初級線圈140可以將直流輸入電壓從400V降低至12V。
在步驟S130中，以絕緣膜170覆蓋初級線圈140。例如，絕緣膜170是一聚酰亞胺膠帶（polyimide tape）。絕緣膜170環繞初級線圈140，以避免與第一次級線圈150及第二次級線圈160形成短路。
請參照第7～11圖，其示例說明步驟S140。在步驟S140中，交錯地排列這些第一次級線圈150與這些第二次級線圈160，以環繞初級線圈140，並將絕緣片180設置於第一次級線圈150與第二次級線圈160之間。各個第一次級線圈150例如是金屬片。
如第7圖所示，將第一次級線圈150環繞於初級線圈140。各個第一次級線圈150包括一環狀本體151及二接腳152、153。環狀本體151具有一致的寬度與厚度。各個第一次級線圈150以一層之方式環繞初級線圈140。接腳152、153用以焊接於一電路板190（繪示於第1圖）上。焊接於電路板190上的這些第一次級線圈150將以並聯之方式連接。
如第8圖所示，在一些實施例中，更可將絕緣片180設置於第一次級線圈150之側邊。絕緣片180例如係為聚酰亞胺膠帶。舉例來說，絕緣片180可以是環狀且具有一致的寬度。絕緣片180可以避免各個第一次級線圈150與各個第二次級線圈160之間形成短路。
如第9圖所示，將第二次級線圈160環繞於初級線圈140。各個第二次級線圈160例如是金屬片。各個第二次級線圈160包括一環狀本體161及二接腳162、163。環狀本體161具有一致的寬度及厚度。各個第二次級線圈160以一層之方式環繞初級線圈140。接腳162、163用以焊接於電路板190上。焊接於電路板190上之這些第二次級線圈160將以並聯之方式連接。
如第10圖所示，將另一絕緣片180設置於第二次級線圈160之側邊。在將絕緣片180設置於第二次級線圈160之側邊之後，第7～10圖之步驟將重複執行。第11圖顯示出這些第一次級線圈150與這些第二次級線圈160交錯地環繞於初級線圈140，且這些絕緣片180設置於這些第一次級線圈150與這些第二次級線圈160之間。
請參照第12圖，其示例說明步驟S150及步驟S160。在步驟S150中，將兩個磁芯120、130插入至中空繞線架110內。初級線圈140（未繪示於第12圖）環繞中空繞線架110。
在步驟S160中，將變壓器100焊接於電路板190上。焊接於電路板190上之這些第一次級線圈150係以並聯之方式連接。焊接於電路板190上之這些第二次級線圈160係以並聯之方式連接。
請參照第13圖，其繪示變壓器100之剖面圖。如第13圖所示，初級線圈140係以兩層之方式環繞中空繞線架110。第一次級線圈150與第二次級線圈160環繞初級線圈140。第一次級線圈150與第二次級線圈160係交錯排列。換句話說，一個第一次級線圈150是設置於兩個第二次級線圈160之間。一個第二次級線圈160是設置於兩個第一次級線圈150之間。第一次級線圈150與第二次級線圈160之截面積實質上相等。磁芯120與磁芯130之間形成間隙GP。
請參照表一。相較於傳統的變壓器，透過ANSYS Maxwell的模擬，本實施例之變壓器100的初級線圈140在100kHz之下，交流對直流電阻比（AC to DC resistance ratio, RAC/RDC）從10降到1.66。本實施例之變壓器100之第一次級線圈150與第二次級線圈160在100kHz之下，交流對直流電阻比（RAC/RDC）從17.6降到6.57。此外，初級線圈與次級線圈之間的電容（primary-to-secondary interwinding capacitance）也從112 pF降低至14.3 pF。
  傳統之變壓器 本實施例之變壓器 100
初級線圈之交流對直流電阻比（RAC/RDC） 10 1.66
第一次級線圈與第二次級線圈之交流對直流電阻比（RAC/RDC） 17.6 6.57
初級線圈與次級線圈之間的電容 112 pF 14.3  pF
表一
再者，請參照表二之ANSYS Maxwell所模擬的功率損失。相較於傳統的變壓器，本實施例之變壓器100具有相當低的次級線圈功率損失（secondary winding loss），故變壓器整體的功率損失相對較低。舉例來說，在272A之下，初級線圈功率損失（primary winding loss）從4.33W降低至3.97W。在272A之下，次級線圈功率損失（secondary winding loss）從18.33W降低至6.87W。在272A之下，整體線圈功率損失（total winding loss）從22.66W降低至10.84W。在272A 之下，整個變壓器的功率損失從24.76W降到13.12W。
功率損失類型 傳統的變壓器 本實施例之變壓器100
272A 200A 100A 272A 200A 100A
初級線圈功率損失（Primary winding loss） 4.33W 2.18 W 0.71W 3.97W 2.39W 1.11W
次級線圈功率損失（Secondary winding loss） 18.33W 11.98W 6.62W 6.87W 3.91W 1.18W
整體繞線功率損失（Total winding loss） 22.66W 14.16W 7.33W 10.84W 6.3W 2.29W
平均磁芯損失（Average core loss） 2.1W 1.79W 1.2W 2.28W 1.96W 1.73W
變壓器整體功率損失（Total transformer loss） 24.76W 15.95W 8.53W 13.12W 8.26W 4.02W
表二
根據上述實施例，變壓器100之交流對直流電阻比（AC to DC resistance ratio）能夠降低，且變壓器100之整體功率損失（total power loss）也能夠降低。變壓器100之初級線圈與次級線圈之間的電容（primary-to-secondary interwinding capacitance）能夠有效降低，以避免電磁干擾（EMI）的情況。
綜上所述，雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100:變壓器 110:中空繞線架 111:中空圓柱 111h:貫穿孔 112,113:阻擋環片 120,130:磁芯 140:初級線圈 150:第一次級線圈 151:環狀本體 152,153:接腳 160:第二次級線圈 161:環狀本體 162,163:接腳 170:絕緣膜 180:絕緣片 190:電路板 GP:間隙 N1:第一節點 N2:第二節點 N3:第三節點 S110,S120,S130,S140,S150,S160:步驟
第1圖繪示根據一實施例之一變壓器。 第2圖繪示第1圖之變壓器的分解圖。 第3圖繪示根據一實施例之變壓器的電路圖。 第4圖繪示變壓器之製造方法的流程圖。 第5圖繪示中空繞線架細部結構。 第6圖示例說明步驟S120及步驟S130。 第7～11圖示例說明步驟S140。 第12圖示例說明步驟S150及步驟S160。 第13圖繪示變壓器之剖面圖。
100:變壓器
110:中空繞線架
120,130:磁芯
150:第一次級線圈
160:第二次級線圈
180:絕緣片
190:電路板

Claims (20)

  1. 一種變壓器，包括： 一中空繞線架； 二磁芯，插入該中空繞線架； 一初級線圈，纏繞於該中空繞線架； 複數個第一次級線圈；以及 複數個第二次級線圈， 其中該些第一次級線圈與該些第二次級線圈環繞該初級線圈， 其中該些第一次級線圈與該些第二次級線圈交錯地環繞該初級線圈。
  2. 如請求項1所述之變壓器，其中各該第一次級線圈之一第一端連接於一第一節點，各該第一次級線圈之一第二端連接於一第二節點，各該第二次級線圈之一第一端連接於該第二節點，各該第二次級線圈之一第二端連接於一第三節點。
  3. 如請求項1所述之變壓器，其中該初級線圈係為一金屬線，各該第一次級線圈及各該第二次級線圈係為一金屬片。
  4. 如請求項1所述之變壓器，其中該二磁芯之間形成一間隙。
  5. 如請求項1所述之變壓器，還包括： 一絕緣膜，環繞該初級線圈；以及 複數個絕緣片，設置於該些第一次級線圈與該些第二次級線圈之間。
  6. 如請求項1所述之變壓器，其中該初級線圈以兩層之方式纏繞該中空繞線架。
  7. 如請求項1所述之變壓器，其中該初級線圈具有16圈。
  8. 如請求項1所述之變壓器，其中各該第一次級線圈與各該第二次級線圈以一層之方式環繞該初級線圈。
  9. 如請求項1所述之變壓器，其中各該第一次級線圈與各該第二次級線圈環繞該初級線圈一圈。
  10. 如請求項1所述之變壓器，其中該些第一次級線圈與該些第二次級線圈之截面積實質上相等。
  11. 一種變壓器，包括： 一中空繞線架； 二磁芯，插入該中空繞線架； 一初級線圈，纏繞於該中空繞線架； 複數個第一次級線圈；以及 複數個第二次級線圈， 其中該些第一次級線圈與該些第二次級線圈環繞該初級線圈， 其中該二磁芯之間形成一間隙。
  12. 一種變壓器之製造方法，包括： 將一初級線圈纏繞於一中空繞線架； 交錯地排列複數個第一次級線圈與複數個第二次級線圈，以環繞該初級線圈；以及 插入二磁芯至該中空繞線架內。
  13. 如請求項12所述之變壓器之製造方法，還包括： 連接各該第一次級線圈之一第一端至一第一節點； 連接各該第一次級線圈之一第二端至一第二節點； 連接各該第二次級線圈之一第一端至該第二節點；以及 連接各該第二次級線圈之一第二端至第三節點。
  14. 如請求項12所述之變壓器之製造方法，其中該初級線圈係為一金屬線，各該第一次級線圈及各該第二次級線圈係為一金屬片。
  15. 如請求項12所述之變壓器之製造方法，其中該二磁芯之間形成一間隙。
  16. 如請求項12所述之變壓器之製造方法，還包括： 以一絕緣膜覆蓋該初級線圈；以及 設置複數個絕緣片於該些第一次級線圈與該些第二次級線圈之間。
  17. 如請求項12所述之變壓器之製造方法，其中該初級線圈以兩層之方式纏繞該中空繞線架。
  18. 如請求項12所述之變壓器之製造方法，其中該初級線圈纏繞該中空繞線架16圈。
  19. 如請求項12所述之變壓器之製造方法，其中各該第一次級線圈與各該第二次級線圈纏繞該初級線圈一圈。
  20. 如請求項12所述之變壓器之製造方法，其中該些第一次級線圈與該些第二次級線圈之截面積實質上相等。
TW111135556A 2022-06-24 2022-09-20 變壓器及其製造方法 TW202401464A (zh)

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