TWI391966B - 中心抽頭式變壓器 - Google Patents

Description

中心抽頭式變壓器

本發明有關於一種變壓器，特別是指一種中心抽頭式變壓器。

多數電子裝置具有變壓器這個核心部件以滿足功率變換之需要，而變壓器也通常會具有一定之漏電感。所謂漏電感，就是初級繞組(Primary winding)通電產生之磁力線有些沒有通過次級繞組(Secondary Winding)，因此沒有在次級繞組中產生相應之電流，讓這些磁力線漏在次級外(又稱為漏磁)，漏磁對應之電感量即為漏電感。

一般來說，變壓器之漏電感越小越好，但是這並非是絕對的，在某些情況下則要求變壓器之漏電感需達到一定之數值，例如：利用漏電感作為諧振電感，或利用共模電感之漏電感作差模電感等應用。

圖1為現有中心抽頭式變壓器100之剖面圖，變壓器100包含一概呈管型的繞線架102、一初級繞組104、一第一次級繞組106、一第二次級繞組108、一第一隔板110、一第二隔板112以及一鐵芯(圖中未畫出)，且繞線架102一具有一可供鐵芯穿設的空心部分114。

其中，初級繞組104纏繞於繞線架102；第一次級繞組106纏繞於初級繞組104外側，並以環型的第 一隔板110與初級繞組104隔離；第二次級繞組108纏繞於第一次級繞組106外側，並以環型的第二隔板112與第一次級繞組106隔離；而該繞線架102以其空心部分114套設於鐵芯上。

參閱圖2a至2d，圖2a為繪示一具有變壓器100的不對稱半橋LLC電路示意圖，其中L_m 、L₁ 分別為變壓器100的激磁電感與其初級繞組104的漏感，且此電路於節點15對變壓器100輸入一弦波電流I_i ，其波形如圖2d中的波形101所示，此電路還輸出一經過整流之後的電流I_o ，其波形如圖2d中的波形103所示；圖2b及圖2c則為不對稱半橋LLC電路的兩種主要工作狀態，當輸入電流I_i 波形為正半週時，二極體D1導通，而二極體D2會斷開，此時初級繞組將感應出漏感Ls1；當輸入電流I_i 波形為負半週時，二極體D2導通，而二極體D1會斷開，此時初級繞組將感應出漏感Ls2，理論上，漏感Ls1與漏感Ls2的值越接近，電路才越能夠以最佳效率工作，並且減少損耗。

由於變壓器100之初級繞組104之漏電感值L₁ 會隨輸入電流I_i 的改變而改變，也就是漏感Ls1與漏感Ls2其值有相當差異，而造成輸出電流I_o 振幅不一，如圖2d中波103所示，輸出電流I_o 其峰值忽高忽低，導致此電路產生較大之損耗，這也使得變壓器100或是與其結構相似的變壓器之應用範圍受到限制。

圖3為另一種現有中心抽頭式變壓器200之剖面圖，變壓器200包含一概呈管型的繞線架202、一初 級繞組204、一第一次級繞組206、一第二次級繞組208、第一隔板212、第二隔板210以及一鐵芯(圖中未畫出)，且繞線架202一具有一可供鐵芯穿設的空心部分214。

初級繞組204纏繞於部分的繞線架202上，並不將整個繞線架202纏滿；第一次級繞組206也纏繞於繞線架202，且初級繞組204與第一次級繞組206以環型的第一隔板212進行分隔；第二次級繞組208纏繞於第一次級繞組206外側，並以環型的第二隔板210與第一次級繞組206隔離；繞線架202以其空心部分214套設於鐵芯上。

其中，相較於圖1a所述的變壓器100，變壓器200的初級繞組204之漏電感值在不同的電路工作狀態下依然能夠保持一致，而且在一定程度上增加了初級繞組204與第一、第二次級繞組206、208間之絕緣間距，對安規具有一定之益處。但是變壓器200或是與其結構相似的變壓器之漏電感比較大，使用範圍仍然受到限制。

由此可知，現有之中心抽頭式變壓器100、200分別具有漏電感值不一致及漏電感值太大的情況，如此皆會導致電路損耗大，使此類變壓器的應用範圍不廣。

因此，本發明之目的，即在提供一種使初級繞組 之漏電感值於不同電路工作狀態下能夠保持一致之中心抽頭式變壓器。

於是，一種中心抽頭式變壓器包含一具有一圍繞壁的第一繞線架、一環繞該圍繞壁的第一初級繞組、沿一軸向堆疊地環繞該圍繞壁的一第一次級繞組、一第二次級繞組，及一第一隔離件，第一隔離件位於第一次級繞組與第二次級繞組間並間隔該第一次級繞組與該第二次級繞組。

較佳地，中心抽頭式變壓器還包含一第二隔離件，位於該第一初級繞組與該二次級繞組間，並間隔該第一初級繞組與該二次級繞組。

較佳地，該第一初級繞組是位於該圍繞壁以及該第一次級繞組與第二次級繞組間。

本發明之功效在於：由於第一次級繞組與第二次級繞組皆纏繞於同一層空間中，並分別對於第一初級繞組的位置關係皆相同，因此，可使得本發明中心抽頭式變壓器應用於不對稱半橋LLC電路時，其初級繞組之漏電感值於不同的電路工作狀態下仍能夠保持一致；且藉由隔離第一次級繞組與第二次級繞組的第一隔離件之厚度調整，可調節初級繞組之漏電感之大小，從而令本發明中心抽頭式變壓器具有更廣泛之應用領域。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之四個較佳實施例的詳細說明中，將可 清楚的呈現。

在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖4a，本發明中心抽頭式變壓器3之第一較佳實施例，包含一具有一圍繞壁301的第一繞線架30、一於圍繞壁301上纏繞的第一初級繞組31、一間隔地環設於圍繞壁之外側的第二隔離件36、一於第二隔離件36上纏繞的第一次級繞組33、一於第二隔離件36上纏繞的第二次級繞組34、一將第一次級繞組33與第二次級繞組34隔離的第一隔離件35，及一可供圍繞壁301套設的鐵芯(圖未示)。值得一提的是，以下所提及鐵芯為EE型鐵芯、EC型鐵芯、EF型鐵芯、ER型鐵芯、PQ型鐵芯、EER型鐵芯、EFD型鐵芯、ERL型鐵芯以及PM型鐵芯中之任一種鐵芯。由於本發明的第一繞線架30可以套設於前述任一種鐵芯上，因此鐵芯態樣並非本發明之特徵，以下僅對變壓器3之第一繞線架30與繞組的部分詳加描述。

本實施例中，該第二隔離件36概成管狀，並且間隔地沿著圍繞壁301的軸心將圍繞壁301包圍；而第一隔離件35是環設於第二隔離件36約中間的位置，並且與第二隔離件36的外周面概呈垂直。

該第一初級繞組31是纏繞於圍繞壁301上，並且將圍繞壁301之外周面繞滿；管狀的第二隔離件36套設於第一初級繞組31的外側，並將初級繞組31包覆於圍繞壁301與第二隔離件36之間；第一次級繞組33與第二次級繞組 34是沿一軸向，上下堆疊地纏繞於第一隔離件36的外周面上。本實施例中，為達成較穩定的次極輸出電流，第一、二次級繞組33、34是均等地纏繞於第一隔離件36外週面的上、下半部，並以第二隔離件35將彼此隔離。需要注意的是，第一隔離件35與第二隔離件36可以是絕緣膠帶或塑膠等絕緣材質。

參閱圖4b、4c，圖4b是將本實施例應用於前述的不對稱半橋LLC電路中的電路圖，依實驗結果，可測得如圖4c的波形圖。圖4a中，對變壓器3輸入一弦波電流I_i ，其波形如圖4b中的波38所示，相較於圖2d的波101，由於第一初級繞組31之漏電感值L₁ 並不會隨輸入電流I_i 的改變而改變，所以諧振電流I_i 的波38，幾乎是一個純粹的正弦波，並且輸出的電流I_o 幅值相等，且波形連續，如圖4c中波39所示，因此，此變換器電路的損耗較小，並且效率高。

本發明之第一較佳實施例除了可使初級繞組31之漏電感L₁ 在不同工作狀態下仍然保持一致，還可依據電路應用上之需求而相對應地調整第一隔離件35之厚度，亦即調整第一、二次級繞組33、34之間的距離，如此則可以獲得所需之漏電感，令中心抽頭式變壓器3具有更廣泛之應用領域。

參閱圖5，本發明中心抽頭式變壓器4之第二較佳實施例，不同於第一較佳實施例的地方在於，第二較佳實施例中，第一次級繞組43與第二次級繞組44是位於圍繞 壁401以及第一初級繞組41間，並以第二隔離件45將彼此隔離且第一隔離件45是環設於圍繞壁401約中間的位置，並與圍繞壁401的外周面概呈垂直；第一次級繞組43與第二次級繞組44是沿一軸向，上下堆疊地纏繞於圍繞壁401的外周面上；管狀的第一隔離件46套設於第一次級繞組43與第二次級繞組44的外側，並將之包覆於圍繞壁301與第二隔離件36之間；第一初級繞組41則是纏繞於第一隔離件46上，並且將第一隔離件46之外周面繞滿。

第二較佳實施例同第一較佳實施例，可使初級繞組41之漏電感在不同工作狀態下仍然保持一致，並且也可依據電路應用上漏電感之大小之需求而相對應地調整第一隔離件45之厚度。

參閱圖6，本發明中心抽頭式變壓器5之第三較佳實施例，不同於第一較佳實施例的地方在於，第三較佳實施例還包含一間隔地環設於該第二隔離件56之外側的管狀第三隔離件57及一第二初級繞組52；第二初級繞組52則是纏繞在第三隔離件57的外週面上。

第三較佳實施例亦同前第一、第二較佳實施例的功效，可使初級繞組51之漏電感在不同工作狀態下仍然保持一致，並且也可依據電路應用上之需求而相對應地調整第一隔離件55之厚度。

參閱圖7a，本發明中心抽頭式變壓器6之第四較佳實施例包含一具有一圍繞壁601的第一繞線架603，及一可脫離地套設於該圍繞壁601之外側的第二繞線架604，該第二 繞線架604具有一概呈管狀且內徑略大於該圍繞壁601外徑的第二隔離件602，以供該圍繞壁601穿設於其中；第一隔離件65是環設於第二隔離件602中間的位置，並且與第二隔離件602的外周面概呈垂直；第一初級繞組61纏繞於圍繞壁601的外周面上，並且將圍繞壁601之外周面繞滿；第一次級繞組63與第二次級繞組64則分別纏繞於第二隔離件602的外周面上，且均等地纏繞於的第二隔離件602的上、下半部，並以第一隔離件65將彼此隔離。

本實施例的益處在於，可先分別完成第一、第二次級繞組63、64與第二繞線架604之組合，及第一初級繞組61與第一繞線架603之組合，最後再將這此二繞線架603、604套接在一起，形成如圖7b所示，第一初級繞組61位在第二隔離件602與圍繞壁601之間；而第一次級繞組63、第二次級繞組64是分別位於第二隔離件65上下半部。如此則可簡化製作中心抽頭式變壓器6之製程，縮短製作時間。

參閱圖8，本發明中心抽頭式變壓器7之第五較佳實施例，不同於第四較佳實施例的地方在於，該第一隔離件75是環設於圍繞壁701，且初級繞組71纏繞於第二隔離件702的外周面，並且將第二隔離件702之外周面繞滿；第一次級繞組73與第二次級繞組74則分別纏繞於圍繞壁701之外周面上，並以第一隔離件75將彼此隔離。本實施例，亦可將第一繞線架703與第二繞線架704套接在一起，也 因此，可達到與第四較佳實施例相同之效果。

參閱圖9a、9b，本發明中心抽頭式變壓器8之第六較佳實施例，與第二較佳實施例相類似，但不同的地方在於，第一隔離件85具有環設於圍繞壁801上的一第一隔板851與一第二隔板852，且皆概成垂直地環設於圍繞壁801的外周面上，第一隔板851、第二隔板852與圍繞壁801相互界定出二槽口853，該二槽口853可供初級繞組(圖未示)的導線於纏繞時，能夠穿越第二隔離件85的阻擋，將圍繞壁801完整地纏繞並覆蓋住。圖9a、9b分別為立式繞線架80與臥式繞線架80'的立體圖，依需求不同，可選用不同之繞線架樣態，以達成本發明中心抽頭式變壓器8較佳之功效。

綜上所述，本發明之功效包括：1.以圖4a為代表，由於第一次級繞組33與第二次級繞組34分別對於第一初級繞組31與第一繞線架30中的鐵芯(圖未示)的位置關係皆相同，因此，對第一初級繞組31輸入弦波電流時，其漏電感值於不同電路工作狀態下仍能夠保持一致。

2.以圖5為代表，藉由隔離第一次級繞組43與第二次級繞組44的第一隔離件45之厚度調整，可調節初級繞組41之漏電感值之大小，從而令本發明中心抽頭式變壓器具有更廣泛之應用領域。

3.還可利用本發明中心抽頭式變壓器之漏電感作為LLC型、LC型等變換器的諧振電感，不需要外加 電感作為諧振電感，即能夠減小變換器損耗，節省空間。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

---圖4a~4c---

3‧‧‧中心抽頭式變壓器

30‧‧‧第一繞線架

301‧‧‧圍繞壁

31‧‧‧第一初級繞組

33‧‧‧第一次級繞組

34‧‧‧第二次級繞組

35‧‧‧第一隔離件

36‧‧‧第二隔離件

38、39‧‧‧波

L₁ ‧‧‧漏電感

I_i ‧‧‧輸入電流

I_o ‧‧‧輸出電流

---圖5---

4‧‧‧中心抽頭式變壓器

40‧‧‧第一繞線架

401‧‧‧圍繞壁

41‧‧‧第一初級繞組

43‧‧‧第一次級繞組

44‧‧‧第二次級繞組

45‧‧‧第一隔離件

46‧‧‧第二隔離件

---圖6---

5‧‧‧中心抽頭式變壓器

50‧‧‧第一繞線架

501‧‧‧圍繞壁

51‧‧‧第一初級繞組

52‧‧‧第二初級繞組

53‧‧‧第一次級繞組

54‧‧‧第二次級繞組

55‧‧‧第一隔離件

56‧‧‧第二隔離件

57‧‧‧第三隔離件

---圖7a~7b---

6‧‧‧中心抽頭式變壓器

601‧‧‧圍繞壁

602‧‧‧第二隔離件

603‧‧‧第一繞線架

604‧‧‧第二繞線架

61‧‧‧第一初級繞組

63‧‧‧第一次級繞組

64‧‧‧第二次級繞組

65‧‧‧第一隔離件

---圖8---

7‧‧‧中心抽頭式變壓器

701‧‧‧圍繞壁

702‧‧‧第二隔離件

703‧‧‧第一繞線架

704‧‧‧第二繞線架

71‧‧‧第一初級繞組

73‧‧‧第一次級繞組

74‧‧‧第二次級繞組

75‧‧‧第一隔離件

---圖9a~9b---

8‧‧‧中心抽頭式變壓器

80‧‧‧立式繞線架

80'‧‧‧臥式繞線架

801‧‧‧圍繞壁

85‧‧‧第一隔離件

851‧‧‧第一隔板

852‧‧‧第二隔板

853‧‧‧槽口

圖1是習知中心抽頭式變壓器之剖面圖；圖2a是繪示一具有習知中心抽頭式變壓器的不對稱半橋LLC電路圖；圖2b及2c則是圖2a中不對稱半橋LLC電路的兩種主要工作狀態；圖2d繪示前述半橋LLC電路的輸入與輸出電流的波形；圖3為另一種現有的中心抽頭式變壓器之剖面圖；圖4a是本發明中心抽頭式變壓器之第一較佳實施例之剖面圖；圖4b是將第一較佳實施例應用於如圖2a的不對稱半橋LLC電路中的電路圖；圖4c繪示圖4b中的電路的輸入與輸出電流波形；圖5為本發明中心抽頭式變壓器之第二較佳實施例的剖面圖；圖6為本發明中心抽頭式變壓器之第三較佳實施例的剖面圖； 圖7a與7b為本發明中心抽頭式變壓器之第四較佳實施例的剖面圖，其中圖7a繪示本實施例之一第一繞線架與一第二繞線架分離的樣態，圖7b則繪示第二繞線架套設第一繞線架的樣態；圖8為本發明中心抽頭式變壓器之第五較佳實施例的剖面圖；及圖9a及9b為本發明中心抽頭式變壓器之第六較佳實施例的立體圖，其中，圖9a及9b分別繪示立式繞線架與臥式繞線架。

3‧‧‧中心抽頭式變壓器

30‧‧‧第一繞線架

301‧‧‧圍繞壁

31‧‧‧第一初級繞組

33‧‧‧第一次級繞組

34‧‧‧第二次級繞組

35‧‧‧第一隔離件

36‧‧‧第二隔離件

Claims (3)

1. 一種中心抽頭式變壓器，包含：一第一繞線架，具有一圍繞壁；一第一初級繞組，環繞該圍繞壁；一第一次級繞組與一第二次級繞組，沿一軸向堆疊地環繞該圍繞壁，且該第一初級繞組位於該圍繞壁以及該第一次級繞組與第二次級繞組間；一第一隔離件，位於該第一次級繞組與該第二次級繞組間並間隔該第一次級繞組與該第二次級繞組；一第二隔離件，位於該第一初級繞組與該二次級繞組間，並間隔該第一初級繞組與該二次級繞組；一第三隔離件，間隔地環設於該第二隔離件之外側；及一第二初級繞組，纏繞在該第三隔離件上。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之中心抽頭式變壓器，還包含一具有該第二隔離件的第二繞線架，該第二隔離件是概呈管狀且內徑略大於該圍繞壁外徑，以供該圍繞壁可脫離地穿設於該第一隔離件中。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之中心抽頭式變壓器，其中，該第一隔離件為一環繞該圍繞壁的環狀板體，並且開設有一可供導線穿越的槽口。