TWM522453U - 多繞組變壓器 - Google Patents

Description

多繞組變壓器

本新型是有關於一種變壓器，特別是指一種多繞組變壓器。

在設計變壓器時，匝數比與開關電源的占空比，會決定其電源輸出的有效功率，因此若能將匝數比與占空比的關係設計在最大使用率，將對轉換效率有所提升。習知的變壓器繞組結構，匝數通常只能為整數匝，然而在部分產品應用上，變壓器的匝數需為非整數，才能使轉換器的開關調變做最佳效率設計。然而現有的半圈變壓器繞制方式往往會因繞線多半圈的不均勻，造成磁力線的密度不對稱及磁通量不平衡，促使變壓器鐵芯磁場不均而產生熱能，使整體轉換效率降低。因此，如何改善非整數匝數變壓器磁通量不平衡的問題，將是一值得研究的主題。

因此，本新型之目的，即在提供一種提高轉換效率的多繞組變壓器。

本新型多繞組變壓器包含一鐵芯；N(N≧3)個 第一繞組，該等第一繞組層疊繞設於該鐵芯，各該第一繞組包括一入線端子及一出線端子，該等入線端子彼此間隔(360/N)度，且彼此並聯形成一入線端，該等出線端子彼此間隔(360/N)度，且彼此並聯形成一出線端，且各該第一繞組的該入線端子及該出線端子彼此間隔(360/N)度；及至少一個第二繞組，繞設於該鐵芯。

在一些實施態樣中，該等第一繞組做為該多繞組變壓器的一次側繞組或二次側繞組兩者其中之一，該第二繞組做為該多繞組變壓器的一次側繞組或二次側繞組兩者其中另一。

在一些實施態樣中，該第二繞組為複數，且與該等第一繞組以分層交疊方式繞設於該鐵芯。

在一些實施態樣中，該等第一繞組的數量為3，且每一入線端子與出線端子彼此間隔120度。

在一些實施態樣中，該等第一繞組的數量為4，且每一入線端子與出線端子彼此間隔90度。

在一些實施態樣中，還包含一穿設在該鐵芯上的繞線架，且該等第一繞組及該第二繞組繞設於該繞線架上。

本新型之功效在於：藉由將N(N≧3)個第一繞組並聯繞設於多繞組變壓器的繞線架，且讓該等第一繞組的入線端子與出線端子彼此之間間隔(360/N)度，藉此，當多繞組變壓器繞組的線圈匝數減少至1/N時，且繞組線徑相同的情況之下，可使多繞組變壓器的能量耗損減少為原 本的1/N²，而有效地降低多繞組變壓器的能量耗損，提高了多繞組變壓器整體的能量轉換效率。

1‧‧‧鐵芯

2‧‧‧繞線架

3‧‧‧第一繞組

31‧‧‧入線端子

310‧‧‧入線端

32‧‧‧出線端子

320‧‧‧出線端

4‧‧‧第二繞組

本新型之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施例詳細說明中清楚地呈現，其中：圖1是一立體圖，說明本新型多繞組變壓器的一第一實施例；圖2是一剖面示意圖，說明該實施例；圖3是一剖面示意圖，說明該實施例中一位於最內層的第一繞組，圖4是一剖面示意圖，說明該實施例中一位於較外層的第一繞組；圖5是一剖面示意圖，說明該實施例中一位於最外層的第一繞組，圖6是一立體圖，說明本新型多繞組變壓器的一第二實施例，圖7是一剖面示意圖，說明該實施例；圖8是一剖面示意圖，說明該實施例中一位於最內層的第一繞組；圖9是一剖面示意圖，說明該實施例中一位於較外層的第一繞組；圖10是一剖面示意圖，說明該實施例中一位於再更外層的第一繞組；及圖11是一剖面示意圖，說明該實施例中一位於最外層 的第一繞組。

在本新型被詳細描述之前，應當注意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1與圖2，本新型多繞組變壓器的第一實施例包含一鐵芯1、一設置於鐵芯1的繞線架2、N(N≧3)個第一繞組3及至少一第二繞組4。其中鐵芯1包含兩個相向對接而呈一日字型的PQ型鐵芯。第一繞組3的數量在本實施例為3(即N=3)，但不以此為限，亦可大於三；第二繞組4的數量在本實施例為2，但不以此為限，至少一即可。

如圖2所示，該等第一繞組3層疊繞設於繞線架2上，各第一繞組3包括一入線端子31及一出線端子32，該等入線端子31彼此間隔(360/N)度(即360/3=120度)，且彼此並聯形成一入線端310，該等出線端子32彼此間隔(360/N)度(即360/3=120度)，且彼此並聯形成一出線端320，且如圖3至圖5所示，各第一繞組3的入線端子31及出線端子32彼此間隔(360/N)度(即360/3=120度)。該等第二繞組4與該等第一繞組3是以分層交疊方式繞設於繞線架2，如圖2所示，該等第一繞組3與該等第二繞組4共同形成5層的結構，最內層為第一繞組3，再向外一層為第二繞組4，再向外一層為另一個第一繞組3，以此類推，最外層則為剩餘另一個第一繞組3。這樣的交叉疊繞結構方式可以提昇下列幾項優點：1.可降低多繞組變壓器的漏 感，優化多繞組變壓器元件的寄生元件特性。2.降低層間磁動勢使得渦流損、銅損降低。3.分散銅線所產生的熱能。

值得一提的是，第一繞組3是做為多繞組變壓器的一次側繞組或二次側繞組兩者其中之一，第二繞組4是做為多繞組變壓器的一次側繞組或二次側繞組兩者其中另一。而在本實施例中，第一繞組3做為多繞組變壓器的一次側繞組，第二繞組4做為多繞組變壓器的二次側繞組，但不以此為限，反之亦可。

因此，假設本新型多繞組變壓器的第一實施例的一次側輸入電壓V_in為70V，二次側輸出電壓V_out為60V，由習知變壓器原理可得知一次側繞組的線圈與二次側繞組的線圈匝數比應為7：6。而本實施例是將上述繞組的線圈匝數減為1/3，使匝數比為7/3：2，並以如圖3至圖5所示的第一繞組3繞設方式將該等第一繞組3繞設在繞線架2上，以取代習知變壓器一次側的單一繞組。以最內層的第一繞組3來做說明，該第一繞組3的一端靠近繞線架2自一起始點由內向外繞設於繞線架2上，繞2又1/3圈(也就是120度)後停止繞設並遠離繞線架2形成出線端子32，位於起始點的另一端形成入線端子31，另外兩層的第一繞組3依照相同方式繞設，最後再將這三個第一繞組3的入線端子31並聯形成多繞組變壓器一次側的入線端310，以及將這三個第一繞組3的出線端子32並聯形成多繞組變壓器二次側的出線端320，即完成三個匝數為7/3的第一繞組3的 繞設。如此一來，在匝數比為非整數的情況下，仍然可以使磁力線密度對稱以及達到磁通量平衡，並且進一步使線圈的能量耗損降低。

以上述一個匝數7的繞組改為三個匝數7/3的第一繞組3為例，假設匝數7的繞組的電阻為R，輸入匝數7的繞組的電流為I，其能量耗損為I²R；當改為三個匝數為7/3的第一繞組3時，在電流保持不變的情況下，每一個第一繞組3的電流為I/3，電阻為R/3，其能量耗損為3*((I/3)²*(R/3))=I²R/9。

由此可見，當以三個第一繞組3來取代習知變壓器原本的單一繞組，且將每一第一繞組3及第二繞組4的線圈匝數減為原本單一繞組的1/3時，可以使本實施例多繞組變壓器的能量耗損減少為習知變壓器的1/9，大大降低了多繞組變壓器的能量耗損，提高多繞組變壓器整體的能量轉換效率。

值得一提的是，此假設的情況是本新型多繞組變壓器為降壓型變壓器時，而本新型多繞組變壓器也可設計為昇壓型變壓器，例如一次側輸入電壓V_in改為60V，二次側輸出電壓V_out為70V，由習知變壓器原理可得知一次側線圈與二次側線圈的匝數比應為6：7，如將上述匝數減為1/3，則匝數比為2：7/3。此時第一繞組3做為多繞組變壓器的二次側，第二繞組4做為多繞組變壓器的一次側，如此一來即可達到與上述降壓型變壓器同樣的功效，即當第一繞組3及第二繞組4的線圈匝數減為原本的1/3時，可 以使多繞組變壓器的能量耗損減少為習知變壓器的1/9，大大降低了多繞組變壓器的能量耗損，提高多繞組變壓器整體的能量轉換效率。

參閱圖6及圖7，本新型多繞組變壓器的第二實施例整體結構與第一實施例大致相同，其差異在於：在本實施例中，第一繞組3的數量為4(即N=4)，且該等入線端子31彼此間隔90度(即360/N=90度)，該等出線端子32彼此間隔90度(即360/N=90度)，且如圖8至圖11所示，各第一繞組3的入線端子31及出線端子32彼此間隔90度(即360/N=90度)；以及如圖7所示，該等第一繞組3與該等第二繞組4分層交疊而共同形成6層的繞線結構，其中最內層為第一繞組3，再向外一層為另一個第一繞組3，再向外一層為第二繞組4，以此類推，最外層則為剩餘另一個第二繞組4，由內向外依序為兩層第一繞組3、一層第二繞組4、兩層第一繞組3，最外一層為第二繞組4。

假設本新型多繞組變壓器的第二實施例的一次側輸入電壓V_in為90V，二次側輸出電壓V_out為80V，由習知變壓器原理可得知一次側繞組的線圈與二次側繞組的線圈匝數比應為9：8。而本實施例是將上述繞組的線圈匝數減為1/4，使匝數比為9/4：2，並以如圖8至圖11所示的第一繞組3繞設方式將該等第一繞組3繞設在繞線架2上，以取代習知變壓器一次側的單一繞組，其繞設方式與第一實施例相同，在此不再贅述。最後再將這四個第一繞組3的入線端子31並聯形成多繞組變壓器一次側的入線端 310，以及將這四個第一繞組3的出線端子32並聯形成多繞組變壓器一次側的出線端320。如此一來，在匝數比為非整數的情況下，仍然可以使磁力線密度對稱以及達到磁通量平衡，並且進一步使線圈的能量耗損降低。

且根據上述同理可得知，當第一繞組3和第二繞組4線圈匝數減為原本的1/4時，可以使多繞組變壓器的能量耗損減少為原本的1/16，大大降低了多繞組變壓器的能量耗損，提高多繞組變壓器整體的能量轉換效率。

綜上所述，上述實施例藉由將N(N≧3)個第一繞組3並聯繞設於多繞組變壓器的繞線架2，且讓該等第一繞組3的入線端子31與出線端子32彼此之間間隔(360/N)度，藉此，當多繞組變壓器繞組的線圈匝數減少至1/N時，可使多繞組變壓器的能量耗損減少為原本的1/N²，而有效地降低多繞組變壓器的能量耗損，提高了多繞組變壓器整體的能量轉換效率，故確實能達成本新型之目的。

惟以上所述者，僅為本新型之實施例而已，當不能以此限定本新型實施之範圍，凡是依本新型申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本新型專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧鐵芯

2‧‧‧繞線架

3‧‧‧第一繞組

31‧‧‧入線端子

310‧‧‧入線端

32‧‧‧出線端子

320‧‧‧出線端

4‧‧‧第二繞組

Claims (6)

1. 一種多繞組變壓器，包含：一鐵芯；N(N≧3)個第一繞組，該等第一繞組層疊繞設於該鐵芯，各該第一繞組包括一入線端子及一出線端子，該等入線端子彼此間隔(360/N)度，且彼此並聯形成一入線端，該等出線端子彼此間隔(360/N)度，且彼此並聯形成一出線端，且各該第一繞組的該入線端子及該出線端子彼此間隔(360/N)度；及至少一個第二繞組，繞設於該鐵芯。
2. 如請求項1所述的多繞組變壓器，其中，該等第一繞組做為該多繞組變壓器的一次側繞組或二次側繞組兩者其中之一，該第二繞組做為該多繞組變壓器的一次側繞組或二次側繞組兩者其中另一。
3. 如請求項1所述的多繞組變壓器，其中，該第二繞組為複數，且與該等第一繞組以分層交疊方式繞設於該鐵芯。
4. 如請求項1所述的多繞組變壓器，其中，該等第一繞組的數量為3，且每一入線端子與出線端子彼此間隔120度。
5. 如請求項1所述的多繞組變壓器，其中，該等第一繞組的數量為4，且每一入線端子與出線端子彼此間隔90度。
6. 如請求項1所述的多繞組變壓器，還包含一穿設在該鐵 芯上的繞線架，且該等第一繞組及該第二繞組繞設於該繞線架上。