易于制造的高功率变压器制造技术

一种具有线圈架的变压器，其以这样一种方式构成，在初级绕组绕到线圈架上后，将预锻的次级绕组（如，类似于弹簧）套到线圈架上。此外，次级绕组也可以是一个自导装置。也就是说，它们不需要线圈架管脚上的终端，其可以降低成本和复杂性。次级绕组可以具有圆形或是非圆形的（例如，扁平）横截面。在此提供的变压器绕线技术可以减少元件的数量，并且可以以常规变压器成本的一小部分来实现更小的输入滤波器和／或更少的滤波级。易于制造的高功率变压器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种变压器，具体地说，涉及一种易于制造的高功率变压器。
技术介绍
通常，磁性部件以设计成能达到预期的电性能的方式将磁性材料用于 形成和引导磁场。》兹性部件易于用于各种电子设备中，例如电脑、电视、 电话等。在操作中，磁场可以作为存储、转换和释放电磁能量的媒介。变 压器是磁性部件的一个具体例子，并且一般包括缠绕在线圈架上的两个或 多个导体绕组(例如铜线)，其中线圈架具有贯穿其中的磁铁芯。该线圏 架通常由模制塑料或其他适合的介电材料制成。导体以预定匝数和预定的 结构缠绕线圏架来达到特定的电性能。例如，绕组的数目(例如初级绕组 和次级绕组)和每个绕组中导体的匝数是变压器实现其预定功能的基础。为了在变压器中形成磁场，将具有高磁导率的铁芯组件置于线圈架 中。通常将铁芯組件做成两部分，每部分具有可置于线圈架相对的两端的E型横截面。然后用多种物理方法将变压器结合在一块，例如弹簧夹、带 或黏合剂。当然，还可以在不同的应用中^f吏用不同的结构。通常，变压器的操作原理是流过与次级绕组导体分开的初级绕组导体 的电流变化在铁芯中产生磁通量，因而引起次级绕组导体中电流的变化。 在这两个绕组导体中的电流比通常与每个导体的相对匝数有关。这会反过 来产生电压，该电压是磁通量的变化与匝数的乘积。将变压器用于多个领域中，包括用来给诸如手机、电脑之类的电子设 备供电的功率转换器(或者功率适配器)。其中一种功率转换器是开关模 式电源(SMPS)。 SMPS包括电源单元和该单元中调节电流的电i 各。该调 节电路可以控制电流因而能够将电路稳定至设定的电压，将该电压然后被 传送至电子设备中。由于重量、经济和便利的因素，SMPS是需要稳定的 电流和电压的大多数消费电子产品选择的装置。然而，必须将它们仔细设计成以在提供具有可接受的效率和最小的噪音的电能。为满足这些要求，功率转换器可以包括一级或多级，该级包括一个或 多个磁性部件，这些磁性部件包括滤波器、变压器、电感器等。将许多功率转换器设计成能提供多个电压输出。 一个典型例子是台式ATX电脑的电 源，它产生12V、 5V、 3.3V以及其它的电源。12V、 5V和3.3V电源所有 都要求严格的电压调节并且必须产生大的输出电流。为了使单一的变压器 产生所有预期的输出电压，在初级绕组和次级绕组之间的变压器匝数比必 须和输入电压与输出电压加上输出阶段的调整电压降之比相匹配。为了使 变压器的次级匝数最小，经常由于应用了数量较小的整数匝数比而将一些 误差引入到输出电压。会认识到，由于各种原因需要使用相对少的次级绕組。例如，由于电 压从初级绕组至次级绕组逐级降^f氏(例如，从120V降到3.3V),匪数比可 能非常大，这要求初级绕组的匝数相对于次级绕组具有大量的匝数。其 次，由于次级绕组通常负担相对大的电流，导致需要使用具有相对大的横 截面的绕组，这将使绕组所需的空间增加。通过使用相对少的匝数，将减 少次级绕组和初级绕组所需的空间。一些类型的AC/DC电源包括隔离变压器，它能够使得高压母线(例 如250V-400V)逐级降4氐到一个或多个4氐电压、高电流的输出。在隔离变 压器中最终产生的大匝数比要求利用多匝相对小的导线的初级绕组和一般 只包括数匝(例如小于10-15匝)的较大的高电流的次级绕组。由于较大 电流的需求，次级绕组通常具有相对大的横截面积。次级绕组的大横截面 积通常导致变压器巻绕困难以及还由于集肤效应和邻近效应导致明显的高 频损失。由于大功率变压器需要大电流密度，所以可以利用绞合线直接将次级 绕组缠绕在线圏架上。绞合线可以提供导线安装所需要的灵活性，但是对 于某些应用来说成本很高。此外，在多输出(如，多个次级绕组)的情况 下，使用绞合线需要大量的人工，而且，由于绞合线中绝缘体占的比重较 大，导致在可用的空间中所使用的全部的铜的面积很小。此外，用绞合线 制造变压器的成本相对会比较高，而且易于出现制造失误和误差。图1A-1C所示的是一种由铁芯组件20和线圈架10绕成EE变压器35 的现有技术。线圈架10的圆边16的外部直径大概和铁芯组件20的窗口区域的外部直径相同。实际上，线圏架10的圆边16的外部直径略小于铁 芯组件20的窗口区域的外部直径，以确保有足够的安装空隙将铁芯组件 20安装到线圏架10上，以形成变压器35。铁芯组件20包括顶部22，其 设有两个外部支脚26、 28以及一个中央支脚30,其大小用以插入线圈架 IO的中空部分。铁芯组件20还包括底部24，其设有两个外部支脚32、 34 以及一个中央支脚36。缠绕变压器35的一个绕组(如，图1C中所示的绕组导线38)的标准 方法是，将一根导线与一个线圏架管脚(如，管脚14)相连，沿线圏架 10的绕组表面12缠绕导线足够多次，以获得所要的匝数，然后把线连到 另一个线圈架管脚上，再反复使用该方法完成变压器35的所有绕组。此 外， 一个或多个绕组周围设有一层或多层绝缘材料36以电隔离。如果变压器的设计要最大化地使用可用的窗口区域，那么铜绕组的最 外部直径就要和线圏架10的圓边16的外部直径大致相等。在次级绕组中 承载大电流的情况下，通常绕组由绞合线或铜箔构成。在其他情况中，需 要将附加的终端导线加到绞合线或铜箔上，以将导线与线圈架管脚相连。 而且，在其他情况中，变压器的绕组要尽可能的利用可用的窗口区域。
技术实现思路
其中以下的实施例和方法是结合系统、工具和方法得以描述和图示 的，其中所述系统、工具和方法表示示例性的和图示性的，而不是限制范 围。在各种实施例中，减小或消除了上述的一个或多个问题，而其他实施 例是致力于其他改进。根据本专利技术的第一方面，提供了一种变压器，其包括线圏架，该线圏 架具有绕组表面以及构造成以安装铁芯组件的中空部分。变压器还包括沿 绕组表面缠绕的初级绕组和设置在绕组表面上的次级绕组。次级绕组具有 足够的刚性，以使可以在组装变压器前对其进行预锻。变压器还包括与线 圈架位置相邻的铁芯组件，其中铁芯组件的一部分位于线圏架的中空部分 中。根据本专利技术的第二方面，提供了一种用于制作变压器的方法。该方法 包括，提供线圈架，该线圏架具有绕组表面和中空部分，中空部分用于安 装铁芯组件的至少一部分。该方法还包括将第一导体沿线圏架的绕组表面缠绕，并对第二导体进行预锻，使之成为具有一匝或多匝的绕组结构，第 二导体具有足够的刚性，从而没有外部支撑也可以保持预锻的形状。该方法还包括通过将第二导体穿过线圏架的 一端以沿绕组表面固定第二导体， 并且将铁芯组件的至少 一部分插入到线圏架的中空部分中。根据本专利技术的第三方面，提供了一种变压器，其包括线圏架，该线圈 架具有绕组表面、用于接收铁芯组件的一部分的中空部分以及多个管脚。 变压器还包括沿绕组表面缠绕的初级绕組和设置在绕组表面上的次级绕 组。次级绕组具有足够的刚性，以至于可以在组装变压器前进行预锻。变 压器还包括第三绕组，其设置在绕组表面上，第三绕组具有足够的刚性， 以至于可以在组装变压器前进行预锻。此外，次级绕组和第三绕组交织在 一起。变压器还包括一个临近线圈架的铁芯组件，其中将铁芯组件的一部 分安装在线圈架的中空部分中。此外，变压器还包括电路板，其中将线圈 架的多个管脚中的至少一个连接到电路板上，将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变压器包括：　线圈架，该线圈架具有绕组表面和被构造成用于安装铁芯组件的一部分的中空部分；　初级绕组，该初级绕组围绕所述绕组表面缠绕；　次级绕组，该次级绕组位于所述绕组表面上，该次级绕组具有足够的刚性以使可在组装所述变压 器前进行预锻；和　铁芯组件，该铁芯组件临近所述线圈架放置，其中一部分铁芯组件设置在所述线圈架的中空部分中。

【技术特征摘要】
US 2008-5-28 61/056,7061、一种变压器包括线圈架，该线圈架具有绕组表面和被构造成用于安装铁芯组件的一部分的中空部分；初级绕组，该初级绕组围绕所述绕组表面缠绕；次级绕组，该次级绕组位于所述绕组表面上，该次级绕组具有足够的刚性以使可在组装所述变压器前进行预锻；和铁芯组件，该铁芯组件临近所述线圈架放置，其中一部分铁芯组件设置在所述线圈架的中空部分中。2、 如权利要求1所述的变压器，还包括第三绕组，该第三绕组安装在所述绕组表面上，该第三绕组具有足够 的刚性以使可在组装所述变压器前进行预锻。3、 如权利要求1所述的变压器，其中所述次级绕组具有非圆形的横 截面。4、 如权利要求3所述的变压器，其中所述次级绕组的横截面具有长 轴和短轴，且所述次级绕组安装在所述绕组表面上，以使所述短轴基本与 所述绕组表面平行。5、 如权利要求1所述的变压器，还包括绝缘层，该绝缘层设置在所述初级绕组和所述次级绕组之间。6、 如权利要求1所述的变压器，其中所述铁芯组件包括两个E型部分。7、 如权利要求1所述的变压器，其中所述铁芯组件包括E型部分和I 型部分。8、 如权利要求1所述的变压器，其中所述线圏架包括多个管脚，至 少一个管脚耦接于所述初级绕组，所述变压器还包括电路板，其中所述线圏架管脚中的至少一个耦接于该电路板上，并且 至少所述次级绕组的一部分直接耦接于电路板。9、 一种用于形成变压器的方法，该方法包括提供具有绕组表面和中空部分的线圈架，该中空部分被构造成用于接 收至少一部分的l^芯组件；沿所述线圈架的绕组表面缠绕第 一导体；将第二导体预锻成包括一匝或多匝的线圈结构，该第二导体具有足够 的刚性以使其不用外部支撑就可以基本保持预锻的形状；通过将所述第二导体穿过所述线圏架的一端来将所述第二导体定位在 所述绕组表面上；和将铁芯组件的至少一部分插入到所述线圏架的中空部分中。10、 如权利要求9所述的方法，还包括将第三导体预锻成包括一匝或多匝的线圈结构，该第三导体具有足够 的刚性以使其不用外部支撑就可以基本保持预锻的形状...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿图罗西尔瓦，尼尔盖尔，
申请(专利权)人：弗莱克斯电子有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[]