[发明专利]具有原副边绕组全交错结构的高频功率变压器及其制作方法

说明书

本发明涉及一种变压器，尤其涉及具有原副边绕组全交错结构的高频功率变压器，这种变压器一般应用于高频开关功率变换器中。本发明还涉及制作上述具有全交错结构的高频功率变压器的方法。

随着高频功率变换技术的发展，开关功率变换器的工作频率越来越高，作为开关功率变换器的一个重要部件，功率变压器对整体变换器的性能指标影响很大。绕组的漏感和电阻是高频功率变压器的重要性能指标，因为变压器的漏感将导致能量损耗，开关器件的电压尖峰，引起开关器件的损坏或开关损耗的增加。变压器的绕组电阻会影响变压器的能量变换效率，从而使得变换器的整体效率下降。因此如何减小变压器绕组的漏感和交流电阻是变压器设计和制造的关键技术。

采用原副边绕组交错布置技术可以有效地减小变压器绕组的漏感和交流损耗。变压器的漏感是由变压器的漏磁通产生的。采取绕组原副边交错结构可以减小变压器的漏磁通，从而达到减小漏感的目的。绕组的交流电阻损耗主要归于两个主要因素，即趋肤效应和邻近效应，这两种效应都使得绕组的交流电阻增大。而绕组交错技术可以减小邻近效应的程度，从而减小变压器绕组的交流电阻，达到减小绕组的交流损耗的目的。

但是，目前实现绕组交错布置的变压器的制作工艺复杂。对于高频功率变压器而言，为了减小高频趋肤效应的影响，变压器绕组的材料一般采用很细的漆包线或多股绞线(即里兹线)。通常对于电流较小的一边(如原边)采用漆包线，对于电流较大的一边采用铜箔。

目前高频功率变压器绕组的布置方式有以下三种：(1)原副边绕组迭绕式结构。在骨架103上绕副边铜箔绕组101，然后再迭绕上漆包线原边绕组102。其如图1所示，这种方法变压器的绕制工艺比较简单，但是由于没有原副边绕组的交错，变压器的漏感和绕组的高频交流损耗比较大。(2)原副边绕组三明治结构。其如图2所示，即原边绕组202把副边绕组201夹在中间，这种方法变压器的绕制工艺相对复杂，变压器的漏感和交流损耗比第一种减小。(3)原副边绕组交错结构。其如图3所示，原边绕组302和副边绕组301交错绕制，即一层原边绕组302，一层副边绕组201，副边绕组与原边绕组相互交错层迭。这种结构的变压器的漏感和绕组的交流损耗较前两种方法都小。

虽然采用第三种绕组布置方案，变压器的性能较好，但是它仍有如下缺点：(1)变压器绕组的绕制工艺复杂。尤其是副边铜箔绕组在制作时要跨过原边绕组，工艺比较复杂和困难。而且原边绕组不能采用铜箔绕制，只能采用漆包线，而漆包线的导体利用率比铜箔低，从而降低了绕组窗口的导体利用率。

因此，本发明的目的在于提供一种结构和工艺简单且漏感和交流电阻小的原副边绕组全交错结构的高频功率变压器。

本发明的另一个目的在于提供一种制作上述的原副边绕组全交错结构的高频功率变压器的方法，这种制作方法的工艺简单，且制作成形的高频功率变压器的漏感和交流电阻小。

根据本发明的上述目的，本发明提供的具有原副边绕组全交错结构的高频功率变压器包括原边绕组、副边绕组和骨架，所述原边绕组为由多段铜箔平行排列构成，在所述原边绕组的每段铜箔的两段设置有引出线；所述副边绕组为单段铜箔，所述原边绕组和所述副边绕组相迭后，绕制到所述骨架上，所述原边绕组与所述副边绕组之间设置有绝缘层。

根据本发明另一个目的，本发明还提供一种制作上述的具有全交错结构的高频功率变压器的方法，包含如下制作步骤：

将一层绝缘层、一层副边铜箔、一层绝缘层和一层原边铜箔依次迭合在一起，形成原副边绕组一体的绕组；所述副边铜箔为单段结构，形成副边绕组，所述原边铜箔为多段结构，多段铜箔之间平行排列，形成原边绕组；

将在上面的步骤中制成的所述原副边绕组一体的绕组绕制到骨架上。

如上所述，由于本发明的高频变换器的原副边绕组实现完全充分的交错，从而最大限度地减小变压器的漏感和绕组的高频交流电阻，提高变压器效率，也提高变压器了磁芯的绕组窗口利用率。而且由于变压器的原副边绕组是预先制作成一个整体，使得变压器的绕组的绕制工艺简单，适合于规模化和自动化生产。

下面结合附图详细描述本发明的具体实施例，本发明的其它特征、优点和效果通过下面的对实施例的详细描述将变得更为明显。

附图中：

图1至图3示出了传统的高频功率变压器的三种结构的示意图；

图4是用于解释本发明的高频功率变压器的结构和制作方法的立体分解示意图；

图5和图6示出了高频功率变压器的原边绕组和副边绕组迭合成一体化绕组后的结构示意图；