[发明专利]高频变压器绕组结构

说明书

【技术领域】

本发明是指一种由连续导体所构成的绕组结构，特别是指一种应用于高频变压器的绕组结构。

【背景技术】

直流/直流转换器的发展趋势正如同大部分的电源产品一样，朝着高效率(High efficiency)、高功率密度(High power density)、高可靠性(Highreliability)以及低成本(Low cost)的方向发展。

对于应用在输出为低压、大电流场合下的直流/直流转换器来说，为满足以上的发展要求，对于其所具有的变压器进行优化设计尤为重要。由于输出电流越来越大以及针对高效率的要求，使得在很多设计中的变压器二次侧绕组都由以往的绕线式改成片状的连续平面导体式结构。

请参阅图1，其为美国专利US 6,577,220号案件所揭露的绕组结构的侧视图。由图中可看出，该绕组结构1由片状的连续导体层叠绕制而成；由于采用了这种片状的连续平面导体式结构，因此相较与以往的绕线式结构来说，绕组的直流电阻减小、散热面积增大，是故变压器的通态损耗亦大为下降。

另一方面，为了满足高功率密度的要求，通过提高线路的开关频率以减小磁性元件的体积，是一般所采用的各种手段中较为有效之一种。然而，如果直接将图1所示的绕组结构直接应用于高频的场合下，却仍还存在着一些问题。

随着频率的提高，交流电流在导体中的趋肤效应(Skin Effect)和邻近效应(Proximity Effect)会相应增强，由此而产生的交流损耗亦相应增加。此外，不恰当的布局(Layout)还会使得电磁辐射更易于从线路中产生，从而带来电磁干扰(EMI)问题，对于功率密度和可靠度均带来不利的影响。

当将图1所示的绕组结构应用于高频场合下时，由于绕组的出端(诸如：出端11、12)均流过高频电流且其方向相反，因此当它们之间的距离很近时，由于彼此之间电磁场的耦合作用，会导致导体中的电流集中于两导体相互靠近之一侧(此即邻近效应)，而造成电流密度的不均匀分布，从而增大损耗。另一方面，虽然出端11、12之间的距离很近，但由于它们处于同一平面上，因此彼此之间仍存在着缝隙(如图1所示的缝隙10)。是故，在高频工作的场合下，此一缝隙10仍会造成对周围环境的电磁干扰，同时也会接收周围环境中的电磁辐射，从而造成对电路本身的干扰。

请参阅图2，其为一种习用的直流/直流转换器的结构方块图。在图2中，直流/直流转换器2由输入电路21、变压器22以及输出电路23所构成。此外，变压器22的二次侧有两个出端24和25，可以看出，出端24、25与输出电路23在变压器22的二次侧共同构成了一个回路26。在实际应用中的倍流整流电路、倍压整流电路、全桥整流电路以及半波整流电路等皆属于此类结构的电路；这类电路结构的特点是流进变压器出端24的电流与流出变压器出端25的电流始终大小相等而方向相反，回路26中的电流则是高频交流电流。根据电磁场理论，流过高频交流电流的回路会产生高频的磁场(如图中的磁场H)，进而产生并发射电磁波，对周围环境造成电磁辐射和干扰。此外，由于回路26的存在，周围的电磁辐射反过来也可以被回路26所接收，从而对电路本身产生影响。因此，对于熟习该所述技术者来说，欲降低上述对周围环境的电磁辐射以及减少对电路自身干扰，惟一方法便是尽可能地减小回路26的面积。

请参阅图3，其为另一种习用的直流/直流转换器的结构方块图。在图3中，直流/直流转换器3同样由输入电路31、变压器32以及输出电路33所构成。在图3中，由于变压器32采用中心抽头式的结构，因此其二次侧具有三个出端34、35和36。可以看出，出端35、36与输出电路33在变压器32的二次侧共同构成了第一回路37，出端34、36与输出电路33在变压器32的二次侧共同构成了第二回路38，而出端34、35则与输出电路33共同构成了第三回路39。

当电流在其中一个回路(诸如回路37)中流过时，出端35和36中的电流大小相等且方向相反；而当电流在回路38中流过时，出端34和36中的电流亦大小相等且方向相反。出端34中的电流与出端35中的电流大小相等但存在180度的相位差，其交流分量的奇次谐波大小相等且方向相反，常用的中心抽头式全波整流电路正是属于这种结构。如前所述，为了减少对于周围环境所产生的电磁辐射以及从周围环境中所接收的电磁辐射，回路37、38和39的面积应尽可能地减小，亦即出端34、35和36彼此间的距离必须很近。然而，此时邻近效应却会导致电流在导体中的分布不均匀而增加损耗。