[发明专利]导磁线和导电线混绕的分布式绕组柔性变压器

说明书

技术领域

本发明属于变压器领域，涉及一种导磁线和导电线混绕的分布式绕组柔性变压器。

背景技术

变压器是广泛应用于电路设计的电磁器件，主要的作用是进行能量传递和信号传递，变压器性能的优劣直接影响到电路的工作品质，也在很大程度上体现了电路设计的水平。根据变压器用途的不同，其结构和电气参数等也千差万别，呈现出多样性的特征。目前电路设计中传统的进行能量传递和电能变换的绕线式变压器，正被以电力电子开关为主要器件的开关电源代替，以降低体积，提高电源设计的灵活性。此项技术的开发和应用虽然极大的促进了电路设计技术的提高和进步，但是现代电路设计的快速发展，对变压器也提出了越来越高的要求。在变压器设计开发中采用新材料、新原理和新结构，开发更高能量密度、更高电气性能的变压器，促进变压器结构设计的灵活性和多样性，既是变压器技术发展的必然趋势，也是进一步提高电路设计水平的需要。

电路设计的主要发展方向之一，就是电路板的小型化。而电路板上电源功能模块往往占据着电路板的一大部分，因此电路小型化中一个重要内容就是尽可能降低电路板电源的体积。为此研究人员进行了诸多研究，平面变压器就是其中的一项重要尝试^[1，2]。专利号为“CN1462457A”的专利公开了“平面线圈及平面变压器”，^[3]，和专利号为“CN1232572A”的专利公开了“平面变压器”^[4]，以及专利号为“CN1770335A”的专利公开了“低噪音平面型变压器”，上述三个专利给出了不同的平面型变压器设计，这些变压器在功率密度、体积和电磁辐射方面有着很大优势，具有剖面低、高电流、低漏感等显著特点，可以较大程度的提高变压器的能量密度。上述平面型变压器的主要用途，是和电力电子开关器件(如mosfet开关管)一起构成斩波电源电路。平面型变压器可以减小PCB(印刷电路板)电路的电源体积，但是主要用于数百kHz的高频开关电源斩波电路中，变压器的绕组及磁芯需要布置在印刷电路板上，仍然需要占据一定的印刷电路板空间。专利号为“CN101299378”的专利公开了“柔性磁材料用于制备印刷电路板变压器磁芯的应用”^[6]，该变压器也属于平面型变压器，其2个显著特点分别是采用了导磁线材构成平面变压器的磁芯以及采用了矩阵结构以降低PCB电路板的层数，该变压器需要直接印制在印刷电路板上，和电力电子开关管协同工作进行电能变换。

分析现有平面型变压器和传统的绕线式变压器的特点，借鉴柔性磁材料用于平面变压器的磁芯的设计方法，本发明提出的导磁线和导电线混绕的分布式绕组柔性变压器，可使用于电路板电源的变压器不再布置在印刷电路板上，从而节省了电路板的空间，有利于促进电路板设计的小型化发展。同时本发明提出的变压器也可用于进行信号传递的变压器设计，有利于开发出更多结构的小型变压器。

发明内容

本发明提出了一种导磁线和导电线混绕的分布式绕组柔性变压器，可减少导线的平均匝长，从而减小导线电阻和发热功率，增加线圈散热面积，有利于线圈绕组散热，实现电路板小型化。

为达到以上目的，本发明采取如下技术方案予以实现。

变压器磁芯采用多股绞线结构或磁性带材结构，变压器线圈采用分布式绕组结构，变压器整体结构采用螺旋结构或盘状结构。

所述的变压器磁芯采用导磁薄膜结构。

所述的多股绞线结构，是由多根长导磁线通过绞接构成绞接结构。

磁性带材或导磁薄膜结构，是由多层导磁带材或导磁薄膜构成层叠结构。

所述的变压器线圈采用分布式绕组结构，分布式绕组的绕线方式沿磁芯表面同方向螺旋盘绕，或沿磁芯表面呈十字交叉二维网格结构。

变压器整体结构可采用双螺旋结构、三螺旋结构、盘状结构或其他的不同结构。

1)变压器磁芯采用多股绞线结构或磁性带材(磁性薄膜)层叠结构

变压器磁芯的磁性材料可选用适合于在工频或低频条件下工作的磁性材料，以便在低频下工作时磁芯的涡流损耗和磁滞损耗可满足变压器的温升设计要求；可将磁性材料首先加工成长导磁线，然后通过绞接方法，将变压器磁芯加工成多根长磁线绞接结构；绞接结构磁芯既具有较好的机械韧性，使得变压器磁芯可弯曲盘绕，同时磁芯又可保持较好的结构完整性，磁芯结构不易松散变形。或先将磁性材料先加工成导磁带(或导磁薄膜)，变压器磁芯可由导磁带层叠而成，构成层叠结构的磁芯，各层导磁带间绝缘。

2)变压器线圈采用分布式绕组结构