[发明专利]易于制造的高功率变压器

说明书

技术领域

本发明涉及一种变压器，具体地说，涉及一种易于制造的高功率变压 器。

背景技术

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。磁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。该线圈 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 结构缠绕线圈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。通常将铁芯组件做成两部分，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使用不同的结构。

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路。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组。例如，由于电 压从初级绕组至次级绕组逐级降低(例如，从120V降到3.3V)，匝数比可 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)逐级降低到一个或多个低电压、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 积通常导致变压器卷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 绕组缠绕在线圈架上。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。