[发明专利]铁芯交叉的变压器

说明书

技术领域

本发明涉及一种变压器，更具体地说，涉及一种铁芯交叉的变压器。

背景技术

一般地，磁性元件以设计成获得期望的电气性能的方式将磁性材料用 于形成和引导磁场。磁性元件易于使用于各种各样的电子设备，例如计算 机、电视、电话等。在运行中，磁场可作为储存、传递和释放电磁能量的 媒介。变压器是磁性元件的一个特例，以及一般包括围绕绕线架的两个或 多个导线(例如，铜线)绕组，其中所述绕线架具有贯通插入其中的铁 芯。所述绕线架一般地可由模制塑胶或其他任意合适的介电材料制造。导 线可以以预定的次数和预定的结构围绕绕线架来获得特殊的电气性能。例 如，绕组的数量(例如初级绕组和次级绕组)和每个绕组中的导线的匝数 可以是变压器的预期应用的一个函数。

为了在变压器中形成磁场，具有高磁通的铁芯组件可被插入到绕线架 中。通常铁芯组件由两片制成，每片具有“E”型截面，其可以被插入到绕 线架的相对端。然后变压器装置可用各种物理设备结合，例如弹簧夹、胶 带或粘合剂。当然，不同的结构也可以被用作不同的应用中。

一般地，变压器运行的原理是流过与第二绕组导线绝缘的第一绕组导 线的电流的变化在铁芯中产生磁通量，该磁通量引起第二绕组导线中的电 流变化。两绕组导线的电流比率一般地与每个导线的绕组的相对个数有 关。这将依次产生电压，该电压是磁通变化和匝数的乘积。

变压器被使用在几种应用中，包括功率变换器(或者电源适配器)， 其用于电力电子器件，例如手机、计算机及其类似器件。一种类型的功率 变换器是开关模式电源(SMPS)。SMPS可包括一个电源单元和该电源单 元内用来调节电流的电路。该调节电路控制电流以使其稳定为设定电压然 后送到电子器件。由于重量、经济和便利的因素，SMPS是选择为需要稳 定电流和电压的大多数电子设备供电的器件。然而，SMPS必须被仔细地 设计成以可接受的效率和最小的噪声提供电力。

为了达到这些要求，功率变换器可包括含有一个或多个磁性元件的一 级或多级，其中所述该磁性元件包括滤波器、变压器、感应器或类似元 件。许多的功率变换器被设计成提供多级输出电压。示例性的例子是台式 ATX计算机电源，其既产生了12V、5V和3.3V电源电压也可产生其他的 电压。12V、5V和3.3V的电源都要求严格的电压调节和必须产生大的输 出电流。为了从单个变压器产生所有期望的输出电压，变压器初级和次级 绕组之间的匝数比应当与和输出电压加上输出级上的任何整流电压降有关 的输入电压相匹配。为了使变压器的次级匝数最小，由于使用数量较小的 整数匝数比，经常会在输出电压中引入一些误差。

可以认识到，由于各种原因，变压器被期望具有相对少的次级绕组。 例如，因为从初级绕组到次级绕组的电压可以是“阶梯下降”(例如从120V 下降到3.3V)，匝数比相当大，这就要求初级绕组相对于次级绕组有大量 的匝数。其次，因为次级绕组一般承载相对大的电流，因此会使用具有相 对大的截面的绕组，其增加了绕组所要求的物理空间。通过利用相对少的 匝数，次级绕组和初级绕组所要求的物理空间可被减小。

在目前的变压器中，次级绕组示例性地缠绕有整数匝数-它们中的一 些使用半匝来略微提高匝数比的精确度。结果，大部分的电源或者因为匝 数比误差使输出电压的误差增加，或者它们在输出级上使用复杂的脉宽调 制(PWM)类型的方法来增加交叉传导的精确度。另一种方法调制同步的 FET来增加或减少穿过它的损耗，在完全打开之间，二极管的压降与 MOSFET的体二极管相等。其它的方法使用单个次级输出(例如输出端的 一个电压级)，以及进而使用磁性放大器或者MOSFET来进一步调制最高 电压PWM信号使其下降到较低的平均电压，该平均电压被滤波产生其他 的DC输出电压。然而，这些技术方案复杂且昂贵。

发明内容

其中下面的实施例和方面被描述和图示成与用来表示示例性和图示 性，而不限制范围的系统、工具和方法相结合。在各种各样的实施例中， 一个或多个上述的问题被减少或消除，而其他的实施例致力于其它的改 进。

根据第一个方面，提供了可使用在磁性元件中的铁芯组件。铁芯组件 包含中心支腿，以及连接中心支腿的至少三个外支腿，当交互的电流接近 铁芯组件时，通过中心支腿和至少三个外支腿来形成磁性回路。另外，至 少三个外支腿的每个之间形成有间隙，绕组可通过该间隙进入和退出铁芯 组件。