[发明专利]变压器

说明书

技术领域

本发明涉及一种变压器。

背景技术

高压设备，诸如电力电子变换器，通常依赖各种电隔离方法以将电力和信号供应至高压设备的各种组件，诸如开关、保护电路和辅助电路。例如，在电力电子变换器中，功率半导体器件被用于促进AC网络与DC网络之间的电力变换，并且每个功率半导体器件要求其自身电源为其控制和保护电路供给能量，其基于每个功率半导体器件的栅极驱动或基极驱动电子器件的电压电位。然而，由于电源系统与高压设备的各个组件之间的电压水平的不同，将每个功率半导体器件的电源连接到接地水平的电压供电系统是不切实际的。

一种解决方案是电力电子变换器通过从每级获取电力进行自供电，但是如果每级使用多于一个的功率半导体开关器件，那么这需要对相同级上的组件之间进行局部隔离。

电力电子变换器包括大量的功率半导体器件，从而形成复杂的电压波形，以便提高功率转换质量并且实现期望的额定功率。电力电子变换器中大量的功率半导体器件需要大量的变压器以将电力提供给每个功率半导体器件。因为当需要适应高电压水平时，传统变压器的结构容易在物理上很大，所以这导致了变换器尺寸和重量的整体增加。

另外，这些传统变压器的制造倾向于涉及具有低生产能力和较低产量的制造方法，诸如手工灌封和真空浸渍。

例如，在铸塑树脂铁氧体变压器中，因为磁芯的磁化强度使得它机械地弯曲，并且抑制这个机械弯曲对磁芯的磁特性是不利的，所以铁氧体磁芯不能被封装在完全刚性的硬化树脂中。此外，树脂的固化力能够使磁芯破裂或产生裂纹，从而破坏其性能。由于为了生产能够经受较高电应力的有竞争力尺寸的变压器有必要铸造无空隙的树脂，所以还需要高超的技巧和处理以高产量地制造铸塑树脂铁氧体变压器。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种变压器，包括：

第一印刷电路板(PCB)衬底和第二印刷电路板衬底，所述第一印刷电路板衬底包括具有小于或等于3.5的相对介电常数(dielectric relative permittivity)的至少一个第一衬底层，并且所述第二印刷电路板衬底包括具有高于所述第一衬底层或每个第一衬底层的所述相对介电常数的相对介电常数的至少一个第二衬底层；以及

多个导电迹线，至少一个导电迹线被图案化在所述第一衬底层或所述第一衬底层之一的表面上以形成第二绕组部，并且至少另一个导电迹线被图案化在所述第二衬底层或所述第二衬底层之一的表面上以形成第一绕组部，所述第一绕组部和第二绕组部限定互相耦合的第一绕组和第二绕组，

其中所述第一绕组由一个或多个第一绕组部形成，所述第二绕组由一个或多个第二绕组部形成，所述第二绕组形成在所述第一衬底层或所述第一衬底层中的至少一个上，并且所述第一绕组形成在所述第二衬底层或所述第二衬底层中的至少一个上。

变压器可以是，例如馈电变压器(mains transformer)的形式或者用于反激(flyback)变换器的耦合电感器的形式。

发明者已经发现在具有小于或等于3.5的相对介电常数的第一衬底层上形成第二绕组为第二绕组与在使用中布置在绕组周围的磁芯之间提供了可靠的绝缘屏障。

当使用具有磁芯的变压器时，由一段第一衬底层和形成在第一衬底层与磁芯之间的任何气隙将形成在第一衬底层上的第二绕组与磁芯分隔开。气隙可以形成变压器设计的一部分，或者由于磁芯相对于每个绕组的移动无意地出现。并且，磁芯相对于每个绕组的移动可以引起气隙的大小变化。

在使用中，在第一衬底层上形成第二绕组有利地降低形成在第一衬底层与磁芯之间的气隙两端的电压。这是因为使用电阻性和电容性电压分压在该段第一衬底层与将第二绕组与磁芯分隔开的气隙之间分摊了施加在第二绕组与磁芯两端的差分电压，并且第一衬底层的低相对介电常数导致该段第一衬底层与将第二绕组与磁芯分隔开的气隙之间更平衡的电压分压。这防止了气隙内局部放电的发生，否则这将导致电击穿，致使变压器故障。

使用PCB技术允许第一PCB衬底与其他类型的PCB衬底的组合。第二PCB衬底被用于容纳一个或多个第一绕组部，对于其绝缘并不是关键性的。例如，第二PCB衬底可以由通常比PTFE成本低的FR-4制成。

在本发明的实施例中，由至少一个第一衬底层将第一绕组与第二绕组分隔开。

发明者还发现当由至少一个第一衬底层分隔开不同的绕组时，使用具有小于等于3.5的相对介电常数的至少一个第一衬底层为变压器的不同绕组之间提供了可靠的绝缘屏障。