用于离线开关电源的小剖面平板变压器制造技术

一种具有独特的绕组架结构和最小的其他部件的小剖面平板变压器。把除了芯体部件之外的其他全部部件直接叠放在一个夹心状层压体中，再用两个适当形状的铁氧体芯体包住该层压体，从而装配成变压器。围绕该层压体装上两个Ｅ形铁氧体芯体，其“Ｅ”的中间臂穿过层压体中部的孔，使第二平板部件的绕组电流与第一和第三平板部件的绕组形成磁耦合。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高频变压器的设计，特别是涉及小剖面平板型或印刷电路板型的变压器，该变压器能满足AC电源的变压器绝缘标准，例如在离线开关电源中的绝缘标准。由于开关电源相对于其线性对应物的紧凑尺寸，长期以来一直受到产品设计人员的重视。然而，直到1980年代后半期，开关电源（如转换开关）才成为许多电子设备设计中所选择的电源。它的普及主要是由于转换开关的有效性，尽管比相同功率额定值的线性结构略贵一点，这种开关具有更紧凑的结构，较轻的重量及同等的可靠性。实现高可靠性和紧凑的开关结构的关键是高频开关晶体管的有效性，该晶体管能承受出现在AC电源上的高压暂态。随着FET和其他类型的能可靠地运行在AC电源环境中的高速开关晶体管的发展，以小型变压器为基础设计的离线型开关电源成为现实。因此，在传统的线性电源中需要的50和60Hz大铁芯变压器由尺寸和重量大大缩小的高频变压器所替代。结果，今日的开关电源比以往的线性结构尺寸小，重量轻，并且更有效。然而，随着电子产品小型化的紧迫要求，对于更小和更轻的电源的需要是无止境的。这种需求转化成对较小的变压器的需求，因为既使是在今日的开关电源中，变压器仍是最大，最重的部件。在兆赫兹频率上的小型变压器是完全可以实现的，这一点很容易理解。然而离线开关中的变压器必须运行在AC电源条件下，这意味着任何这种变压器的设计必须满足严格的隔离要求。因为隔离主要-->是导线，绕组，绕组层和接线之间的分隔和绝缘问题，这种隔离的要求显然不利于尺寸的小型化。折衷的方案是有效的质量控制，检查以及成本问题。设计小型、高频变压器的最有前途的技术之一是小剖面平板型或印刷电路板型（如PCB）变压器。在此类变压器中，把绕组封闭在一个磁性外壳中，使处在一个平面上的图样为螺线形的初级绕组与处在另一分开的平面上的不同螺线形图样的次级绕组相耦合。典型的磁性外壳由铁氧体，Sumarium或其他合成材料制成，它被制成一筒型芯，R-M型芯，E型芯，I型芯等等，但只要是易于安装在绕组周围并能有效地限定绕组周围区域的磁场，它也可以是几乎任何形状。平面图样的使用对高频变压器来说比传统的绕在线圈架上的绕组是一个重要的进步。然而，有关绕组间绝缘的国际安全标准对采用这种结构技术来实现离线开关变压器的小型化形成了阻碍。在本专利技术之前，绝缘要求所需的绕组距离仅能通过使用厚线圈架形成的强力和很多层绝缘垫片来实现。由于需要相对较大的磁性元件来补偿初级和次级绕组间的不良耦合，仍不能制成有效力的变压器。其结果是，在小型、轻便及有效的结构方面无法满足国际安全要求，使得小剖面平板变压器不能应用于消费产品和AC电源。小剖面平板变压器已被有限地用于军用产品，其中绝缘的要求较低，以及用于DC-DC开关，其中的输入是一个低DC电压而不是AC电源。然而，对平板变压器的真正的挑战还要看它能否被允许用于消费者需要的离线开关。但是，为了获得这种应用的许可，它必须满足特殊的绝缘要求。世界各国的安全鉴定机构都有这种要求，这些机构决定如何检查所有消费产品的实际安全性，并根据他们公布的安-->全规格来批准或拒绝电气和机械产品。几乎所有国家都有其自己的安全机构;但是最有影响和普遍性的最重要的国际机构是美国的温特瓦尔特斯（Unterwriters）实验室，德国的V.D.E.以及加拿大的C.S.A。对于运行在110VAC和220VAC条件下的电力变压器来说，上述U.L，V.D.E和C.S.A对变压器设计人员提出的标准为：（A）.初级绕组与SELV绕组（安全超低压绕组）间的绝缘厚度必须是下述两种绝缘体之一，即厚度至少为2mm（0.080″），或每层至少为1mm（0.040″）厚的（以三层为例）三层绝缘;（B）.低压次级绕组与AC线或中性线之间的“漏电”及“间隙”至少为6mm（0.240″）;以及（C）.芯体与线或中性线之间的“漏电”及“间隙”至少为2mm（0.080″）。对导体之间，导体与端子之间，接地及不接地导体部件之间，元件与元件引线之间的“漏电”和“间隙”进行试验。“漏电”被定义为两个导体部件之间或一个导体部件与设备的接地面之间沿着绝缘表面所测量到的最短路径。“间隙”是两个导体之间测量到的最小空间距离。如果有一个障碍物插在中间，则围绕该障碍物测量距离，或者，如果该障碍物包括两个或更多不胶接的片，则通过一个接合点或围绕该障碍物测量距离，至少如此。在把小剖面并且高效率的PC板（如小剖面板）型变压器用于离线开关的时候，要满足上述要求是有困难的。因此，本专利技术的目的是提供一种小剖面的变压器结构，以及容易满足上述对商品化离线开关的使用所提出的绝缘要求的物理结构概念。本专利技术的进一步目的是提供一种造价便宜的小剖面平板变压器，-->它具有小的体积和重量，并且其漏电和间隙数值容易满足上述VDE标准。本专利技术的另一目的是提供一种用于平板变压器的绕组架结构，在为初级和次级绕组提供必要的漏电和间隙的条件下把绕组固定在一个最小剖面的外壳中。本专利技术的再一个目的是提供一种高频变压器，它可以用在必须与AC电源绝缘的消费产品中。本专利技术的更进一步的目的是提供一种变压器，它是使离线开关的成本-效果适合消费者需要的基础。本专利技术还有一个目的，就是提供一种造价便宜的高频变压器。这些目的和其他目的是通过一个具有独特的绕组架结构以及最小的其他部件的小剖面平板变压器来实现的。把除了铁芯之外的其他全部部件直接叠放在一个夹心状层压体中，再用两个适当形状的铁氧体芯体包住该层压体，从而装配成变压器。在优选实施例中，层压体由下列层构成，依次排列为：（a）第一薄介电垫片;（b）一个含有第一绕组的第一平板部件;（c）两个薄介电绝缘体;（d）一个第一尼龙绕组架部件;（e），一个含有第二绕组的第二平板部件;（f）一个第三薄介电绝缘体;（g）一个含有第三绕组架部件的第三平板部件;（h）一个第二尼龙绕组架部件;（i）两个薄介电绝缘体;（j）一个包含第四绕组的第四平板部件，以及（k）一个第七薄介绝缘体。围绕该层压体装上两个E形铁氧体芯体，其“E”的中间臂穿过层压体中部的孔，使第二平板绕组中的电流与第一和第三平板部件中的绕组形成磁耦合。使用装在一个盘形绕组架内部的平板绕组来代替围着一个缝隙式-->绕组架绕线的传统变压器，使整体装配具有小剖面，并且适合低成本大批量的生产。结构的简化使这种变压器非常易于手工或机械装配。此外，在装配变压器时，上述结构保证了变压器能满足上述安全机构的绝缘要求。更特别的是，绕组架部件的结构保证了变压器符合绝缘要求。实际上，是沿着每个绕组架部件表面上从其顶面到底面的路径使得变压器满足了漏电和间隙的要求。每个绕架组部件包括一个有中心窗口的扁平面（例如，平板部件），在平板部件的每个表面上，有一个隔层围绕着设有绕组的区域延伸。隔层还从平板部件的顶面和底面围绕着中心窗口扩展。该隔层形成一个盘状结构，起到一个漏电和间隙的路径延伸器的作用，并且几乎不影响变压器的剖面。因此，本专利技术的变压器造价便宜，具有一个小的剖面，并且（以适当的尺寸）满足了电气绝缘的国际安全标准。为了使本专利技术得到充分的理解，以下通过实例并结合相应的附图来描述：图1是按照本专利技术的变压器组件最佳实施例的部件分解图;图2A是顶面图;图2B是正面图，以及图2C是图1中装配好的变压器的侧面图;本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变压器组件，其特征是：ａ．绝缘材料的第一和第二绕组架部件，每个上述绕组架部件具有一对相对的平表面，该表面限定了其中的一个中心窗口，至少一个上述绕组架部件具有一个凸壁从每个表面伸出并环绕上述窗口；ｂ．与绕组架部件的一个第一表面相邻 布置的一个第一平板导电绕组；ｃ．与绕组架部件的一个第二表面相邻布置的一个第二平板导电绕组；ｄ．第一和第二芯体部件；ｅ．第一绕组与第一芯体部件之间的绝缘装置；以及ｆ．第一和第二芯体部件限定了穿过中心窗口的磁路径，并耦合第一和第 二绕组。

【技术特征摘要】
US 1990-3-30 502,5231、一种变压器组件，其特征是：a.绝缘材料的第一和第二绕组架部件，每个上述绕组架部件具有一对相对的平表面，该表面限定了其中的一个中心窗口，至少一个上述绕组架部件具有一个凸壁从每个表面伸出并环绕上述窗口；b.与绕组架部件的一个第一表面相邻布置的一个第一平板导电绕组；c.与绕组架部件的一个第二表面相邻布置的一个第二平板导电绕组；d.第一和第二芯体部件；e.第一绕组与第一芯体部件之间的绝缘装置；以及f.第一和第二芯体部件限定了穿过中心窗口的磁路径，并耦合第一和第二绕组。2、一种变压器组件，其特征是：a.绝缘材料的第一和第二绕组架部件，每个上述绕组架部件具有一对相对的平表面，该表面限定了其中的一个中心窗口，以及一个凸壁从每个表面伸出并环绕上述窗口;b.与绕组架部件的一个第一表面相邻布置的一个第一平板导电绕组;c.与绕组架部件的一个第二表面相邻布置的一个第二平板导电绕组;d.第一和第二芯体部件;e.第一绕组与第一芯体部件之间的绝缘装置垫片;f.第二绕组与第二芯体部件之间的绝缘装置;g.在每个绕组与绕组架部件之间至少有一个绝缘垫片;以及h.第一和第二芯体部件限定穿过中心窗口的磁路径，并耦合第一和第二绕组。3、根据权利要求2的变压器，其特征是，导电绕组，绕组架部件以及绝缘装置被定为如下尺寸：（1）从第一绕组至第二绕组的绝缘至少有三层，每层厚度至少为0.004″。（2）第一和第二绕组之间的漏电和间隙至少为0.240″;以及（3）芯体部件与初级绕组之间的漏电和间隙至少为0.080″;第一和第二绕组中用作连接a.c.电源的那个绕组为初级绕组。4、一种变压器组件，其特征是：a.绝缘材料的第一和第二绕组部件，它们相互本质上平行地布置，并留有间隔，其中第一绕组架部件具有一个伸向第二绕组架部件的凸壁，并且第二绕组架部件具有一个伸向第一绕组架部件的凸壁，从而由上述凸壁在第一和第二绕组架部件之间的空间内围起一个容积;b.在围起的容积外侧的第一和第二绕组架部件之间的空间内布置一个第一平板导电绕组;c.在每个绕组架部件的不面对另一绕组架部件的表面上相邻布置一个第二平板导电绕组;d.第一和第二芯体部件;e.在上述每个第一和第二绕组以及第一和第二芯体部件之间的绝缘装置;以及f.第一和第二芯体部件限定了围绕第一和第二绕组架部件的一条磁路径，并且用磁场作用...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿历山大埃斯特洛夫，
申请(专利权)人：多源科技公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]