TWI446379B - Transformer structure and its application of rectifier circuit - Google Patents

Description

變壓器結構及其適用之整流電路

本發明是有關一種變壓器結構及其適用之整流電路，尤指一種可增加散熱效率、減少體積與製程成本，並降低損耗、提昇效能之變壓器及整流電路。

交換式電源轉換器電路是利用內部開關元件的開關操作，將所接收之電壓準位轉換成多種預定準位；以交換式直流/直流轉換器為例，將直流電壓準位轉換成其他準位之直流電壓準位，一般均會利用一整流電路，將所接收之電壓準位進行整流及濾波，而由於目前直流/直流轉換器之設計有逐漸以高效能及低損耗為發展導向，亦即輸出採用低電壓大電流之形式輸出，因此，目前業界均採用倍流整流(current-doubler rectifier)電路來作為輸出之整流電路，以期達到高效能之直流/直流轉換器設計功效與目的。

由於倍流整流電路係以使直流/直流轉換器減少損耗為設計目標，但由於其主要係由一變壓器及至少一電感元件所構成，且兩者之間採用分離設置，故仍有許多問題存在。首先，傳統倍流整流電路之變壓器的次級繞組是利用線圈纏繞於磁芯組而形成，由於線圈之整體表面積極小，故使得變壓器之整體散熱效率不佳，造成線圈阻抗增加，且直流/直流轉換器一般多為大電流輸出，在運作的過程中會產生大量的損失及熱能，因此，針對高效能之直流/直流轉換器，使用傳統線圈纏繞方式作為次級繞組之變壓器結構便會凸顯上述缺失。

因此，如何發展一種可提高效率及增加散熱能力，以改善上述缺失之變壓器結構，以及其所適用之整流電路，實為目前業界所迫切需要解決之課題。

有鑑於習見之變壓器結構以及其所適用之整流電路有上述缺點，發明人乃針對該些缺點研究改進之道，終於有本發明產生。

本發明之主要目的在於提供一種變壓器結構，其可有效降低線損，提昇散熱效率，且降低變壓器製程成本。

本發明之另一目的在於提供一種適用於前述變壓器結構之整流電路，其可降低電壓轉換之損耗、提昇整體效能。

為達成上述目的及功效，其所採行的技術手段包括：一種變壓器結構，其至少包括：一繞線架，具有一貫穿之中央孔，於該中央孔之外周側設有複數垂直於該中央孔之分隔槽；一初級線圈，係由金屬漆包線均勻分佈纏繞於該繞線架之各分隔槽所組成，且該初級線圈之二端係形成電壓輸入端；複數次級導電片，係由金屬片彎折成符合繞線架至少部份外周緣形狀，且可分別容置於各分隔槽內，於各次級導電片之二端分別設有一凸插部；至少一E形鐵芯，具有一中間部及其二旁之側部，該中間部係可伸入繞線架之中央孔內，而該二側部則可於繞線架二旁側形成遮覆；一固定電路板，係可供各次級導電片分別以二凸插部插入固定，並可匯集各次級導電片形成電壓輸出端。

一種適用於前述變壓器之整流電路，其至少包括：四個開關元件，以橋式銜接方式設置於輸入電源與該變壓器之初級線圈的電壓輸入端之間；二個開關元件，設置於變壓器的電壓輸出端之間，且於該二開關元件之間形成接地；一控制電路，可分別控制該變壓器之電壓輸入端的四個開關元件，以及電壓輸出端的二個開關元件，使其分別導通或關閉；二電感元件，係以一端分別連結於變壓器的電壓輸出端之間，且該二電感元件之另一端連結成一輸出端，以供連結至負載。

為使本發明的上述目的、功效及特徵可獲致更具體的暸解，茲依下列附圖說明如下：

請參第1、2圖所示，明顯可看出，本發明之變壓器1結構主要包括：繞線架11、初級線圈15、次級導電片12、E形鐵芯16、固定電路板13、絕緣殼罩14等部份，其中該繞線架11具有一貫穿之中央孔111，於該中央孔111之外周側設有複數垂直於該中央孔111之分隔槽112，且於各分隔槽112上設有至少一缺口部114，另於該繞線架11上設有複數導電端子113，初級線圈15係由金屬(銅)漆包線纏繞於該繞線架11之各分隔槽112所組成，且藉由各缺口部114的連通，可使初級線圈15均勻地分佈於各分隔槽112內底部，且使該初級線圈15之二端可連結於導電端子113形成電壓輸入端，同時，該複數導電端子113亦可供焊接於預設之電路板上，以與外部之電子元件相銜接，複數次級導電片12係由金屬(銅)片彎折成符合繞線架至少部份外周緣形狀，其可分別容置於各分隔槽112內並疊置於初級線圈15上，於各次級導電片12之二端分別設有一凸插部121，固定電路板13係可供各次級導電片12分別以二凸插部121插入固定，並可匯集各次級導電片12形成相互串聯及並聯連結以電壓輸出端，絕緣殼罩14係可罩合於該繞線架11外側，以形成一絕緣隔離，於該絕緣殼罩14上設有二對應於中央孔111二端之通孔141，二E形鐵芯16分別具有一中間部161及其二旁之側部162，該中間部161係可通過絕緣殼罩14之通孔141伸入繞線架11之中央孔111內，而該二側部162則可於繞線架11二旁側形成遮覆，藉以於該繞線架11中央及周側形成一導磁迴路。

上述變壓器1結構，其利用金屬(銅)片彎折成之次級導電片12具有較大截面積與表面積之特性，除可增加散熱效率、減少整體之體積外，更可藉由取消繞線形態之次級線圈而降低整體之製程成本，進而提昇產品之競爭力。

請參第3、4圖所示，明顯可看出，本發明適用於前述變壓器1之整流電路主要包括：開關元件D1～D4、開關元件DX、DY、控制電路2、電感元件L1、L2等部份，其中該開關元件D1～D4係以橋式銜接方式設置於該變壓器1之初級線圈15的電壓輸入端與輸入電源Vin之間，而開關元件DX、DY則係設置於變壓器1的電壓輸出端之間，且於該二開關元件DX、DY之間形成接地，電感元件L1、L2係以一端分別連結於變壓器1的電壓輸出端之間，且該二電感元件L1、L2之另一端連結成一輸出端，該輸出端可依需要經一電容Co接地，再連結至一負載RL，控制電路2係可連結於該二電感元件L1、L2之輸出端，並可分別控制該開關元件D1～D4，以及開關元件DX、DY，使其分別導通或關閉。

上述電路於操作時，橋式銜接之開關元件D1～D4中係以對角側之開關元件D1、D4或D2、D3同時動作(導通或關閉)；當開關元件D1、D4同時導通時，開關元件2、3同時關閉，輸入電源Vin之電流由正極端經開關元件1到達變壓器1之初級線圈，再通過開關元件4回到輸入電源Vin之負極，而於該變壓器1之次級側則使開關元件Y導通、開關元件X關閉，次級側的電流由變壓器1之次級導電片流出，經過電感元件L1、電容Co輸出接負載RL，再由地經過開關元件Y回到變壓器1；而若開關元件2、3同時導通，則開關元件D1、D4同時關閉，則輸入電源Vin之電流由正極經開關元件3到達初級線圈，再通過開關元件2回到輸入電源Vin之負極，而變壓器1之次級側則使開關元件Y關閉、開關元件X導通，次級側的電流由變壓器1次級導電片流出，經過電感元件L2、電容Co輸出接負載RL，再由地經過開關元件X回到變壓器1；藉由上述二種迴路交互運作，以完成能量轉換的功能。

綜合以上所述，本發明之變壓器結構及其適用之整流電路確可達成增加散熱效率、減少體積與製程成本，並降低損耗、提昇效能之功效，實為一具新穎性及進步性之發明，爰依法提出申請發明專利；惟上述說明之內容，僅為本發明之較佳實施例說明，舉凡依本發明之技術手段與範疇所延伸之變化、修飾、改變或等效置換者，亦皆應落入本發明之專利申請範圍內。

1．．．變壓器

11．．．繞線架

111．．．中央孔

112．．．分隔槽

113．．．導電端子

114．．．缺口部

12．．．次級導電片

121．．．凸插部

13．．．固定電路板

14．．．絕緣殼罩

141．．．通孔

15．．．初級線圈

16．．．E形鐵芯

161．．．中間部

162．．．側部

2．．．控制電路

D1~D4、DX~DY．．．開關元件

L1、L2．．．電感元件

Vin．．．輸入電源

Co．．．電容

RL．．．負載

第1圖係本發明變壓器之構造分解圖。

第2圖係本發明變壓器之部份組合示意圖。

第3圖係本發明之變壓器及整流電路整體電路圖。

第4圖係本發明之一整體參考外觀圖。

1．．．變壓器

11．．．繞線架

111．．．中央孔

112．．．分隔槽

113．．．導電端子

114．．．缺口部

12．．．次級導電片

121．．．凸插部

13．．．固定電路板

14．．．絕緣殼罩

141．．．通孔

15．．．初級線圈

16．．．E形鐵芯

161．．．中間部

162．．．側部

Claims (3)

1. 一種適用於變壓器之整流電路，其至少包括：四個開關元件，以橋式銜接方式設置於輸入電源與該變壓器之初級線圈的電壓輸入端之間；二個開關元件，設置於變壓器的電壓輸出端之間，且於該二開關元件之間形成接地；一控制電路，可分別控制該變壓器之電壓輸入端的四個開關元件，以及電壓輸出端的二個開關元件，使其分別導通或關閉；二電感元件，係以一端分別連結於變壓器的電壓輸出端之間，且該二電感元件之另一端連結成一輸出端，以供連結至負載。
2. 如申請專利範圍第1項所述之整流電路，其中該二電感元件所連結成之輸出端另設有一電容。
3. 如申請專利範圍第1項所述之整流電路，其中該控制電路係連結於該二電感元件連接之輸出端。