变压器线圈绕组结构的制作方法

本发明涉及磁性元器件绕组结构，具体为用于变压器的绕组结构。

背景技术：

1、随着电力与电子系统日益精密、复杂和多功能化，高饱和性能、高能量密度、优良的电磁耦合性能和散热性能成为电子产品设计中重要的设计方向。变压器作为电子系统中不可或缺的电子元器件，具有巨大的市场需求。

2、传统的变压器将线圈绕制在骨架上，再与磁芯组装而成，具有较大的功率和变压比等优点，但是由于其体积较大、线圈结构单一、散热性能和参数一致性差等问题难以适应现代电子元器件高频化、集成化趋势。因此一种参数一致性、散热性、绝缘性都能满足要求的绕组方案将会极大地提高磁性元器件产品的性能。

3、下面主要就参数一致性和散热性对变压器性能影响做具体分析：

4、随着新一代功率半导体器件(sic和gan)的应用快速成长，开关电源的开关频率会进一步提高，对磁性元器件电感、变压器的性能要求除了损耗、感量、尺寸等常规性能指标外，寄生参数，如寄生电容cp值，这一在低频段常常被忽略的参数就会越来越重要。磁性元器件对寄生电容的要求除了尽可能小外，对寄生参数的一致性也有很高的要求。以开关电源中应用最多的环形电感和绕线变压器来举例，这两种磁性元件绝大多数还是采用人工制作，受不同人工的熟练程度和绕线习惯影响，在同一批次的产品之间和不同批次之间，寄生电容的大小以及一致性都呈现很大的差别，特别是绕组设计不能刚好绕满一整层的时候，寄生电容就会出现天差地远的不同。

5、就寄生电容对变压器的影响而言：变压器绕组数量多，这就导致了变压器的寄生电容特性会非常复杂。寄生电容除了每个绕组自身的匝间寄生电容，不同绕组之间也会有寄生电容，特别是原副边绕组之间的寄生电容常常会改变电磁信号的导通路径，对解电磁干扰有极大影响。在变压器导通时，励磁电感被短路，只有漏感和寄生电容组成谐振腔。当原副边绕组耦合非常好的时候(原副边绕组位置正对并且采用interleave绕组结构)，漏感和涡流损耗非常小，原副边绕组间寄生电容相对较大；当原副边绕组耦合不那么好的时候，漏感和涡流损耗相对变大(实际感量数值还是很小)，原副边绕组间的寄生电容相对较小。不同的供应商在权衡变压器的电气性能时常常会选择不同的绕组结构，从而导致寄生电容不一样，进而影响emi。变压器手工制作的绕组结构多样性和不确定性也会使变压器电路的解emi问题异常艰巨和复杂，同种变压器的不同生产批次常常都会有较大的寄生电容差异，因此变压器的寄生电容的一致性就会变得更加重要。

6、其次，散热性能对变压器的影响也非常大。变压器为了保证各绕组之间的绝缘性能，通常都会使用较多的绝缘材料，而目前使用的这些绝缘材料都是导热率很低的，这就导致变压器内部的热量很难散发出来。为了保证变压器的温升不超标，导线只能取较低的电流密度来降低损耗。因此采用非人工的预制绕组来改善一致性，用铜片绕组来改善散热成为了解决寄生参数一致性和散热这两个问题的选项。

7、如图1、2所示，利兹线预制线饼(1)、pcb绕组(2a)、冲切铜片绕组或者扁线立绕线圈(2b)组成的平面变压器可以较好地解决寄生参数一致性和散热的问题。通常利兹线预制线饼(1)采用自粘三层绝缘利兹线绕制，它只解决了寄生参数一致性问题，散热还是要通过pcb绕组(2a)或冲切铜片绕组解决。但是pcb绕组(2a)的应用瓶颈在于一些更大功率，比如5kw以上的应用场合，此时需要的导电截面积很大，而pcb铜箔的厚度通常小于等于0.1mm，再加厚的话成本将急剧上升。而采用冲切铜片虽然不受厚度限制，但是无法完成较多匝数的绕组制作。当采用预制线饼和扁线立绕绕组时，如果扁线立绕绕组的匝数较多，扁铜线的邻近效应就会带来很大的涡流损耗。

技术实现思路

1、为了降低绕组损耗，解决变压器绕组寄生参数一致性和散热的问题，并且绕组匝比灵活可变，本发明提供一种变压器线圈绕组结构，完美地解决了上述问题，本发明的技术方案为：由两种预制绕组构成，绕组一是利兹线预制线饼，绕组二是扁线立绕线圈，将利兹线预制线饼插入扁线立绕线圈的匝与匝之间即可构成这种绕组结构，为了让利兹线预制线饼能够插入扁线立绕线圈的匝与匝之间，需要对二者的尺寸特性给出定义：定义两个绕组的绕线轴向为z方向，与z垂直的平面为xy平面；利兹线预制线饼在xy平面可定义x方向和y方向；把利兹线预制线饼插入扁线立绕线圈的匝与匝之间，使得扁线立绕线圈在x方向外廓尺寸a’大于利兹线预制线饼在x方向外廓尺寸a至少一倍扁线线宽；同理，把利兹线预制线饼在y方向插入扁线立绕线圈的匝与匝之间，使得扁线立绕线圈在y方向外廓尺寸大于利兹线预制线饼在y方向外廓尺寸至少一倍扁线线宽。

2、本发明的有益效果是：本发明的利兹线预制线饼插入扁线立绕线圈的匝间，其可灵活调整绕组间的耦合从而达到调整交流损耗、漏感与绕组间的寄生电容；同时本发明在尺寸上扁线立绕线圈比利兹线预制线饼大一倍线宽以上，因此扁线立绕线圈突出部分可以充当散热器，能够帮助利兹线预制线饼散热，特别是在风冷和灌胶水冷这两种高效散热方式时，有更高的散热效率；而且，本发明的绕组的匝比相较于传统的冲切铜片绕组和pcb绕组灵活可变，可以降低绕组串并联的工艺难度。

技术特征：

1.一种变压器线圈绕组结构，由两种预制绕组构成，绕组一是利兹线预制线饼(1)，绕组二是扁线立绕线圈(2b)，其特征在于：扁线立绕线圈(2b)在x或y方向的外廓尺寸a’大于利兹线预制线饼(1)的外廓尺寸a至少一倍扁线线宽，使得利兹线预制线饼(1)可以插入扁线立绕线圈(2b)的匝与匝之间。

2.如权利要求1所示的变压器线圈绕组结构，其特征在于：利兹线预制线饼(1)与扁线立绕线圈(2b)在x或y方向分别单边或居中对齐。

3.如权利要求1所示的变压器线圈绕组结构，其特征在于：单组利兹线预制线饼(1)插入方型或跑道型扁线立绕线圈(2b)而形成sandwich结构。

4.如权利要求1所示的变压器线圈绕组结构，其特征在于：多组利兹线预制线饼(1)插入方型或跑道型扁线立绕线圈(2b)而形成interleave结构。

5.如权利要求1所示的变压器线圈绕组结构，其特征在于：多组磁芯(3)和利兹线预制线饼(1)插入一个长跑道型扁线立绕线圈(2b)。

6.如权利要求5所示的变压器线圈绕组结构，其特征在于：所述的多组磁芯(3)和利兹线预制线饼(1)为四组。

技术总结
本发明公开一种变压器线圈绕组结构，由两种预制绕组构成，绕组一是利兹线预制线饼(1)，绕组二是扁线立绕线圈(2b)，将利兹线预制线饼(1)插入扁线立绕线圈(2b)的匝与匝之间，使得扁线立绕线圈(2b)在x或y方向的外廓尺寸a’大于利兹线预制线饼(1)的外廓尺寸a至少一倍扁线线宽。本发明的利兹线预制线饼插入扁线立绕线圈的匝间，其可灵活调整绕组间的耦合从而达到调整交流损耗、漏感与绕组间的寄生电容；同时本发明在尺寸上扁线立绕线圈比利兹线预制线饼大一倍线宽以上，因此扁线立绕线圈突出部分可以充当散热器，能够帮助利兹线预制线饼散热，有更高的散热效率。

技术研发人员：褚江,黄智
受保护的技术使用者：墨尚电子科技（江苏）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/10/24