一种变压器骨架、卧式变压器及电源

技术领域

本发明涉及变压器技术领域，具体涉及一种变压器骨架、卧式变压器及电源。

背景技术

高频变压器是工作频率超过中频的电源变压器，主要用于高频开关电源，是高频开关电源最主要的组成部分。高频变压器主要包括骨架、磁芯、初级线圈和次级线圈，当初级线圈中通有交流电时，磁芯中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电流。

高频变压器一般安装于电路板上，并通过针脚与电路板进行电连接，高频变压器根据安装方式又可分为卧式高频变压器和立式高频变压器。

图1-4示出了现有技术中卧式高频变压器的具体结构和安装方式，该种卧式变压器2’存在以下问题：

1、结构方面：变压器骨架1’上设有容磁芯中轴穿入的中轴孔111’，该中轴孔111’的轴线方向和针脚座12’的长度方向(即针脚121’的排布方向)垂直，针脚座12’被设置在骨架的两端，在变压器骨架1’上绕完初级线圈22’和次级线圈23’以及装入磁芯21’制作成变压器成品后，磁芯形成的闭环磁路平面与变压器的安装面(即电路板31’的上平面)平行，磁芯21’与外壳底板32’之间存在一定间隙，变压器工作所产生的热量只能先辐射到周围空气中，然后通过自冷或风冷的方式散发，散热效果较差。

2、电气方面：如图5，在变压器中会存在漏感，漏感会在铁质的外壳底板32’上感应出涡流，产生涡流损耗，并且涡流导致外壳底板32’持续发热，严重影响变压器的整体散热性能。

发明内容

本发明为解决现有技术中卧式变压器的骨架结构使得变压器只能进行辐射式散热导致散热效果差的技术问题，提出了一种变压器骨架，应用这种变压器骨架可以使磁芯与外壳底板接触，实现传导散热，提高卧式变压器的散热性能。

本发明的技术方案：

一种变压器骨架，包括：

绕线座，所述绕线座包括可容磁芯中轴穿入的中轴孔，所述绕线座的两侧分别设有一组针脚座；

针脚座，每组所述针脚座上排布有多个针脚，每组针脚座上多个所述针脚的排布方向与所述中轴孔的轴线方向平行，两组针脚座之间形成为磁芯的安装空间。

可选地，所述绕线座上设有用于绕制次级线圈的第一绕线轴和用于绕制初级线圈的第二绕线轴，所述针脚座避开所述第一绕线轴和第二绕线轴的径向绕线空间设置。

可选地，所述变压器骨架包括第一骨架和第二骨架，所述绕线座包括第一绕线座和第二绕线座，所述针脚座包括第一针脚座和第二针脚座；所述第一骨架包括所述第一绕线座和第一针脚座，所述第一绕线座上设有绕制次级线圈的第一绕线轴，所述第一针脚座避开所述第一绕线轴的径向绕线空间设置；所述第二骨架包括所述第二绕线座和第二针脚座，所述第二绕线座上设有绕制初级线圈的第二绕线轴，所述第二针脚座避开所述第二绕线轴的径向绕线空间设置。

进一步地，所述第一骨架和第二骨架之间设有散热区。

进一步地，所述第一骨架上设有多个第一凸起，所述第二骨架上对应设有多个第二凸起，所述第一骨架和第二骨架拼合安装后，所述第一凸起和第二凸起接触使得所述第一骨架和第二骨架之间形成所述散热区。

进一步地，所述第一骨架和第二骨架的结构完全相同。

进一步地，所述绕线座的两端分别设有限位件，所述限位件与磁芯配合以限位磁芯的径向移动和周向移动。

本发明的另一方面，提供一种卧式变压器，包括如以上任意一项所述的变压器骨架，还包括初级线圈、次级线圈和磁芯，所述初级线圈和次级线圈绕制在所述绕线座上，所述磁芯安装在两组针脚座之间。

进一步地，所述卧式变压器还包括高压防护挡墙，所述高压防护挡墙被配置在所述初级线圈和高压侧的磁芯之间。

本发明的又一方面，提供一种电源，包括如以上任意一项所述的卧式变压器，还包括：

电路板，所述电路板上设有一容所述卧式变压器穿过的镂空槽，所述电路板的下方设有散热底板；

散热底板，所述散热底板的上表面与所述卧式变压器的磁芯接触以进行传导散热。

进一步地，所述电源采用LLC谐振拓扑架构，所述卧式变压器采用磁集成式结构。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、本发明的变压器骨架通过设置每组针脚座上多个针脚的排布方向与中轴孔的轴线方向平行，在两组针脚座之间安装磁芯后，磁芯形成的闭环磁路平面与变压器的安装面垂直，这样便可设置磁芯与电源外壳接触以进行传导式散热，传导式散热相较于现有技术的辐射式散热其散热效果大大提升，并且由于磁芯上用于接触传导散热的面为磁芯上面积最大的面，使得散热效果进一步提升。

2、本发明将变压器骨架设置成分体式，分别为第一骨架和第二骨架，可同时对第一骨架和第二骨架进行绕线，相比较于现有技术中先绕制初级线圈再绕制次级线圈，效率大大提高；并且，由于不需要从绕制初级线圈的工位转换到绕制次级线圈的工位，可相应节省一个工位，同时不需要工位转换也减少了绕线错误。

3、本发明设置第一骨架和第二骨架的结构完全相同，可节省一副模具，仅需要一副模具即可，大大节约成本，同时便于生产加工。

4、本发明通过在骨架上设置散热区对磁芯中轴处进行散热，提高散热效果。

5、本发明的卧式变压器包括高压防护挡墙，通过高压防护挡墙增加安全距离，保证安规要求。

6、本发明的电源采用LLC谐振拓扑架构，同时采用磁集成式结构的卧式变压器，LLC谐振拓扑架构使得干扰更小、效率更高、发热更小，磁集成变压器结构使得体积更小，材料成本更低。

附图说明

图1为现有技术中卧式变压器的骨架结构示意图；

图2为现有技术中卧式变压器的结构示意图；

图3为现有技术中第一视角下的卧式变压器的安装示意图；

图4为现有技术中第二视角下的卧式变压器的安装示意图；

图5为外壳底板在漏感作用下产生涡流的原理示意图；

图6为实施例一对现有技术改进的磁芯位置示意图；

图7为实施例一对现有技术改进后的针脚座位置示意图；

图8为实施例一对现有技术改进后的骨架在第一视角下的结构示意图；

图9为实施例一对现有技术改进后的骨架在第二视角下的结构示意图；

图10为实施例一对现有技术改进后的卧式变压器(不带线圈)的结构示意图；

图11为实施例一对现有技术进一步改进后的骨架的结构示意图；

图12为实施例一的骨架的爆炸示意图；

图13为实施例一的骨架在第一视角下的整体示意图；

图14为实施例一的骨架在第二视角下的整体示意图；

图15为实施例一的卧式变压器(不带绕组)的整体结构示意图；

图16为实施例二的第一骨架和第二骨架拼合前在第一视角下的示意图；

图17为实施例二的第一骨架和第二骨架拼合前在第二视角下的示意图；

图18为实施例二的第一骨架和第二骨架拼合后的示意图；

图19为实施例二的高压防护挡墙的安装示意图；

图20为实施例二的磁芯的安装示意图；

图21为实施例二的变压器安装完成后的整体示意图；

图22为实施例三的变压器在第一视角下的安装示意图；

图23为实施例三的变压器在第二视角下的安装示意图；

图24为LLC谐振腔的电路示意图。

其中，

变压器骨架1’，中轴孔111’，针脚座12’，针脚121’，卧式变压器2’，磁芯21’，初级线圈22’，次级线圈23’，电路板31’，外壳底板32’；

变压器骨架1，绕线座11，中轴孔111，第一绕线轴112，第二绕线轴113，针脚座12，针脚121，第一骨架13，第一凸起131，第一针脚座132，第一绕线座133，第二骨架14，第二凸起141，第二针脚座142，第二绕线座143，散热区15，限位件16；

卧式变压器2，磁芯21，磁芯中轴211，初级线圈22，次级线圈23，高压防护挡墙24；

电路板31，镂空槽311，散热底板32。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

本发明的目的是提供一种应用于镂空电路板的下沉式的卧式变压器骨架设计，可使卧式变压器的磁芯贴合所应用电源产品的底壳进行传导散热，提高散热效果。同时由于磁芯位于底壳上方，可对底壳进行涡流屏蔽，不会在铁质的底壳上产生任何涡流，避免涡流损耗同时杜绝了涡流产生的发热现象，进一步提高变压器效率。下面通过具体实施例进行具体说明。

实施例一：

如图6-15所示，本实施例提供一种变压器骨架1，包括绕线座11和针脚座12，绕线座11包括可容磁芯中轴211穿入的中轴孔111，中轴孔111贯穿设置，绕线座11的两侧分别设有一组针脚座12，每组针脚座12包括一个或多个针脚座12，这些针脚座12均与绕线座11固定，优选为一体成型。每组针脚座12上排布有多个针脚121，每组针脚座12上多个针脚121的排布方向与中轴孔111的轴线方向平行，两组针脚座12之间形成为磁芯21的安装空间。

如图1-2，在现有技术中，位于同一针脚座12’上的多个针脚121’的排布方向与中轴孔111’的轴线方向垂直，并且磁芯21’位于针脚座12’的上方，导致该种骨架结构只能通过辐射的方式进行散热，而无法进行散热效果更好的传导散热。发明人发现该技术问题，欲对现有的骨架结构进行改进以进行传导散热，如图6，发明人发现将磁芯21绕中轴的轴线旋转90度后便可使得磁芯21上面积最大的面由竖直旋转为水平，这样便可将该面积最大的面作为传导散热的散热面，在安装变压器时通过与电源外壳的顶壳或底壳接触，从而将热量散发出去。但是在磁芯21旋转90度后，骨架以及骨架上的针脚也跟着旋转，这样变压器无法进行安装，因此针脚的排布也需要改变，如图7，将针脚121设置在磁芯21的两侧，这样便可进行变压器的正常安装，最终得到如图8-9所示的变压器骨架。

这样，如图10，在本实施例的变压器骨架1的两组针脚座12之间安装磁芯21后，磁芯21形成的闭环磁路平面与变压器的安装面垂直，磁芯21便可与电源顶壳或底壳接触以进行传导式散热，传导式散热相较于现有技术的辐射式散热其散热效果大大提升，并且由于磁芯21上用于接触传导散热的面为磁芯21上面积最大的面，可进一步提高散热效果。

图9所示的变压器骨架包括绕线座11和两组针脚座12，每组针脚座12为一个，并且绕线座11上设有用于绕制次级线圈23的第一绕线轴112和用于绕制初级线圈22的第二绕线轴113，该种骨架结构在绕线时由于各绕线轴的径向绕线空间被针脚座12遮挡，只能进行人工绕线，并且绕线非常麻烦，效率很低。如图11，本实施例为了方便绕线，将针脚座12避开第一绕线轴112和第二绕线轴113的径向绕线空间设置，在绕线座11的两侧分别形成三个针脚座12。

但是，该种结构导致每组针脚座12的整体长度变短，针脚的数量减少，无法满足需求，只能将变压器骨架左右两端的四个针脚座12向外延伸以增加针脚的数量，但这样又增大了骨架的尺寸。

为了满足针脚数量的需求，同时尽可能减少骨架尺寸的增加，如图12-14，本实施例将变压器骨架1设置成分体式，分别为第一骨架13和第二骨架14，进一步地，绕线座11也被分成第一绕线座133和第二绕线座143，针脚座12也被分成第一针脚座132和第二针脚座142。具体地，第一骨架13包括第一绕线座133和多个第一针脚座132，第一绕线座133上设有绕制次级线圈23的第一绕线轴112，第一针脚座132避开第一绕线轴112的径向绕线空间设置，这样，便可对该第一骨架13单独进行绕线，绕线快速且方便；同样，第二骨架14包括第二绕线座143和多个第二针脚座142，第二绕线座143上设有绕制初级线圈22的第二绕线轴113，第二针脚座142避开第二绕线轴113的径向绕线空间设置，可对该第二骨架14单独进行绕线，绕线快速且方便。

如此，可在第一骨架13的右端设置两个第一针脚座132，在第二骨架14的左端不设置第二针脚座142；或者在第一骨架13的右端设置一个第一针脚座132，在第二骨架14的左端设置一个第二针脚座142且两者位于骨架的两侧相互避开；这样便充分利用了骨架两侧的空间，在保证针脚数量需求的同时可尽量减少骨架尺寸的增加。

进一步地，本实施例可同时对第一骨架13和第二骨架14进行绕线，相比较于现有技术中先绕制初级线圈再绕制次级线圈，效率大大提高；并且，由于不需要从绕制初级线圈的工位转换到绕制次级线圈的工位，可相应节省一个工位，同时不需要工位转换也减少了绕线错误；此外也便于在两个线圈分别绕制完成后，对线圈进行最终的整形调整。

优选地，本实施例设置第一骨架13和第二骨架14的结构完全相同，如图12，第一骨架13的右端设置一个第一针脚座132，第二骨架14的左端设置一个第二针脚座142，且两者位于骨架的两侧相互避开，这样便可设置第一骨架13和第二骨架14完全相同，可节省一副模具，仅需要一副模具即可，大大节约成本，同时便于生产加工。

为了进一步提高散热效果，本实施例在第一骨架13和第二骨架14之间设有散热区15。由于两个磁芯21在拼装后，两个磁芯21的磁芯中轴211会根据需要预留有间隙，使得损耗增大且发热量增加。本实施例通过设置散热区15在该处进行散热，提高散热效果。具体地，如图12-13，本实施例在第一骨架13上设有多个第一凸起131，在第二骨架14上对应设有多个第二凸起141，第一凸起131和第二凸起141也可以分别形成在第一针脚座132和第二针脚座142上，第一骨架13和第二骨架14拼合安装后，第一凸起131和第二凸起141接触使得第一骨架13和第二骨架14之间形成散热区15，同时还可以设置该散热区的大小以满足高低压之间的电气距离。

进一步地，如图13，绕线座11的两端分别设有限位件16，限位件16与磁芯21配合以限位磁芯21的径向移动和周向移动。具体地，如图14-15，在绕线座11的两端各设有两个限位件16，限位件16的形状和磁芯21上对应位置相匹配，可防止磁芯21沿径向做直线运动或沿周向做旋转运动。

由上述内容可知，本实施例提供的一种变压器骨架，可以使磁芯与外壳底板或顶板接触，实现传导散热，提高卧式变压器的散热性能，并且将骨架设置成分体式，大大提高了绕线效率，节省了成本。

实施例二：

本发明的另一方面，提供一种卧式变压器2，如图16-21，本实施例的卧式变压器2包括实施例一中的变压器骨架，还包括初级线圈22、次级线圈23和磁芯21，初级线圈22和次级线圈23分别绕制在第二骨架14和第一骨架13上，磁芯21为EE型，安装在两组针脚座之间。

进一步地，本实施例的卧式变压器2还包括高压防护挡墙24，高压防护挡墙24被配置在初级线圈22和高压侧的磁芯21之间，通过高压防护挡墙24增加安全距离，保证安规要求。

如图16-21，首先分别在第一骨架13上绕制好次级线圈23以及在第二骨架14上绕制好初级线圈22，然后将第一骨架13和第二骨架14拼合，接着安装高压防护挡墙24，最后再安装两个磁芯21。

由上述内容可知，本实施例的卧式变压器安装方便，且通过高压高压防护挡墙可保证安规要求。

实施例三：

本发明的又一方面，提供一种电源，如图22-23，本实施例的电源包括实施例二中的卧式变压器2，还包括电路板31和散热底板32，电路板31上设有一容卧式变压器2下沉穿过的镂空槽311，电路板31的下方设置散热底板32，该散热底板32可以是电源的外壳底板，散热底板32的上表面与卧式变压器2的磁芯21接触以进行传导散热。优选地，散热底板32和磁芯21之间设有导热硅脂以提高散热效果。

本实施例的电源采用的是LLC谐振拓扑架构，它和flyback和forward架构不同，LLC谐振拓扑架构在功率转换上具有更高的转换效率和更大的输出功率，它依靠漏感和电容进行谐振使得系统可以工作在软开关条件下，因为全程的切换方式为软开关，所以在同等功率等级下，LLC谐振拓扑架构干扰更小，效率更高，且发热更小。

如图24，LLC谐振拓扑架构通常是由主感Lm、漏感Lr和谐振电容Cr三者构成谐振腔，在谐振过程中需要依靠漏感Lr和谐振电容Cr通过变频的方式来改变分压比，使得输出电压维持稳定。虽然LCC谐振拓扑架构具有很多优点，但是由于漏感Lr的存在，使得LLC谐振拓扑架构应用在现有技术的电源产品中会存在一定问题。

如图3-5，如果在该电源产品上采用LLC谐振拓扑架构，就需要设置漏感Lr，由于漏感Lr的存在，变压器结构通常分为分体式结构和磁集成式结构，其中，分体式结构相当于是外置一电感来代替漏感Lr，其材料成本很高，而磁集成式结构相当于是漏感Lr寄生在变压器内部，无需外置电感，成本相对低很多。

在采用磁集成式结构时，一般通过增大两个铁芯之间的间隙来增加漏感，从而满足漏感的需求值，但是增大了两个铁芯之间的间隙，一方面，导致磁滞损耗增加，铁损、铜损增大，发热量增加；另一方面，导致漏磁增加，如图4-5，漏磁会经过卧式变压器2’和外壳底板32’之间的空间，如果设置外壳底板32’距离卧式变压器2’的距离很远，那漏磁只会在外壳底板32’上产生很小的涡流，但是这样会增加整个产品的体积且更加难以进行接触式散热；而如果设置外壳底板32’距离卧式变压器2’的距离很近，那么漏磁会在外壳底板32’上产生较大的涡流，并且随着漏磁的增加，涡流增大，损耗和发热量也增大。虽然采用分体式结构可以有所改善，但是并不能完全彻底地解决这些问题，而且成本又进一步增加。因此，在现有技术的电源产品中采用LLC谐振拓扑架构会存在散热差、体积大、损耗高、成本高等一系列的问题，导致LLC谐振拓扑架构不能得到很好的应用。

而本实施例的电源可以采用LLC谐振拓扑架构，且解决了上述问题。具体地，一方面，对于间隙增大导致的散热问题，由实施例一的记载可知，卧式变压器2是采用的分体式骨架且两个骨架之间留有散热区，通过散热区进行通风散热，可以将铁损产生的热量散发出来，大大提高散热效果；另一方面，对于在散热底板上产生涡流的问题，如图22-23，磁芯21形成的闭合磁路平面与变压器安装面(即散热底板32上表面)垂直，这样和现有技术相比，现有技术在线圈与散热底板之间是空气，而本实施例在线圈与散热底板之间是磁芯21，由于磁芯21上磁阻最小，绝大多数漏磁都从散热底板32上方的磁芯21上走，几乎不会有漏磁经过散热底板32，也就不会有交变的磁通在散热底板32上感应出涡流，从而避免涡流损耗，杜绝散热底板32的发热，提高整体散热效果，并且该种方式可以将卧式变压器和散热底板32之间的距离设计的很短，减小整个电源产品的尺寸。进一步地，本实施例的卧式变压器2采用磁集成变压器结构(即变压器漏感Lr寄生在变压器内部)，相比较于分体式变压器结构，成本大大降低。可见，本实施例的电源产品很好地解决了采用LLC谐振拓扑架构带来的一系列问题。

由上述内容可知，本实施例的电源通过卧式变压器的磁芯和散热底板接触进行传导散热，提高了散热效果，并且通过卧式变压器2的固有结构进行涡流屏蔽，使得磁通有效地导流到磁回路中，不会在铁质的散热底板32上产生任何涡流，杜绝涡流带来的损耗和发热，进一步提高散热效果。同时，本实施例解决了现有技术中采用LLC拓扑架构带来的一系列问题，使得LLC谐振拓扑架构得以很好地应用，可以保证原有的功率和效率，在同等变压器尺寸下可以做更高功率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。