专利名称：变压器及其制造方法
技术领域：
本发明关于一种变压器，特别是关于一种可对高频电源升压的变压器。
背景技术：
变压器具有龟压、电流或阻抗转换的功能，广泛地应用于配电系统及各 式电器产品。请参照图1，其为现有变压器装置的示意图。变压器1利用电能
与磁能转换感应的原理，将一初级侧绕线11及一次级侧绕线12两组线圈分 别旋绕在共同的铁芯10上。
其中，初级侧绕线11连接至一电源端31，次级侧绕线12连接至一负载 端32，并通过初级侧绕线11与次级侧绕线12所旋绕匝数的比例来调整输出 至负载端32的电压与电流。
理论上，当变压器的转换效率为100%时，初级侧绕线11的输入功率与 次级侧绕线12的输出功率相同，但实际上由于激磁所产生的磁力线不可能全 部被局限在铁芯10中，再加上其他损耗，转换效率必定有所损失。
一般来说，变压器1运作时所产生的损失要项有铁损、铜损及绝缘泄漏 损失，而目前的工业技术能力己可将上述损失控制在合理的范围内。
但是，当频率超过音频(约20KHz)，且要将电压升高到2000V以上时， 转换损失会显著的增加。其中，铁损及铜损只是部分原因，主要的原因则是 分布电容量与杂散电容量的增加。
关于电容量对功率损失的影响，可依照下列算式来估算-
电容抗的计算式Xc-l/2兀X F X C
电容量以1PF、频率为100Khz代入，可得电容抗1/2 X 3.14 X画EXP3 X lEXP"2 = 1.59MQ 当电压值为8000V时，损失功率为 8000V2 + 1.59MQ=40VA
由上述计算得知，即使只有1PF电容量，当频率为lOOKhz时，即会产生 1.59MQ的容抗，此容抗值在电压值1000V时，所损失的功率尚不显著，但在 电压值达到8000V时，损失功率可达40VA。
然而，变压器为传统绕线方式时，其分布电容量远大于1PF，因此将造成 极大的功率损失，而使得驱动电路或变压器本身无法承受。
请参照图2A，其为现有变压器1的次级侧绕线12工法示意图。图中显 示了次级侧绕线12以传统的"往返重迭绕法"旋绕于铁芯10的外部，其中， 铁芯10外部通常会先套设一绕线架13，然后再将次级侧绕线12(如铜线) 旋绕于绕线架13上，且绕满一层后再绕第二层，如此往返地旋绕，直到绕满 所设计的匝数(圈数)。
上述的绕线工法，在层与层之间所形成的分布电容是以并联的方式一层 层地向外累积，因此当变压器处于高频的工作频率时，泄漏损失会随着电压 升高而逐渐增加。
在一测试实验中，在电源端施加预期的电压值，当频率在20Khz时，消 耗功率约60VA。而当频率升高至100Khz时，消耗功率达到300VA，而造成 驱动电路无法负荷，保护电路立刻动作。
请参照图2B，其为现有变压器的另一种次级侧绕线工法示意图。图中显 示了次级侧绕线12以传统的"多沟槽绕法"旋绕于铁芯10的外部。其中， 铁芯10外部通常会先套设一绕线架13,且绕线架13上具有复数个突出部131 以区隔出复数个沟槽。然后，再将次级侧绕线12(如铜线)旋绕于所述的沟 槽内，直到绕满所设计的匝数(圈数)。
同样地，将上述的变压器进行相同条件的测试实验，在电源端施加预期 的电压值，当频率在20Khz时，消耗功率约60VA。而当频率升高至100Khz时，消耗功率约为180VA。虽然消耗功率较前一实施例小，但次级侧绕线12 的较高电压端附近发生电晕放电(Conma)现象，而造成急速的温升现象(约5 分钟内即超过8(TC)。这样的温升现象，容易造成变压装置过热而损坏。
因此，通过上述的实验可以得知，高频率的升压装置若要顺利运作，必 须克服绕线的分布电容量及介质放电的问题。
近年来，大尺寸液晶显示器内背光装置所使用的外部电极荧光灯(EEFL)、 冷阴极灯管(CCFL)、整面型背光源(FFL)或电浆产生器...等，其工作频率皆大 于20Khz，皆必须使用高频的变压器来驱动。因此，如何降低变压器在高频 时的功率损失，实为当前技术所必须解决的问题。
发明内容
本发明的一目的在于有效降低变压器的绕线的杂散电容量、层间分布电 容量及对地电容量。当工作频率处于较高工作频率时，变压器的功率损失不 会随着电压升高而显著增加。
本发明的另一目的在于通过本发明的绕组结构，使得变压器在高频升压 的情况下，驱动电路与变压器不会产生显著的温升。
本发明提供一种变压器，包括一铁芯及至少一绕组(winding)。绕组由一 长条型绝缘层与设置于绝缘层上的一导体层旋绕于铁芯外部而成，其中导体 层的宽度小于绝缘层的宽度。
另外，变压器还包括一初级侧绕线(coil)，旋绕于铁芯外部。当变压器 为升压变压器时，初级侧绕线的匝数小于绕组的匝数，且初级侧绕线连接至 电源端，次级绕组连接至负载端。
本发明提供一种变压器的制造方法，至少包括下列步骤-
提供一铁芯。
提供一长条型的绝缘层。
设置一导体层于绝缘层上，且导体层的宽度小于绝缘层的宽度。同时将迭置在一起的绝缘层与导体层旋绕于铁芯外部。
关于本发明的优点与精神，以及更详细的实施方式可以通过以下的实施 方式以及附图得到进一步的了解。
通过以下详细的描述结合所附图示，将可轻易的了解上述内容及此项发 明的诸多优点，其中
图1为现有变压器的示意图2A为现有变压器的次级侧绕线工法示意图； 图2B为现有变压器的另一种次级侧绕线工法示意图； 图3为本发明的变压器的示意图； 图4A为绕组旋绕于铁芯外部的示意图； 图4B为绕组旋绕于铁芯的横截面示意图； 图4C为绕组旋绕于铁芯的纵切面示意图；以及 图5为本发明的变压器的另一实施例的示意图。 附图标号
I、 2:变压器
II、 21:初级侧绕线 13、 23:绕线架 221:绝缘层
24:端子
32-负载端
10、 20:铁芯 12:次级侧绕线 22:绕组
222:导体层
31:电源端
具体实施例方式
请参照图3，其为本发明的变压器的示意图。变压器2，包括一铁芯20、 一初级侧绕线21及至少一绕组22。初级侧绕线21旋绕于铁芯20外部，可连接至一电源端31。在本发明中， 用一绕组22来取代现有变压器的次级侧绕线。请同时参照图4A，其为绕组 22旋绕于铁芯20外部的示意图。绕组22是由一长条型绝缘层221与设置于 绝缘层221上的一长条型导体层222同时旋绕于铁芯20外部而成。其中，导 体层222的宽度小于绝缘层221的宽度，且导体层222可电性连接至一负载 端。如图所示，在较佳实施例中，导体层222被拉出，且连接至复数个端子 24，接着再由端子24连接到负载端。
另外，铁芯20外部与绕组22之间，及铁芯20外部与初级侧绕线21之 间，通常皆设置有绕线架23。也就是说，铁芯20外部通常会先套设绕线架 23，然后再将初级侧绕线21与绕组22旋绕于绕线架23上。
在本发明的实施例中，铁芯20可为外铁式、内铁式或单独一支棒形。绝 缘层221可为一低介电系数的塑料膜或纸。导体层222可为一条迭置于绝缘 层221上的铜箔、铝箔或者直接蒸镀(Evapomtion Deposition)于绝缘层221上 的金属层。
并且，在较佳实施例中，绝缘层221宽度约为导体层222宽度的1.5倍以 上。绝缘层221及导体层222皆可具有相当薄的厚度，使得绕组22即使具有 相当多的旋绕匝数，其导体厚度是依据流过电流而定，当用于升压时次级电 流非常小所以导体厚度以微米计算。
请参照图4B，其为绕组22旋绕于铁芯20的横截面示意图。如图所示， 绕组22的横截面中，导体层222以铁芯20为中心，由绕线架23外表面螺旋 地向外旋绕。并且，绕组22中相邻匝的导体层222之间皆具有绝缘层221， 藉此使相邻匝的导体层222不会互相接触。而绕组22的高压输出端是由低端 绕组逐层重迭后自然支撑，所以最高电压点可远离初级及地端，且以空间(空 气)取代一般绝缘材料(最佳固体绝缘物的介电系数为2.09，而空气的介电系数 为l)。
请参照图4C，其为绕组22旋绕于铁芯20的纵切面示意图。绕组22的纵切面中，导体层222与绝缘层221交错层迭于铁芯20的上下两侧。如图所 示，本发明的绕组22以每一层绝缘层221只绕一匝的"层迭绕法"逐层重迭 起来，使得电场渐进式上升，并且使得每一匝之间的分布电容成为串联状态。 因此，绕组22对地及对初级的总分布电容得以大幅减少。
根据上述结构，本发明的变压器的制造方法，至少包括下列步骤
提供一铁芯。
提供一长条型的绝缘层，并设置一导体层于绝缘层上，其中导体层的宽 度小于绝缘层的宽度。
将绝缘层与导体层同时旋绕于铁芯外部，藉此形成一绕组。在实施上， 导体层可以迭置或蒸镀的方式，设置于该绝缘层上。
旋绕一初级侧绕线于铁芯外部。
本发明实施例中，变压器2为升压变压器，绕组22属于高压输出端，可 谓一次级绕组22，故初级侧绕线21的匝数小于次级绕组22的匝数。然而， 本发明的绕组并不限定只应用于匝数较多的侧绕线，也可应用于匝数较少的 侧绕线。
请参照图5,其为本发明的变压器的另一实施例的示意图。由于绕组22 为对称的独立结构，当需要多组输出时，可以在铁芯20外部绕置所需的绕组 22数目，且视需求作同方向或反方向绕置的迭加组合，用以产生不同电压或 反相电压。
为了证实本发明的绕线工法可以有效地解决现有技术的问题，特将装设 本发明的绕组的变压器进行相同条件的测试实验，在电源端施加预期的电压 值，当频率在20Khz时，消耗功率约60VA，大致与现有结果相同。而当频率 升高至100Khz，次级电压值顺利达到8000V时，消耗功率约为73VA，相较 于20Khz/8000V的测试条件只多出13VA的消耗功率。
上述增加的13VA推论为铁损增加以及少量的分布电容量所造成。所以， 本发明的设计确实可以大量减少分布电容量及杂散电容量。另外，在本测试实验以输出端满足20Khz/8000V与100Khz/8000V相互比较并没有显著增温现 象，满载3小时后温度约为5(TC以下，已达到可商品化的规格需求。 综上所述，本发明的变压器具有下列优点-
一、 变压器的次级侧绕线所采用的"迭层绕法"可使最高压端被自然支 撑而远离地端，且因减少使用高介电系数绝缘材料作为支撑，而有效地降低 变压器的绕线间的杂散电容量、层间分布电容量及对地电容量。藉此，处于 较高工作频率时，变压器的功率损失不会随着电压升高而显著增加。
二、 通过具有"迭层绕法"的绕组结构，使得变压器在高频升压的情况 下，驱动电路与变压器不会产生显著的温升。
三、 当变压器的次级侧绕线使用本发明的绕组结构时，绕组的高压输出 端是从低端绕组逐层重迭而自然支撑，所以最高电压点可远离初级或地端。
本发明虽以较佳实例阐明如上，然其并非用以限定本发明精神与发明实 体仅止于上述实施例尔。对熟悉此项技术者，当可轻易了解并利用其它组件 或方式来产生相同的功效。是以，在不脱离本发明的精神与范围内所作的修 改，均应包含在权利要求内。
权利要求
1. 一种变压器，其特征在于，该变压器包括一铁芯；以及至少一绕组，由一长条型绝缘层与设置于所述的绝缘层上的一导体层旋绕于所述的铁芯外部而成，其中所述的导体层的宽度小于所述的绝缘层的宽度。
2. 如权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述的绕组的横截面中， 所述的导体层以所述的铁芯为中心，螺旋地向外旋绕，且相邻匝的所述的导 体层间皆具有所述的绝缘层。
3. 如权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述的绕组的纵切面中， 所述的导体层与所述的绝缘层交错层迭于所述的铁芯的上下两侧。
4. 如权利要求2所述的变压器，其特征在于，所述的绝缘层宽度约为所 述的导体层宽度的1.5倍以上。
5. 如权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述的绝缘层为一塑料膜 或纸。
6. 如权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述的导体层为一铜箔或 铝箔。
7. 如权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述的导体层为蒸镀于所 述的绝缘层上的金属层。
8. 如权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述的变压器还包括一初 级侧绕线，旋绕于所述的铁芯外部，且所述的初级侧绕线的匝数小于所述的 绕组的匝数。
9. 一种变压器的制造方法，其特征在于，该方法包括 提供一铁芯；提供一长条型的绝缘层；设置一导体层于所述的绝缘层上，且该导体层的宽度小于所述的绝缘层的宽度；以及同时将所述的绝缘层与所述的导体层旋绕于所述的铁芯外部。
10. 如权利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述的导体层以迭置的 方式，设置于所述的绝缘层上。
11. 如权利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述的导体层以蒸镀的 方式，设置于所述的绝缘层上。
全文摘要
本发明提供一种变压器，该变压器包括一铁芯及至少一绕组。绕组是由一长条型绝缘层与设置于绝缘层上的一导体层旋绕于铁芯外部而成，其中导体层的宽度小于绝缘层的宽度。另外，变压器还包括一初级侧绕线，旋绕于铁芯外部。当变压器为升压变压器时，初级侧绕线的匝数小于绕组的匝数，且初级侧绕线连接至电源端，次级绕组连接至负载端。变压器的绕组采用层迭绕线的工法，可大量减少高电压端与地端间的分布电容及杂散电容。
文档编号H01F27/28GK101419860SQ20071016744
公开日2009年4月29日 申请日期2007年10月25日 优先权日2007年10月25日
发明者蔡崇立, 蔡明和, 黄煜斌 申请人:中茂电子(深圳)有限公司