一种应用于大电流场景的四叶草型高频变压器平面绕组

本发明属于高频变压器绕组，涉及一种应用于大电流场景的四叶草型高频变压器平面绕组。

背景技术：

1、高频变压器是应用于开关电源的隔离元件，工作频率从几千赫兹到几兆赫兹不等，在数据中心电源、航空电源、通信电源等领域，往往需要电源能够将较高的直流电源转换为较低的直流电压，且功率需求不断增大。这导致电源中的变压器具有高边比、大电流两个特点。同时为了缩小体积、提高功率密度，通常使用pcb绕组代替传统的利兹线绕组。传统技术中针对大变比的解决办法是矩阵变压器，将变压器分为若干个子变压器，每个子变压器原边串联副边并联，降低每个子变压器的变比。图8展示了传统技术中矩阵变压器电路原理，四个4:1的变压器原边串联副边并联可实现16:1的总变比。图9展示了传统技术中的矩阵变压器方案绕组与磁通方向，该变压器共有4个中柱，每个中柱为一个子变压器，变比是4:1，图中原边每层绕2匝，共4匝，副边是中心抽头绕组，需要两个绕组，因此子变压器的变比应该是4:1:1。

2、然而，传统技术中的矩阵变压器在解决大变比问题的同时，通过副边并联的方式降低了副边绕组的电流应力。但随着电源功率的需求越来越大，变压器所承担的电流应力也越来越大，原边绕组电压等级高，相应的电流应力远远小于副边绕组，因此副边绕组的损耗是限制整个电源效率提升的重要因素之一。降低副边损耗的方式包括降低电流应力和降低绕组电阻，降低电流应力可以通过增加副边绕组并联数量实现，但是这种方法会增加pcb层数，导致成本上升且不利于散热。最好的办法是降低副边绕组的电阻。传统技术中副边绕组绕中柱一圈，绕组长度过大。因此，需要一种更好的降低副边绕组的电阻的方式来解决这一技术问题。

技术实现思路

1、本发明解决技术问题所采取的技术方案是：一种应用于大电流场景的四叶草型高频变压器平面绕组，包括：原边绕组、副边绕组，副边绕组分别位于副边的磁芯中柱的两端，副边绕组的绕线半环绕磁芯中柱的外圆周，副边绕组的绕线两端分别设有整流管、输出电容，整流管用于限制电流方向，输出电容用于滤除交流分量，副边绕组的绕线穿过变压器的磁通感应窗口；当副边绕组的绕线穿过磁通感应窗口时，副边绕组和整流管、输出电容共同组成全波整流电路进行电源转换。

2、优选的，所述副边绕组呈内凹的四叶草状，磁芯中柱设有四个，副边绕组的四条弧形边分别半环绕四个磁芯中柱的外圆周，整流管、输出电容分别电连接弧形边的两端；原边绕组设置一个中柱，副边绕组设有四个磁芯中柱，原边绕组绕在中柱，产生的磁通量是φ，因此每个副边的磁芯中柱的磁通量都是0.25φ，进围绕每个磁通感应窗口的磁通量是0.25φ，因此穿越磁通感应窗口一次的副边绕组产生的感应电压是穿越四次的副边绕组的1/4。

3、更优的，所述磁芯中柱一端的副边绕组的四角分别间隔交错设置整流管、输出电容，磁芯中柱两端副边绕组的整流管、输出电容沿轴向错位设置；在同一端间隔交错、在两端分别沿轴线错位设置的整流管、输出电容解决了同一个副边绕组只有一半周期导通，另一半周期不导通的问题。

4、更优的，所述副边绕组为采用印刷电路板制成的呈四叶草型的导线通路绕组；一个完整的四叶草型导线通路绕组代替传统方案中的四个绕组，便于绘制和制造。

5、更优的，所述副边绕组为中心抽头绕组。

6、更优的，所述副边绕组上设有输出端口gnd，输出端口gnd电连接至副边绕组的绕线，输出端口gnd用于电流输出。

7、更优的，所述副边绕组为四片瓦状的绕线拼接成四叶草状，副边绕组的每个瓦状绕线上均设有输出端口gnd、整流管、输出电容；瓦状拼接的四叶草状绕线为另一种整流管和输出电容的摆放方式。

8、更优的，所述整流管包括：二极管或mos管；整流管一般是mos管，其起到的作用是整流，二极管的作用同样是整流，但是二极管导通压降太大，会造成很大的损耗，两者的导通关断时刻的作用是相同的。

9、本发明的有益效果是：

10、1.本发明在不影响变压器正常工作的情况下缩短绕组的长度，长度仅为传统方案的二分之一，能够有效降低副边绕组的交流电阻，进而提高电源效率。

11、2.本发明采用一个完整的四叶草型导线通路的印刷电路板绕组代替传统方案中的四个绕组，便于绘制和制造，因此能够实现模块化生产，集成度更高，生产装配更高效。

技术特征：

1.一种应用于大电流场景的四叶草型高频变压器平面绕组，其特征在于，包括：原边绕组、副边绕组(2)，所述副边绕组(2)分别位于副边的磁芯中柱(1)的两端，所述副边绕组(2)的绕线半环绕所述磁芯中柱(1)的外圆周，所述副边绕组(2)的绕线两端分别设有整流管(3)、输出电容(4)，所述整流管(3)用于限制电流方向，所述输出电容(4)用于滤除交流分量，所述副边绕组(2)的绕线穿过变压器的磁通感应窗口。

2.根据权利要求1所述的一种应用于大电流场景的四叶草型高频变压器平面绕组，其特征在于，所述副边绕组(2)呈内凹的四叶草状，所述磁芯中柱(1)设有四个，所述副边绕组(2)的四条弧形边分别半环绕四个所述磁芯中柱(1)的外圆周，所述整流管(3)、输出电容(4)分别电连接弧形边的两端。

3.根据权利要求2所述的一种应用于大电流场景的四叶草型高频变压器平面绕组，其特征在于，所述磁芯中柱(1)一端的副边绕组(2)的四角分别间隔交错设置整流管(3)、输出电容(4)，所述磁芯中柱(1)两端副边绕组(2)的整流管(3)、输出电容(4)沿轴向错位设置。

4.根据权利要求2所述的一种应用于大电流场景的四叶草型高频变压器平面绕组，其特征在于，所述副边绕组(2)为采用印刷电路板制成的导线通路绕组。

5.根据权利要求2所述的一种应用于大电流场景的四叶草型高频变压器平面绕组，其特征在于，所述副边绕组(2)为中心抽头绕组。

6.根据权利要求2所述的一种应用于大电流场景的四叶草型高频变压器平面绕组，其特征在于，所述副边绕组(2)上设有输出端口gnd(7)，所述输出端口gnd(7)电连接至副边绕组(2)的绕线。

7.根据权利要求6所述的一种应用于大电流场景的四叶草型高频变压器平面绕组，其特征在于，所述副边绕组(2)为四片瓦状的绕线拼接成四叶草状，所述副边绕组(2)的每个瓦状绕线上均设有输出端口gnd(7)、整流管(3)、输出电容(4)。

8.根据权利要求2所述的一种应用于大电流场景的四叶草型高频变压器平面绕组，其特征在于，所述整流管(3)包括：二极管或mos管。

技术总结
本发明属于高频变压器绕组技术领域，涉及一种应用于大电流场景的四叶草型高频变压器平面绕组，包括：原边绕组、副边绕组，副边绕组分别位于副边的磁芯中柱的两端，副边绕组的绕线半环绕磁芯中柱的外圆周，副边绕组的绕线两端分别设有整流管、输出电容，整流管用于限制电流方向，输出电容用于滤除交流分量，副边绕组的绕线穿过变压器的磁通感应窗口，本发明在不影响变压器正常工作的情况下缩短绕组的长度，长度仅为传统方案的二分之一，能够有效降低副边绕组的交流电阻，进而提高电源效率。

技术研发人员：周伟,杨旭,陈文洁
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24