[发明专利]变压器及其制造方法

说明书

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

变压器具有电压、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已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＝1/2π×F×C

电容量以1PF、频率为100Khz代入，可得电容抗：

1/2×3.14×100EXP³×1EXP^-12＝1.59MΩ

当电压值为8000V时，损失功率为：

8000V²÷1.59MΩ＝40VA

由上述计算得知，即使只有1PF电容量，当频率为100Khz时，即会产生1.59MΩ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(Corona)现象，而造成急速的温升现象(约5分钟内即超过80℃)。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。