用於隔離變壓器的安全屏障及包括安全屏障的隔離變壓器的製作方法

2023-10-17 03:53:24

專利名稱：用於隔離變壓器的安全屏障及包括安全屏障的隔離變壓器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於隔離變壓器的安全屏障，以及包括該安全屏障的隔離 變壓器。
背景技術：
隔離變壓器通常在電路中設置為使其一部分與不希望受到影響的其他部分隔離 開來，其初級與次級繞組比為1 1，以消除在沒有電壓變化時的直接連接。當前，越 來越多的隔離變壓器正使用三重絕緣線用於次級繞組，並使用常規的漆包線用於初級繞 組。許多這種變壓器在變壓器骨架上具有繞組，並裝配有磁芯以封閉磁通迴路。為了使 得變壓器線圈更細，通常將具有相對較厚塗層的三重絕緣線應用於次級繞組，這是因為 次級繞組上的總的匝數比初級繞組上的總的匝數少的多。因此，磁芯被認為是通過漆包 線由初級繞組來激勵。然而，如何定位次級端子成為了一個挑戰。必須將次級端子與變壓器磁芯和線 圈隔開安全的電氣間隙和爬電距離。該爬電距離例如在一種AC-DC前端中通常為8mm。 然而，這種隔開的空間隔離布局足以抵消利用三重絕緣線纏繞變壓器帶來的尺寸方面的 優點。傳統地，存在兩種將次級端子隔開的方式，一種是使用升高式骨架，一種是使用 非對稱式骨架。圖1示出了這種升高式骨架的一個示例。升高式骨架基本上將整個變壓器抬 高，以提供充分的豎向間隙。然而，這樣形成的變壓器不可能具有低輪廓。由於頂部 空間總是有限的，因此需要在磁芯底部上進行附加的包繞，以補償所述間隙。這種包 繞——通常為2層——在組裝變壓器的過程中增加了手動工作。圖2示出了非對稱式骨架的一個示例。非對稱式骨架將次級端子向側向擴展， 從而避開磁芯和線圈。為了實現變壓器的低輪廓，該方案需要更多的印刷電路板佔用空 間。上述兩種傳統的方案還具有另外一個共同的缺點。在磁芯廣泛暴露在外的情況 下，附近的次級部件必須與磁芯隔開。這對印刷電路的布局施加了限制，並導致空間利 用不足。JP 2008258250示出了一種具有殼體的變壓器，其中在小空間範圍內確保了高壓 端子與磁芯之間的絕緣距離。該變壓器包括一對磁芯；骨架，磁芯安裝於骨架；以及 纏繞在骨架上的高壓線圈和低壓線圈。該變壓器容納在盒狀的殼體中，高壓線圈的端子 穿過殼體的上表面的引導孔並沿著厚壁的側面引出，用於連接到高壓端子。低壓線圈的 端子從開口的側面引出並連接於低壓端子。

實用新型內容因此，本實用新型旨在提供一種摒除了傳統方案的局限的用於隔離變壓器的安 全屏障以及一種包括該安全屏障的隔離變壓器。[0009]根據本實用新型的第一方面，提供了一種用於隔離變壓器的安全屏障，所述隔 離變壓器包括磁芯、線圈、所述安全屏障、初級端子、次級端子、變壓器骨架以及印刷 電路板，所述初級端子和次級端子為通孔安裝式引腳，其中，所述安全屏障包括頂 部、背部、底部、以及兩個側部，所述安全屏障的頂部、背部、底部以及兩個側部分別 覆蓋所述隔離變壓器的頂部、次級側、底部以及兩個側部。優選地，所述安全屏障為扶手椅形。優選地，所述次級端子從所述安全屏障中延伸出。根據本實用新型的第二方面，提供了一種包括根據本實用新型第一方面的安全 屏障的隔離變壓器，其中，所述隔離變壓器的次級繞組由三重絕緣線構成。優選地，從所述次級繞組延伸的三重絕緣線從所述安全屏障的背部的上端伸 出，沿著所述背部向下布置，並且終止在所述次級端子處。根據本實用新型的第三方面，提供了一種用於隔離變壓器的安全屏障，所述隔 離變壓器包括磁芯、線圈、所述安全屏障、初級端子、次級端子、變壓器骨架以及印刷 電路板，所述初級端子和次級端子為表面貼裝式，其中，所述安全屏障包括前部、後 部、以及兩個側部，所述安全屏障的前部、後部、以及兩個側部分別覆蓋所述隔離變壓 器的次級側、初級側以及兩個側部。優選地，所述安全屏障為上端和下端開口的中空形狀。優選地，所述初級端子安裝在所述安全屏障的後部，並且所述次級端子安裝在 所述安全屏障的前部。根據本實用新型的第四方面，提供了一種包括根據本實用新型的第三方面的安 全屏障的隔離變壓器，其中，所述隔離變壓器的次級繞組由三重絕緣線構成。優選地，從所述次級繞組延伸的三重絕緣線從所述安全屏障的背部的上端伸 出，沿著所述背部向下布置，並且終止在所述次級端子處。本實用新型具有以下優點(1)與非對稱式骨架相比，覆蓋區域較小；(2)與升高式骨架相比，輪廓較小；(3)組裝簡單，勞力成本降低；(4)印刷電路板布局的自由度更大。事實上，選擇本實用新型的方案是為了間接地提高功率供給效率。對越來越高 的能效的追求要求AC-DC電源降低轉換頻率，以減小半導體設備的轉換損失。低頻要求 變壓器使用更大的磁芯。本實用新型彌補了較大的磁芯對變壓器總體尺寸的影響。

結合附圖，從以下對本實用新型的優選但非限制性的實施例的詳細描述中，將 更全面地理解本實用新型，在附圖中圖1是現有技術的升高式骨架的立體圖；圖2是現有技術的非對稱式骨架的立體圖圖3是示出了包括根據本實用新型的實施例的安全屏障的隔離變壓器的立體 圖；[0029]圖4是示出了包括根據本實用新型的另一實施例的安全屏障的隔離變壓器的立 體圖；圖5是應用了根據本實用新型的安全屏障的EE19型隔離變壓器的前視立體圖；圖6為圖5的隔離變壓器的後視立體圖；圖7為圖5的隔離變壓器的剖視平面圖；圖8為圖5的隔離變壓器的剖視前視圖；圖9為圖5的隔離變壓器的剖視側視圖；以及圖10示出了已有的帶有升高式骨架的E19型變壓器的尺寸。
具體實施方式
以下描述實質上只是示範性的且絕不意在限制本實用新型、其應用或使用。此 外，在所有附圖中使用相同的附圖標記來表示相同的部件。圖3示出了包括根據本實用新型的扶手椅形安全屏障的隔離變壓器1。如圖所 示，隔離變壓器1包括變壓器磁芯10、變壓器線圈20、扶手椅形安全屏障30、初級端子 40以及次級端子50。在圖3的示例中，隔離變壓器1的初級端子40和次級端子50為通 孔安裝式引腳。圖4示出了包括根據本實用新型的安全屏障的隔離變壓器1』。如圖所示，隔離 變壓器1』包括變壓器磁芯10、變壓器線圈20(未示出)、扶手椅形安全屏障30、初級端 子40、次級端子50、變壓器骨架60以及印刷電路板70。在圖4的示例中，隔離變壓器 1』的初級端子40和次級端子50為表面貼裝式，並與印刷電路板70相連。如圖3所示，次級端子50裝載在扶手椅形屏障30上並從中延伸。在圖3的示 例中，屏障30為一側敞開的扶手椅形，其包括頂部、背部、底部以及兩個側部，屏障30 的頂部、背部、底部以及兩個側部分別覆蓋隔離變壓器1的頂部、次級側、底部以及兩 個側部。引腳式次級端子50從屏障30的背部的下端伸出。從次級繞組延伸的三重絕緣 線80從屏障30的背部的上端伸出，沿著背部向下布置，終止在次級端子50處。因此， 通過設置屏障30，有效地實現了初級端子40和次級端子50之間的安全爬電距離。如圖4所示，初級端子40和次級端子50都裝載在屏障30上。在本示例中，隔 離變壓器1，為EE12型。隔離變壓器1，的線圈20和磁芯10都位於屏障30內，並且 屏障30連續地覆蓋隔離變壓器1』的次級側、初級側以及兩個側部。因此，這種覆蓋將 次級端子50和相應的印刷電路板(或襯墊)70與線圈20和磁芯10隔離開一定的爬電距 離。所述爬電距離由適用的安全標準來規定，在本示例中例如為8mm。在圖4中還示 出了隔離變壓器1』和屏障30的一些尺寸。例如，安全屏障30的長度Ll為13.9mm， 磁芯10的長度L2為12.4mm，磁芯10的頂部至PCB 70的表面的距離H為13.5mm，初 級端子40與次級端子50之間的距離W為13.7mm。線圈20 (未示出)纏繞在骨架60上，並且磁芯10安裝於骨架60。安全屏障30 包圍骨架60和磁芯10。如圖所示，安全屏障30為中空的形狀，其具有敞開的上端和下 端，磁芯10的頂部從所述上端暴露出，而所述下端連接在印刷電路板70上。初級端子 40和次級端子50分別在屏障30的下端側安裝於屏障30的後部和前部，並且初級端子40 和次級端子50連接在印刷電路板70上。由三重絕緣線80構成的次級繞組50的絕緣線80的端頭從安全屏障30的背部的上端伸出，沿著所述背部向下布置，終止在次級端子50 處。在多數應用場合下，對於EN60950型號的變壓器，初級端子40和次級端子50之 間需要最小為8mm的爬電距離。在圖4中分別示出了爬電路徑I和爬電路徑II。爬電 路徑I從次級端子50至線圈20，在本示例中為9.1mm。爬電路徑II從印刷電路板70的 表面至磁芯10，在本示例中為11.1mm。通過本實用新型，能夠實現非常高的空間利用 率。雖然設置屏障30使隔離變壓器1』的總體寬度增加了 Imm至1.5mm，但是在水平 方向和高度上節省了空間。此外，在印刷電路布局上也顯著地節省了空間。下面以EE19型隔離變壓器為例來圖示本實用新型在尺寸減小方面的優勢。圖 5為應用了根據本實用新型的安全屏障的隔離變壓器的前視立體圖，圖6為該隔離變壓 器的後視立體圖，圖7-9分別為該隔離變壓器的剖視平面圖、剖視前視圖以及剖視側視 圖，示出了該隔離變壓器的各種尺寸。在本示例中，使用扶手椅形屏障將磁芯10和線圈20與次級端子50隔開8mm的 安全爬電距離。此外，還能夠將次級導體部件緊靠「扶手椅」的背部布置。如圖7-9所示，應用了該扶手椅形安全屏障的隔離變壓器的長度L3為0.82英 寸，寬度W2為0.61英寸，高度H，為0.67英寸，磁芯10的長度L4為0.77英寸，初級 端子40之間的間距Sl —般為0.16英寸，次級端子50之間的間距S2 —般為0.16英寸， 並且初級端子40與次級端子50之間的距離Wl為0.43英寸。圖10示出了已有的帶有升 高式骨架的E19變壓器的尺寸，該變壓器的長度為0.76英寸，寬度為0.65英寸，高度為 0.93英寸。在圖10中，高的骨架將該線圈和磁芯與次級端子(弓丨腳)隔開至少8mm。 此外，需要在磁芯底部進行附加的包繞。在電路布局中，次級導體必須與升高的線圈隔 開。通過比較應用了本實用新型的扶手椅形屏障30的EE19型低輪廓隔離變壓器與已有 的帶有升高式骨架的E19變壓器，可以看到，根據本實用新型的隔離變壓器雖然覆蓋區 域增加了 4%，但其高度卻減小了 27%，並且總的封裝體積減小了 17.5%。新的磁芯減 小到EE17的尺寸，但是變厚了，以提供更大的磁通通道。結果是，變壓器的功率增大， 覆蓋區域的總體尺寸相當，但高度減小。本實用新型通過減小轉換頻率來提高電源的效率。這還能在不影響安全的情況 下增加包裝密度。本實用新型對任何需要輸入_輸出隔離的電源來說都是節省空間並且製造環境 友好的方案。在對本實用新型進行了以上描述後，很明顯的是本實用新型可能以多種方式進 行變化。這些變化並不認為偏離本實用新型的宗旨和範圍，並且意在使所有這些對於本 領域技術人員來說顯而易見的改變都包括在權利要求的範圍內。本實用新型的保護範圍 由權利要求限定。工業應用性本實用新型可以應用於任何隔離變壓器以實現所述優點。例如，在幾乎所有 AC-DC前端中應用於輔助變壓器(待機變壓器)和門驅動變壓器，以便減小電源的實體 尺寸。所述隔離變壓器可以位於電源內或其他電氣、電子設備內，例如太陽能變頻器或 LED燈內。
權利要求1.一種用於隔離變壓器的安全屏障，所述隔離變壓器包括磁芯、線圈、所述安全屏 障、初級端子、次級端子、變壓器骨架以及印刷電路板，所述初級端子和次級端子為通 孔安裝式引腳，其特徵在於，所述安全屏障包括頂部、背部、底部、以及兩個側部， 所述安全屏障的頂部、背部、底部以及兩個側部分別覆蓋所述隔離變壓器的頂部、次級 側、底部以及兩個側部。
2.如權利要求1所述的安全屏障，其特徵在於，所述安全屏障為扶手椅形。
3.如權利要求1或2所述的安全屏障，其特徵在於，所述次級端子從所述安全屏障中 延伸出。
4.一種包括如權利要求1至3中任一項所述的安全屏障的隔離變壓器，其特徵在於， 所述隔離變壓器的次級繞組由三重絕緣線構成。
5.如權利要求4所述的隔離變壓器，其特徵在於，從所述次級繞組延伸的三重絕緣線 從所述安全屏障的背部的上端伸出，沿著所述背部向下布置，並且終止在所述次級端子 處。
6.—種用於隔離變壓器的安全屏障，所述隔離變壓器包括磁芯、線圈、所述安全屏 障、初級端子、次級端子、變壓器骨架以及印刷電路板，所述初級端子和次級端子為表 面貼裝式，其特徵在於，所述安全屏障包括前部、後部、以及兩個側部，所述安全屏 障的前部、後部、以及兩個側部分別覆蓋所述隔離變壓器的次級側、初級側以及兩個側 部。
7.如權利要求6所述的安全屏障，其特徵在於，所述安全屏障為上端和下端開口的中 空形狀。
8.如權利要求6或7所述的安全屏障，其特徵在於，所述初級端子安裝在所述安全屏 障的後部，並且所述次級端子安裝在所述安全屏障的前部。
9.一種包括如權利要求6至8中任一項所述的安全屏障的隔離變壓器，其特徵在於， 所述隔離變壓器的次級繞組由三重絕緣線構成。
10.如權利要求9所述的隔離變壓器，其特徵在於，從所述次級繞組延伸的三重絕緣 線從所述安全屏障的背部的上端伸出，沿著所述背部向下布置，並且終止在所述次級端 子處。
專利摘要本實用新型提供一種用於隔離變壓器的安全屏障，所述隔離變壓器包括磁芯、線圈、所述安全屏障、初級端子、次級端子、變壓器骨架以及印刷電路板，所述初級端子和次級端子為通孔安裝式引腳，其特徵在於，所述安全屏障包括頂部、背部、底部、以及兩個側部，所述安全屏障的頂部、背部、底部以及兩個側部分別覆蓋所述隔離變壓器的頂部、次級側、底部以及兩個側部。本實用新型還提供一種包括該安全屏障的隔離變壓器。本實用新型還可應用於表面貼裝式端子。
文檔編號H01F27/28GK201796678SQ20102029390
公開日2011年4月13日 申請日期2010年8月13日 優先權日2010年8月13日
發明者錢廣基 申請人:雅達電子國際有限公司