CN201138608Y

CN201138608Y - 一种新型平面变压器

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Publication number: CN201138608Y
Application number: CNU2007201960634U
Authority: CN
Inventors: 蔡俊东
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-12-14
Filing date: 2007-12-14
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2017-12-14

Abstract

本实用新型公开了一种新型平面变压器，包括了磁芯和设置在PCB板上的绕组，其特征在于，初级绕组设置在一块或一块以上的初级PCB板上，次级绕组设置在另一块或一块以上的次级PCB板上，且在初级PCB板和次级PCB板之间设置有绝缘层。实施本实用新型的新型平面变压器，既具有高效率，又能够在很高耐压要求下几乎不产生容性效应。

Description

一种新型平面变压器

技术领域

本实用新型涉及变压器，具体的说，是涉及一种新型平面变压器。

背景技术

二十世纪90年代中期开始，随着便携式电子通讯和信息处理设备，如手提电脑、移动电话、手机等需求的大量增加，采用表面安装技术的装配，就要求电子变压器小型化，体积小巧的铁氧体磁心平面变压器便应运而生了。与传统的变压器相比，平面变压器最大的区别在于磁心及其线圈绕组。平面变压器没有铜导线绕组，代之以单层或多层的印刷在PCB板(印刷电路板)上的导电线路薄层，因而其厚度远低于常规变压器。在平面变压器中，由于作为绕组的“导线”实际上是一些平面的导体，因而可得到很大的电流密度，每层绕组最大电流可达200A。同时，由于磁芯小，损耗少，它可得到更高的效率。当开关频率为500kHz时，其工作效率可达到97％，其高电流密度和高效率可使单个变压器功率高达5W-20000W。随着电子信息技术的发展，电子变压器将进一步的向小型轻量、高效安全、表面安装、片式、平面化、高可靠性和生产自动化方向发展。目前，国外的许多电源产品中都开始采用平面变压器技术，如蓄电池充电电源、通信设备分布式电源、UPS等。

对于一个理想的变压器来说，初级绕组所产生的磁通都穿过次级绕组，即没有漏磁通。而对普通变压器来说，初级绕组所产生的磁通并非都穿过次级绕组，于是就产生了漏感，电磁耦合的紧密要求也无法满足。因此，平面变压器的特点就显而易见了：平面绕组的紧密耦合使得漏感大大地减小；平面变压器特殊的结构使得它的高度非常的低，这使得将变压器做在一个PCB板上的设想得到实现。相反的，如果绕组间的间隙越大，则意味着漏感越大，也就产生了更高的能量损失。

因此，目前常见的平面变压器，一般都是将初级绕组和次级绕组直接印刷在一块多层的PCB板上。然而，这带来了两个新问题：一是，由于设置在一块PCB板上的多个绕组间的间距非常小，而PCB板材料本身的绝缘性能是有限的，特别是在要求达到安规标准的几千伏耐压要求时，所产生的容性效应将引起电磁干扰，因此，如果需要一个比较低的电容值，则必须在漏感和电容值之间做出一个折中的选择。二是，由于多个绕组的结构相似，一个绕组与另一个不同绕组的引脚之间的间距很小，一个绕组的引脚与另一个不同绕组的引脚之间的间距也很小，这导致设置在一块PCB板上的某个绕组与另一个不同绕组的引脚之间，以及两个不同绕组的引脚之间无法达到很高的耐压要求。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种既具有高效率，又能够在很高耐压要求下几乎不产生容性效应的新型结构的平面变压器。

本实用新型是这样实现的，一种新型平面变压器，包括了磁芯和设置在PCB板上的绕组，其特征在于，初级绕组设置在一块或一块以上的初级PCB板上，次级绕组设置在另一块或一块以上的次级PCB板上，且在初级PCB板和次级PCB板之间设置有绝缘层。

优选实施方式是，所述设置有初级绕组的初级PCB板与设置有次级绕组的次级PCB板交叉布置。

优选实施方式是，设置在两块或两块以上的初级PCB板上的初级绕组之间可以串联或并联连接。

优选实施方式是，设置在两块或两块以上的次级PCB板上的次级绕组之间可以串联或并联连接。

优选实施方式是，初级绕组的引脚与次级绕组的引脚设置在PCB板的同一侧；在初级绕组的引脚与次级绕组的引脚之间，初级绕组的引脚与次级绕组之间，以及初级绕组与次级绕组的引脚之间，均设置有绝缘隔离层。

优选实施方式是，初级绕组的引脚与次级绕组的引脚设置在PCB板的两侧，在初级绕组的引脚与次级绕组的引脚之间，在初级绕组的引脚与次级绕组之间，以及初级绕组与次级绕组的引脚之间，均设置有绝缘隔离层。

实施本实用新型的新型平面变压器，既具有普通平面变压器所惯有的优点，又能够满足很高的耐压要求，且几乎不产生容性效应。

附图说明

图1和图2分别是实施例一平面变压器的整体结构正反面示意图；

图3是图2的爆炸图；

图4是实施例一的电路图；

图5是图1的右侧视图；

图6是实施例二平面变压器的整体爆炸示意图；

图7是实施例二PCB板堆叠在一起时的示意图；

图8是实施例二平面变压器整体结构侧面视图；

图9是实施例二的电路图；

图10是实施例三的电路图；

图11和图12是实施例四的两种电路图。

具体实施方式

下面，结合附图和实施例对本实用新型的新型平面变压器作进一步的详细说明。

实施例一：初级绕组和次级绕组分别设置在两块PCB板上。

如图1和图2所示，本实用新型的新型平面变压器，初级绕组1设置在一块初级PCB板1A上，次级绕组设置2在另一块次级PCB板2A上；初级绕组1和次级绕组2的结构相同，均为直接印刷在一块PCB板上的蜗旋型导电线路薄层。

如图1和图3所示，设置在初级PCB板1A上表面的蜗旋型导电线路引出了引脚11，设置在初级PCB板1A下表面的蜗旋型导电线路引出了引脚12，设置在上下表面的蜗旋型导电线路通过PCB板上的贯通孔10连接在一起。同样的，如图1和图3所示，设置在次级PCB板2A上下表面的蜗旋型导电线路也引出了引脚21和22。

如图1所示，初级PCB板1A和次级PCB板2A上下紧密堆叠在一起，其中间设置有镂空的通孔M，由高频功率铁氧体软磁材料制成的磁芯(图中为示出)穿过该通孔M并环绕在两块PCB板的外围。则，上述结构即形成了一个标准的变压器电路，如图4所示，P端即为初级绕组，S端即为次级绕组；P端有初级绕组引脚11和12，S端有次级绕组引脚21和22。

在本实施例中，如上所述，初级绕组和次级绕组的蜗旋型导电线路是分别设置在两块PCB板上的，而不是如现在常见的平面变压器一样，将其设置在一块PCB板上的不同层，这增加了不同绕组间的间隔距离，从而提高了平面变压器的耐压性能，变压器所产生的电磁干扰也较小。

在本实施例中，如上所述，初级绕组的蜗旋型导电线路是分别设置在初级PCB板的上下表面的。显而易见的，为了增大初级绕组和次级绕组之间的匝数比，即，为了获得较大的变压幅度，初级绕组的蜗旋型导电线路也可以在初级PCB板内设置多层的蜗旋型导电线路；或者，次级绕组只在次级PCB板的上表面设置较少匝数的蜗旋型导电线路等等。更进一步的，本专利申请文本中所述的初级绕组，并不必然的连接电源的输入端；而次级绕组，也不必然的连接电源的输出端。

如图5所示，初级PCB板1A和次级PCB板2A的上下紧密堆叠，即意味着初级绕组和次级绕组的紧密耦合，从而使得该平面变压器的漏感大大地减小，转换时能量损失非常小；并且，这种结构使得变压器的整体高度几乎只需考虑引脚的长度，体型非常小巧，符合电子变压器小型化的趋势；变压器绕组所引出的11、12和21、22引脚可以很容易的实现自动化的表面装配。

如图5所示，在初级PCB板1A和次级PCB板2A之间，设置有绝缘层3。该绝缘层可以是通过真空浸漆工艺，在绕组的蜗旋型导电线路表面和PCB板表面覆盖一层绝缘漆；或者同时再填充超薄的绝缘材料等方法实现。该绝缘层可以有效的隔离初级绕组和次级绕组，提高了本实用新型平面变压器的耐压性能。同时，由于该绝缘层非常薄，人眼目视几乎无法辨别其厚度，因此，这对初级绕组和次级绕组的紧密耦合几乎不产生影响，解决了变压器效率指标与变压器耐压指标之间的矛盾，也在漏感和电容值之间取得了良好的平衡。

如图1、图2和图3所示，在本实用新型的一个优选实施方式中，初级绕组的引脚11和12，与次级绕组的引脚21和22，是设置在PCB板的同一侧的，这有利于将本变压器作为一个电子元件在电器电路板上实现自动化的表面装配。如图1所示，初级PCB板1A在靠近次级绕组引脚21和22根部位置的上方，设置了缺口；如图2所示，次级PCB板2A在靠近初级绕组引脚11和12周围位置，也设置了缺口。并且，这些缺口空间，还可以设置有绝缘隔离层，比如，在这些缺口位置填充绝缘材料，或者覆盖绝缘漆等。这些缺口结构，以及进一步的设置绝缘材料或覆盖绝缘漆等，共同构成了初级绕组与次级绕组的引脚之间，以及初级绕组的引脚与次级绕组之间的绝缘隔离方案。上述曾提到，在PCB板之间设置绝缘层可以采用真空浸漆工艺实现，此处，在初级绕组的引脚与次级绕组的引脚之间设置的绝缘隔离层，也可采用此工艺，即在所有引脚表面均完整的覆盖一层绝缘漆。这些绝缘技术方案，可以进一步的提高本实用新型平面变压器的耐压性能。显而易见的，本实用新型的又一个优选实施方式是，将初级绕组的引脚与次级绕组的引脚设置在PCB板的两侧，则，由于两个绕组的引脚间的间距增大，耐压性能将更好。如果，进一步的在初级绕组的引脚与次级绕组之间，以及初级绕组与次级绕组的引脚之间设置如上所述的绝缘技术方案，则采用此种优选实施方式所制造的变压器的耐压性能将更好。

实施例二：串联的两个初级绕组分设在上下两块PCB板上；次级绕组设置在一块PCB板上，并夹在初级绕组上下两块PCB板的中间。

如图6所示，在本实施例中，总共有三块设置了绕组的PCB板；其上下两块初级PCB板4A和6A上分别设置有初级绕组4和6；夹在4A和6A之间的次级PCB板5A上设置有次级绕组5。第一初级PCB板4A上设置的蜗旋型导电线路有引脚41和42，第二初级PCB板6A上设置的蜗旋型导电线路有引脚61和触点62，其中，引脚42与触点62连接，即，绕组4和绕组6是串联连接的，引脚41和61成为该变压器整体初级绕组的引脚。次级PCB板5A上设置的蜗旋型导电线路有引脚51和52。如图7所示，三块PCB板上下紧密堆叠在一起，构成一个平面变压器整体，如图6所示，由高频功率铁氧体软磁材料制成的磁芯M1穿过该通孔并环绕在三块PCB板的外围(如图8所示)。则，上述结构即形成了一个标准的变压器电路，如图9所示，P端即为初级绕组，S端即为次级绕组；P端有初级绕组引脚41和61，S端有次级绕组引脚51和52。

类似上述实施例一所描述的，在本实施例中，如图8所示，在PCB板4A和PCB板5A之间，以及在PCB板5A和PCB板6A之间，设置有绝缘层3。如上述实施例一一样，该绝缘层可以是通过真空浸漆工艺，在绕组的蜗旋型导电线路表面和PCB板表面覆盖一层绝缘漆；或者同时再填充超薄的绝缘材料等方法实现。该绝缘层可以有效的隔离初级绕组和次级绕组，提高了本实用新型平面变压器的耐压性能。同时，由于该绝缘层非常薄，人眼目视几乎无法辨别其厚度，因此，这对初级绕组和次级绕组的紧密耦合几乎不产生影响，解决了变压器效率指标与变压器耐压指标之间的矛盾，也在漏感和电容值之间取得了良好的平衡。

类似上述实施例一所描述的，在本实施例中，初级绕组的引脚与次级绕组的引脚可以设置在PCB板的同一侧；并在初级绕组的引脚与次级绕组的引脚之间，初级绕组的引脚与次级绕组之间，以及初级绕组与次级绕组的引脚之间，均设置有绝缘隔离层。或者，将初级绕组的引脚与次级绕组的引脚设置在PCB板的两侧(如图8所示)，并在初级绕组的引脚与次级绕组之间，以及初级绕组与次级绕组的引脚之间，设置绝缘隔离层。甚至，如上述实施例一所述的，在初级绕组的引脚与次级绕组的引脚之间也设置的绝缘隔离层，从而，进一步的保证本实施例平面变压器的耐压性能。

显然的，这种将设置有初级绕组的初级PCB板与设置有次级绕组的次级PCB板交叉布置的结构，能够增加初次级绕组间的耦合，减小了漏感，同时使得电流平均分布，减小变压器损耗。如果在初级绕组与次级绕组的匝数比没有变化的情况下，运用此种结构，即将初级绕组等分成设置在两块PCB板上的两个绕组，并将设置有次级绕组的PCB板夹在中间，此种平面变压器将比实施例一的变压器性能更好。当然，本实施例的此种结构，也可用于设置更多的初级绕组匝数，从而增大初次级绕组的匝数比，以制造出具有更大变压幅度的平面变压器。

实施例三：并联的两个初级绕组分设在上下两块PCB板上；次级绕组设置在一块PCB板上，并夹在初级绕组上下两块PCB板的中间。

本实施例的电路图，如图10所示；本实施例的PCB板堆叠结构，与实施例二相同；本实施例的引脚布置，与实施例二类似；本实施例的绝缘层和绝缘隔离层的设置，与实施例二相同；此处对此均不再一一赘述。则，由于初级绕组与次级绕组的匝数比没有变化，本实施例变压器的变压幅度没有变化；但是，由于存在两个并联的初级绕组，通过这些绕组导电线路的电流可以很大，即，本实施例下的平面变压器，可以成为一种大功率变压器。

实施例四：串联或并联的两个次级绕组分设在上下两块PCB板上；初级绕组设置在一块PCB板上，并夹在次级绕组上下两块PCB板的中间。

本实施例四，是上述实施例二和实施例三的反向运用，其电路图分别为图11和图12。由于PCB板交叉堆叠结构，引脚的布置，绝缘层和绝缘隔离层的设置等均与实施例三类似，此处不再赘述。

同理，如果本实用新型的平面变压器采用四块或者更多块的PCB板结构，并采用类似上述实施例所描述的绝缘层设置方案，其技术效果都相类似，即，可以获得一种既具有高效率，又能够在很高耐压要求下几乎不产生容性效应的新型平面变压器；如果进一步的采用如上述实施例所描述的不同种绕组的PCB板交叉堆叠结构，同种绕组串联或并联的连接方式等，将获得性能更优越，或者具有某种特性的平面变压器。

总之，上述实施例所描述的几种实施方式，并不代表本实用新型所有的实现方式；以上实施例不是对本实用新型的具体限定，所有与本实用新型技术方案相类似的构造，都应属于本实用新型的保护范围。

Claims

1、一种新型平面变压器，包括了磁芯和设置在PCB板上的绕组，其特征在于，初级绕组设置在一块或一块以上的初级PCB板上，次级绕组设置在另一块或一块以上的次级PCB板上，且在初级PCB板和次级PCB板之间设置有绝缘层。

2、根据权利要求1所述的新型平面变压器，其特征在于，所述设置有初级绕组的初级PCB板与设置有次级绕组的次级PCB板交叉布置。

3、根据权利要求1或2所述的新型平面变压器，其特征在于，设置在两块或两块以上的初级PCB板上的初级绕组之间可以串联或并联连接。

4、根据权利要求1或2所述的新型平面变压器，其特征在于，设置在两块或两块以上的次级PCB板上的次级绕组之间可以串联或并联连接。

5、根据权利要求1或2所述的新型平面变压器，其特征在于，初级绕组的引脚与次级绕组的引脚设置在PCB板的同一侧；在初级绕组的引脚与次级绕组的引脚之间，初级绕组的引脚与次级绕组之间，以及初级绕组与次级绕组的引脚之间，均设置有绝缘隔离层。

6、根据权利要求1或2所述的新型平面变压器，其特征在于，初级绕组的引脚与次级绕组的引脚设置在PCB板的两侧；在初级绕组的引脚与次级绕组的引脚之间，在初级绕组的引脚与次级绕组之间，以及初级绕组与次级绕组的引脚之间，均设置有绝缘隔离层。