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CN206259239U - Pcb板变压器及其线圈板 - Google Patents

Pcb板变压器及其线圈板 Download PDF

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CN206259239U
CN206259239U CN201621395261.9U CN201621395261U CN206259239U CN 206259239 U CN206259239 U CN 206259239U CN 201621395261 U CN201621395261 U CN 201621395261U CN 206259239 U CN206259239 U CN 206259239U
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coil
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宋海斌
卢增艺
章进法
刘诗威
周健
许道飞
宋建伟
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Delta Electronics Shanghai Co Ltd
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Delta Electronics Shanghai Co Ltd
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Abstract

本实用新型公开了一种PCB板变压器及其线圈板，PCB板变压器包含PCB板变压器线圈板及磁芯，PCB板变压器线圈板包含PCB板、初级侧线圈和次级侧线圈，初级侧线圈和次级侧线圈均绕设于磁芯的一磁柱上，且各自具有与其对应的至少一个过孔，过孔设于PCB板上，在初级侧线圈和次级侧线圈中，匝数较少的线圈所对应的过孔设置于匝数较多的线圈的内侧与磁芯的磁柱之间。

Description

PCB板变压器及其线圈板
技术领域
本实用新型涉及一种变压器，具体地说，是涉及一种PCB板变压器及其线圈板。
背景技术
变压器的设计是开关电源设计的核心。近年来，随着对开关电源小型化的要求越来越高，开关电源向高频化发展，变压器漏感对开关电源效率的影响也越来越大，此限制了开关电源对高效率的追求。为适应开关电源小型化和高效率的发展，人们已将变压器的结构设计由传统的绕线式改进到PCB平板式。
尽管PCB平板式变压器相对于传统绕线式变压器，体积和漏感都有所减小，但仍可以通过优化PCB平板式变压器的结构，来进一步减小变压器的体积和漏感，以适应开关电源小型化和高效率的发展趋势。
实用新型内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一PCB板变压器，通过优化连接变压器线圈的过孔的位置，可以进一步减小变压器的体积，同时可以减小次级侧环路或初级侧环路的大小以减小漏感。
本实用新型是通过以下技术方案来实现：
一种PCB板变压器，包含PCB板变压器线圈板及磁芯，所述PCB板变压器线圈板包含PCB板、初级侧线圈和次级侧线圈，所述初级侧线圈和所述次级侧线圈均绕设于所述磁芯的一磁柱上，且各自具有与其对应的至少一个过孔，所述过孔设于所述PCB板上，其中，所述初级侧线圈和所述次级侧线圈中，匝数较少的线圈所对应的过孔设置于匝数较多的线圈的内侧与所述磁柱之间。
上述的PCB板变压器，其中，所述PCB板变压器线圈板包括多层结构，其中，所述次级侧线圈位于第一层和最后一层，所述初级侧线圈位于中间层，并且所述次级侧线圈的匝数少于所述初级侧线圈的匝数。
上述的PCB板变压器，其中，所述次级侧线圈的各层之间通过其所对应的过孔连接。
上述的PCB板变压器，其中，所述次级侧线圈的过孔设置于所述初级侧线圈的内侧与所述磁柱之间。
上述的PCB板变压器，其中，所述次级侧线圈上设置有次级侧同步整流管。
上述的PCB板变压器，其中，所述次级侧线圈上设置有次级侧整流二极管。
上述的PCB板变压器，其中，所述PCB板变压器线圈板包括多层结构，其中，所述初级侧线圈位于第一层和最后一层，所述次级侧线圈位于中间层，并且所述初级侧线圈的匝数少于所述次级侧线圈的匝数。
上述的PCB板变压器，其中，所述初级侧线圈的各层之间通过其所对应的过孔连接。
上述的PCB板变压器，其中，所述初级侧线圈的过孔设置于次级侧线圈的内侧与所述磁柱之间。
上述的PCB板变压器，其中，所述初级侧线圈上设置有初级侧同步整流管。
上述的PCB板变压器，其中，所述PCB板变压器为用于反激式变换器的变压器。
本实用新型还提供一种PCB板变压器线圈板，包含PCB板、初级侧线圈和次级侧线圈，所述初级侧线圈和所述次级侧线圈各自具有与其对应的至少一个过孔，所述过孔设于所述PCB板上，所述PCB板包括与一磁芯的一磁柱对应的通孔，且所述初级侧线圈及所述次级侧线圈均绕设于所述磁柱上，其特征在于，所述初级侧线圈和所述次级侧线圈中，匝数较少的线圈所对应的过孔设置于匝数较多的线圈的内侧与所述通孔之间。
上述的PCB板变压器线圈板，其中，所述PCB板变压器线圈板包括多层结构，其中，所述次级侧线圈位于第一层和最后一层，所述初级侧线圈位于中间层，且所述次级侧线圈的匝数少于所述初级侧线圈的匝数。所述次级侧线圈的各层之间通过其所对应的过孔连接。所述过孔设置于初级侧线圈的内侧与所述通孔之间。
上述的PCB板变压器线圈板，其中，所述次级侧线圈上还设置有次级侧同步整流管。
上述的PCB板变压器线圈板，其中，所述次级侧线圈上还设置有次级侧整流二极管。
上述的PCB板变压器线圈板，其中，所述PCB板变压器线圈板包括多层结构，其中，所述初级侧线圈位于第一层和最后一层，所述次级侧线圈位于中间层，并且所述初级侧线圈的匝数少于所述次级侧线圈的匝数。所述初级侧线圈的各层之间通过其所对应的过孔连接。所述过孔设置于次级侧线圈的内侧与所述通孔之间。
上述的PCB板变压器线圈板，其中，所述初级侧线圈上设置有初级侧功率开关管。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：
通过将初级侧线圈和次级侧线圈中，匝数较少的线圈所对应的过孔设置于匝数较多的线圈的内侧与磁芯的磁柱之间，可以在物理结构上减小由其构成的环路的大小，从而减小漏感，并且可以减小PCB板变压器线圈板的面积，有利于电子元件的小型化。
附图说明
图1为现有技术反激式变换器的原理图；
图2为现有PCB变压器线圈示意图；
图3A-3F为图2的PCB板变压器线圈板的分层示意图；
图4A为本实用新型PCB板变压器的爆炸图；
图4B为本实用新型PCB板变压器的PCB中线圈的爆炸图；
图5为本实用新型一实施例中PCB板变压器的线圈示意图；
图6A-6G为图5的PCB板变压器线圈板的分层示意图；
图7为图5的线圈结构示意图；
图8为本实用新型另一实施例中PCB板变压器的线圈示意图；
图9A-9G为图8的PCB板变压器线圈板的分层示意图。
其中，附图标记为：
11、11’：PCB板
111、111’：通孔
12:次级侧同步整流管
13:初级侧功率开关管
k、S、S’：过孔
PRI：初级侧线圈
SEC：次级侧线圈
L1、L2、L3、L4、L5、L6：层数
具体实施方式
兹有关本实用新型的详细内容及技术说明，现以一较佳实施例来作进一步说明，但不应被解释为本实用新型实施的限制。
隔离型开关电源，通常包括变压器、初级侧功率开关管、输入母线电容、次级侧同步整流管及输出电容。以如图1所示的反激式变换器为例，其包括变压器110、初级侧功率开关管S1、输入母线电容Cin、次级侧同步整流管S2及输出电容Cout，其中变压器110包括初级侧线圈PRI及次级侧线圈SEC。在传统的线圈式变压器的设计中，人们常常只关心变压器线圈的排布关系对漏感的影响，由此发展出了三明治、交错式(Interleave)等绕线方法以减小漏感。但对开关电源效率产生影响的漏感，不仅仅包括由于初次级侧线圈耦合不充分带来的漏感，还包括由输入母线电容、初级侧功率开关管以及初级侧线圈围成的环路带来的漏感，和由输出电容、次级侧同步整流管以及次级侧线圈围成的环路带来的漏感。
请参照图2及图3A-3F，图2为现有PCB板变压器的线圈示意图，图3A-3F为现有PCB板变压器线圈板的分层示意图。如图2及图3A-3F所示，PCB板变压器线圈板包含与磁芯的一磁柱对应的通孔、过孔、初级线圈PRI及次级线圈SEC。初级侧线圈PRI和次级侧线圈SEC均绕设于上述磁柱上，连接次级侧线圈的过孔k位于初级侧线圈PRI的外侧。在上述结构中，磁芯、次级侧同步整流管同时作为次级侧器件，由于连接不同层级线圈的过孔k的存在，使得次级侧同步整流管不能更进一步靠近磁芯。一方面，不能进一步减小PCB板的面积、进而减小整个模块的体积；另一方面，不能进一步减小次级侧的环路大小、进而减小变压器的漏感。对于初级线圈PRI位于第一层和最后一层的PCB板变压器，其原理和问题亦如上所述，在此不再详述。
请参照图4A至图6A-6G，图4A为本实用新型PCB板变压器的爆炸图；图4B为本实用新型PCB板变压器的PCB中线圈的爆炸图，图5为本实用新型一实施例中PCB板变压器的线圈示意图；图6A-6G为图5的PCB板变压器线圈板的分层示意图。如图4A至图6A-6G所示，本实用新型的PCB板变压器包含PCB板变压器线圈板及磁芯，PCB板变压器线圈板包含PCB板11、初级侧线圈PRI和次级侧线圈SEC；初级侧线圈PRI、次级侧线圈SEC设于所述PCB板11中，并且PCB板11上开设有和初级侧线圈PRI与次级侧线圈SEC对应的至少一个过孔S；磁芯具有磁柱，PCB板11上还设置有与该磁柱对应的通孔111，初级侧线圈PRI和次级侧线圈SEC均绕设于该磁柱上。需要说明的是，磁芯亦可以具有多个磁柱，多个磁柱上可分别绕设有一组初级侧线圈和次级侧线圈，本实用新型不以此为限。
如图5所示，次级侧线圈SEC的匝数少于初级侧线圈PRI的匝数，将次级侧线圈SEC设置于第一层和最后一层，初级侧线圈PRI位于中间层。需要说明的是，图5仅是为了示意次级侧线圈SEC的匝数少于初级侧线圈PRI的匝数，并不代表实际的线圈匝数。进一步，请参考图6A-6G的PCB板变压器线圈板的分层示意图，PCB板变压器线圈板包括多层结构，次级侧线圈SEC的第一匝L1位于第一层，如图6A所示；次级侧线圈SEC的第二匝L6位于最后一层，如图6F所示；次级侧线圈SEC的第一匝L1与次级侧线圈SEC的第二匝L6之间通过其所对应的过孔S连接；初级侧线圈PRI的各匝L2至L5位于中间层；过孔S设置于初级侧线圈PRI的内侧与通孔111之间；如此可减小PCB板变压器线圈板的体积，以适应开关电源小型化的发展趋势。
更进一步地，PCB板变压器上还设置有次级侧同步整流管12，次级侧同步整流管12可靠近次级侧线圈SEC设置，如图6F中示出次级侧同步整流管12设置于次级侧线圈SEC一侧，如此可使次级侧同步整流管12更靠近磁芯，进而减小输出电容Cout、次级侧同步整流管12以及次级侧线圈SEC围成的环路，如此减小环路带来的漏感，提高变换器的效率，但本实用新型并不以此为限。进一步地，还可将次级侧同步整流管12直接设置于次级侧线圈SEC上，如图6G中示出，以进一步减小输出电容Cout、次级侧同步整流管12以及次级侧线圈SEC围成的环路，如此减小环路带来的漏感，提高变换器的效率，并同时使开关电源小型化。根据应用场合、电路拓扑等的不同，PCB板变压器上还可设置其他的次级侧功率器件，本实用新型并不以此为限，例如，图6中的次级侧同步整流管12亦可被替换为次级侧整流二极管。
请参照图7，图7为图5的一种线圈结构示意图。如图7所示，以PCB板变压器为用于反激式变换器的变压器为例，具体说明本实用新型的PCB板变压器的线圈结构。其中，初级侧线圈PRI具有20匝，次级侧线圈SEC具有2匝，按6层板PCB线圈板结构设计：第一层和第六层为次级侧线圈SEC，每层一匝，经由过孔串联；第二至五层为初级侧线圈PRI，每层五匝，初级侧各层线圈经由过孔串联。
虽然上述实施例的过孔S设计是针对次级侧线圈SEC，但本实用新型并不以此为限，于环路对漏感影响的特性可知，构成环路的主功率线圈的匝数越少，环路对漏感的影响越大。因此，对于PCB板变压器的设计，通过将匝数少的主功率线圈的连接过孔移动到匝数多的主功率线圈内侧和磁柱(通孔)之间，可以在物理结构上减小由其对应侧构成的环路的大小，从而减小漏感。如上述实施例所示，通过将次级侧线圈SEC的连接过孔移动到初级侧线圈PRI内侧和磁柱(通孔)之间，可以在物理结构上减小由次级侧构成的环路的大小，从而减小漏感。
请参照图8及图9A-9G，图8为本实用新型另一实施例中PCB板变压器的线圈示意图；图9A-9G为图8的PCB线圈板分层示意图。图8及图9A-9G所示的PCB板变压器的结构与图5及图6A-6G所示的PCB板变压器的结构大致相同，线圈分层结构也大致与图6A-6G相同，因此现仅对不同之处进行说明。图8及图9A-9G所示的PCB板变压器线圈板包括多层结构，初级侧线圈PRI的匝数少于次级侧线圈SEC的匝数，并且初级侧线圈PRI位于第一层和最后一层，次级侧线圈SEC位于中间层，初级侧线圈PRI的各层之间通过其所对应的过孔S’连接；PCB板11’上还设置有与磁芯的磁柱对应的通孔111’；过孔S’设置于次级侧线圈SEC的内侧与通孔111’之间。如此可减小PCB板变压器线圈板的体积，以适应开关电源小型化的发展趋势。同样的，图8及图9A-9G所示的PCB板变压器的PCB板11’还上还可设置有初级侧功率开关管13，初级侧功率开关管13靠近初级侧线圈PRI，如图9F中示出初级侧功率开关管13设置于初级侧线圈PRI一侧，如此可使初级侧功率开关管13更靠近磁芯，进而输入母线电容Cin、初级功率开关管13以及初级侧线圈PRI围成的环路，如此减小环路带来的漏感，提高变换器的效率，但本实用新型并不以此为限。进一步地，还可将初级侧功率开关管13直接设置于初级侧线圈PRI上，如图9G中所示,以进一步减小输入母线电容Cin、初级侧功率开关管13以及初级侧线圈PRI围成的环路，如此减小环路带来的漏感，提高变换器的效率，并同时使开关电源小型化。
需要说明的是：以上实施例仅仅用以说明本实用新型，而并非限制本实用新型所描述的技术方案；同时，尽管本说明书参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或等同替换；因此，一切不脱离本实用新型的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本实用新型所附权利要求的保护范围之内。

Claims (21)

1.一种PCB板变压器，包含PCB板变压器线圈板及磁芯，所述PCB板变压器线圈板包含PCB板、初级侧线圈和次级侧线圈，所述初级侧线圈和所述次级侧线圈均绕设于所述磁芯的一磁柱上，且各自具有与其对应的至少一个过孔，所述过孔设于所述PCB板上，其特征在于，所述初级侧线圈和所述次级侧线圈中，匝数较少的线圈所对应的过孔设置于匝数较多的线圈的内侧与所述磁柱之间。
2.如权利要求1所述的PCB板变压器，其特征在于，所述PCB板变压器线圈板包括多层结构，其中，所述次级侧线圈位于第一层和最后一层，所述初级侧线圈位于中间层，并且所述次级侧线圈的匝数少于所述初级侧线圈的匝数。
3.如权利要求2所述的PCB板变压器，其特征在于，所述次级侧线圈的各层之间通过其所对应的过孔连接。
4.如权利要求3所述的PCB板变压器，其特征在于，所述次级侧线圈的过孔设置于所述初级侧线圈的内侧与所述磁柱之间。
5.如权利要求4所述的PCB板变压器，其特征在于，所述次级侧线圈上设置有次级侧同步整流管。
6.如权利要求4所述的PCB板变压器，其特征在于，所述次级侧线圈上设置有次级侧整流二极管。
7.如权利要求1所述的PCB板变压器，其特征在于，所述PCB板变压器线圈板包括多层结构，其中，所述初级侧线圈位于第一层和最后一层，所述次级侧线圈位于中间层，并且所述初级侧线圈的匝数少于所述次级侧线圈的匝数。
8.如权利要求7所述的PCB板变压器，其特征在于，所述初级侧线圈的各层之间通过其所对应的过孔连接。
9.如权利要求8所述的PCB板变压器，其特征在于，所述初级侧线圈的过孔设置于次级侧线圈的内侧与所述磁柱之间。
10.如权利要求9所述的PCB板变压器，其特征在于，所述初级侧线圈上设置有初级侧功率开关管。
11.如权利要求1所述的PCB板变压器，其特征在于，所述PCB板变压器为用于反激式变换器的变压器。
12.一种PCB板变压器线圈板，包含PCB板、初级侧线圈和次级侧线圈，所述初级侧线圈和所述次级侧线圈各自具有与其对应的至少一个过孔，所述过孔设于所述PCB板上，所述PCB板包括与一磁芯的一磁柱对应的通孔，且所述初级侧线圈及所述次级侧线圈均绕设于所述磁柱上，其特征在于，所述初级侧线圈和所述次级侧线圈中，匝数较少的线圈所对应的过孔设置于匝数较多的线圈的内侧与所述通孔之间。
13.如权利要求12所述的PCB板变压器线圈板，其特征在于，所述PCB板变压器线圈板包括多层结构，其中，所述次级侧线圈位于第一层和最后一层，所述初级侧线圈位于中间层，且所述次级侧线圈的匝数少于所述初级侧线圈的匝数。
14.如权利要求13所述的PCB板变压器线圈板，其特征在于，所述次级侧线圈的各层之间通过其所对应的过孔连接。
15.如权利要求14所述的PCB板变压器线圈板，其特征在于，所述次级侧线圈的过孔设置于初级侧线圈的内侧与所述通孔之间。
16.如权利要求15所述的PCB板变压器线圈板，其特征在于，所述次级侧线圈上设置有次级侧同步整流管。
17.如权利要求15所述的PCB板变压器线圈板，其特征在于，所述次级侧线圈上设置有次级侧整流二极管。
18.如权利要求12所述的PCB板变压器线圈板，其特征在于，所述PCB板变压器线圈板包括多层结构，其中，所述初级侧线圈位于第一层和最后一层，所述次级侧线圈位于中间层，并且所述初级侧线圈的匝数少于所述次级侧线圈的匝数。
19.如权利要求18所述的PCB板变压器线圈板，其特征在于，所述初级侧线圈的各层之间通过其所对应的过孔连接。
20.如权利要求19所述的PCB板变压器线圈板，其特征在于，所述初级侧线圈的过孔设置于次级侧线圈的内侧与所述通孔之间。
21.如权利要求20所述的PCB板变压器线圈板，其特征在于，所述初级侧线圈上设置有初级侧功率开关管。
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