CN201032609Y - 一种高效独立型平面变压器 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种新型的高效独立型平面变压器，所述的独立型平面变压器包含一副上下对称的软磁铁氧体磁芯；初级绕组包含最少一块印刷电路板，每一块印刷电路板具有最少两层以上的层结构组成最少四圈以上的电感绕组；次级绕组包含最少二块平面铜板或二块印刷电路板，每一块平面铜板构成一个电感绕组圈数，或每一块印刷电路板具有最少两层以上的层结构构成最少一圈以上的电感绕组。平面变压器的初级绕组和次级绕组通过端子和主电路板进行电气连接。凭借此种独特的电感绕组引出结构，在初级绕组中，通过一块印刷电路板的不同放置正面和反面放置，就能组成两种不同的电感绕组输出连接结构；在次级绕组中，通过在主电路板上进行的短路连接或引出端子的连接，也能组成串联和并联两种电感绕组输出组合。这样的优点是使得在要求组成更多的绕组结构组合以满足不同的输入输出电压要求的系列产品中，能够减少一半以上的印刷电路板的制作费用，因而也就是大大地降低了产品的材料成本和制造成本。

Description

一种高效独立型平面变压器

技术领域

本实用新型涉及的是一种变压器结构，特别涉及的是一种使用至少一块具有两层以上结构组成相同或不同的电感绕组圈数构成初级绕组的印刷电路板，和至少二块平面铜板或二块印刷电路板构成次级绕组，和一对上下对称的软磁铁氧体磁芯，以及一些起电气连接作用的端子构成一个起能量传输和电气隔离的高效独立型平面变压器。所述的磁性器件广泛应用在电源供应特别是直流/直流转换器如图1所示中。

背景技术

为了节约能源和保护环境，目前各类数字设备正在使用越来越高的运算速度，并使其外形尺寸越来越微小型化。由于直流开关电源量大面广，所以节能后，可以显着减少所需的电能，也就减少了发电厂数量，减少了发电厂排放的废气废水对环境的污染。

为了适应节能和环保的要求，微电子电路正在使用越来越低的工作电压，以求电路中损耗的能量越来越少因为功率的损耗是和电压平方成正比P＝V2/R。目前起主导地位的5V和12V的供电方式将不会支配得太久，3.3V，2.5V，2V，1.8V，1.5V甚至1.2V的电压在许多电子设备中已经变成了标准的供电电压。事实上，在下一代高速微处理器和数字信号处理系统中，它们的供电电压甚至低在1.0V。

目前的这种朝更低的供电电压和更小外型的转变正在迅速地改变着电源的供应和包装技术。同时高频软开关和同步整流以及表面安装技术的应用在大大缩小体积的同时，也使电源的转换效率得到了进一步提高。

另一方面，由于直流开关电源正在朝轻薄短小发展，随着功率半导体和信号半导体器件变得越来越小，如何减小于电源供应系统中扮演着关键角色的功率磁性器件外形尺寸变得致关重要。因为功率变压器和电感器的小型化是最大的难点，一直以来都受到国内外专家们的普遍关注。

与传统的变压器采用铜导线作为绕组线圈相比，由于平面变压器的绕组线圈采用的是双层或多层印刷电路板或预制成平面的铜板构成，同时也由于平面磁芯的开发获得了成功，从而平面化的变压器设计得以实现。在功率密度得到大大提高的同时，体积却大大的缩小，只相当在常规变压器的20％；所以平面变压器的厚度远低在传统的变压器，只相当在其40％的高度。

由于传统变压器一般是由绕在铁氧体磁芯上的圆铜导线组成线圈绕组，因此铜导线的利用率不能得到充分利用，这一情况在高频时尤其明显，这是因为在高频工作条件下所产生的电流趋肤效应所致。

当导体通过高频电流时，变化的电流就要在导体内和导体外产生变化的磁场。根据电磁感应定律，高频磁场在导体内沿长度方向的两个平面产生感应电势。此感应电势在导体内整个长度方向产生的涡流阻止磁通的变化。这样主电流和涡流的和在导线表面加强，越向导线中心越弱，电流趋向在导体表面，这种现象就是趋肤效应。这样的结果是导致总的载流面积小于整个导线面积。使交流阻抗大于直流阻抗。

在平面变压器中，其绕组是在敷铜在印制电路板上或直接是用铜板形成的一组扁平导电面体，虽然由于趋肤效应电流集中趋向在外表层，但对它来说电流仍流经整个导线，这与圆柱线型导线相比提高了总的电流密度，这样与常规的线绕变压器相比，平面变压器就能获更高的转换效率和功率密度。

在一些‘开架’式的电源转换器产品中，二副或者多副以上的磁性装置是安装在同一块电路母板上的，此种结构的磁性装置称为嵌入型平面变压器，比如C&D公司的WPA是列和Synqor公司的Power Qor等是列，电源转换器都是在由单块包含变压器的初次级绕组的多层印刷电路母板构成。首先，由于变压器绕组变比的要求，这种印刷电路板必须多层的，最多可达十二层以上。而这种整个电路母板的多层结构会造成非常昂贵的制造成本；同时由于在母板中构成的变压器绕组所产生的热量会被传送到温度感应控制电路而造成误动作；还有，对于装配在电路母板上的磁性装置来说，要测试其某些具体参数是非常困难的；再者，由于磁性装置是电源转换器整体的一部分，在母板中构成的绕组的任何缺陷都会整块电路母板的报废，这种报废的结果是造成材料成本的增加；最后是由于电源转换器的输入输出电压的不同要求，在印刷电路母板中构成的变压器绕组的变比也要跟随输入输出电压的不同要求进行不同的更改配合，这样在同一功率的是列产品中，在不同的输出电压要求下会造成更高的材料成本和库存量，占用更多的流动资金。

发明内容

本实用新型的目的在于，提供一种高效独立型平面变压器，在实际应用中比嵌入型平面变压器有更多的乏灵活性和互换性，并能有效的降低材料成本和占用更少的流动资金。

本实用新型的一又目的在于，提供一种高效独立型平面变压器，采用几何形状的初次级绕组结构，使得直流损耗降至最低；同时由于采用初级绕组和次级绕组进行相互交错的迭加放置方式，使得交流损耗也降至到最低，这也进一步提高了变压器的转换效率，起到了节约能源的效果。

为达上述目的，本实用新型采用的技术方案在于，提供一种高效独立型平面变压器，包含有：

一副或多副上下对称的ER型或RM型软磁铁氧体磁芯；

最少一块可以形成不同的电感绕组圈数的印刷电路板，此印刷电路板构成平面变压器的初级绕组；

最少二块平面铜板或二块印刷电路板，此平面铜板或印刷电路板构成平面变压器的次级绕组；

数个引出端子对磁性装置中初级绕组之间和次级绕组之间的进行电气连接；

磁性装置和主电路板的电气连接经由引出端子实现。

附图说明

图1所示为直流/直流转换器示意图；

图2所示为本实用新型的磁性装置的立体分解图；

图3所示为本实用新型的磁性装置的前视平面图；

图4所示为本实用新型另一实施例的磁性装置的立体分解图；

图5所示为本实用新型另一实施例的磁性装置的前视平面图；

图6所示为本实用新型的由四层构成四圈电感绕组的印刷电路板内部层结构示意图；

图7所示为本实用新型的初级绕组引出连接结构在印刷电路板正面放置时组件面向上的平面示意图；

图8所示为本实用新型的初级绕组引出连接结构在印刷电路板反面放置时组焊面向上的平面示意图；

图9所示为本实用新型的初级绕组组合引出连接结构示意图；

图10所示为本实用新型另一实施例的初级绕组组合引出连接结构示意图；

图11所示为本实用新型的次级绕组组合引出连接结构示意图；以及，

图12所示为本实用新型另一实施例的次级绕组组合引出连接结构示意图。

附图标记说明：201、202、301、302-软磁铁氧体磁芯；203、204、303-印刷电路板；205、206-平面铜板；207、208、306、307-次级绕组通过端子；304、305-二块印刷电路板。

具体实施方式

有关于本实用新型所采用的技术、手段及其达成功效，兹举较佳实施例并配合图式详细说明如后，相信当可由的得深入而具体的了解。

请参阅图2至图5，所述的独立型平面变压器包含：

一副上下对称的ER型或RM型软磁铁氧体磁芯201、202或301、302；

最少一块可以形成不同的电感绕组圈数的印刷电路板203、204，或303，此印刷电路板构成平面变压器的初级绕组；也即，初级绕组包含最少一块印刷电路板203、204，或303；而且，每一块印刷电路板203、204，或303具有最少两层以上的层结构组成最少四圈以上的电感绕组；

次级绕组，包含最少二块平面铜板205、206或二块印刷电路板304、305，每一块平面铜板205、206构成一个电感绕组圈数，或每一块印刷电路板304、305具有最少两层以上的层结构构成最少一圈以上的电感绕组；而且，组成次级绕组的两块印刷电路板304、305，每一块印刷电路304、305板上的电感绕组圈数是相同的；

平面变压器的初级绕组和次级绕组通过端子207、208或306、307和主电路板进行电气连接；以及，经由引出端子对磁性装置和主电路板进行电气连接，并通过在主电路板上的短路连接或引出端子可以构成两个绕组之间的串联或者串联结构组合；

磁性装置和主电路板的电气连接经由引出端子实现。

上述的磁性装置，变压器初级和次级之间，以及初级和初级之间，次级和次级之间经由一层或多层绝缘材料实现电气隔离。

上述的磁性装置，组成次级绕组的两块平面铜板205、206或印刷电路板304、305，是采用三明治的结构方式，和组成初级绕组的印刷电路板203、204，或303进行堆栈放置。

上述的磁性装置，每一块印刷电路板203、204，303、304、305包含最少2层以上的层结构，每一层可以构成一个或多个的电感绕组圈数。

上述的磁性装置，一个独立的平面变压器是组成直流/直流转换器的一部分。

在本实用新型涉与的磁性装置中，初级电感绕组由印刷电路板203、204，或303组成，图6是本实用新型涉与的其中一个由四层构成四圈电感绕组的印刷电路板内部层结构示意图。由于采用了独特的电感绕组引出结构，当印刷电路板被正面放置组件面向上时，组成如图7所示的绕组连接结构；而当印刷电路板被反面放置阻焊面向上时，则组成如图8所示的绕组连接结构。

请参阅图2至图12，在由最少一块印刷电路板203、204，或303组成的初级绕组中，当同一块印刷电路板203、204，或303被正面放置组件面向上，如图7所示或被反面放置阻焊面向上，如图8所示时，它们会组成不同的电感线圈绕组输出连接结构如图9、图10所示。进而言的，当由二块相同电感绕组圈数的印刷电路板203、204，或303组件面向上顺序堆栈放置构成初级绕组时，可直接通过磁性装置上的端子实现两个绕组之间的并联连接。当由二块具有相同电感圈数的印刷电路板203、204，或303面对面组件面相对堆栈放置构成初级绕组时，经由端子对磁性装置和主电路板进行电气连接，并通过在主电路扳上的短路连接或引出端子可以构成两个绕组之间的串联或者并联结构组合如图9和图10的绕组结构组合。

当由二块不同电感绕组圈数的印刷电路板203、204，或303面对面组焊面相对堆栈放置构成初级绕组时，经由端子对磁性装置和主电路板进行电气连接，可以构成两个绕组之间的串联绕组结构组合如图10的绕组结构组合。

在由最少二块平面铜板205、206或二块相同电感绕组圈数的印刷电路板304、305堆栈放置构成次级绕组时，经由端子207、208或306、307对磁性装置和主电路板进行电气连接，并通过在主电路板上进行的短路连接，可以构成两个绕组之间的串联或并联结构组合如图11、图12所示。

由于采用了此种独特的电感绕组引出结构，在初级绕组中，通过一块印刷电路板203、204，或303的不同放置正面和反面放置，如图7、图8所示，就能组成两种不同的电感绕组输出连接结构；在次级绕组中，通过在主电路扳上进行的短路连接或引出端子的连接，也能组成串联和并联两种电感绕组输出组合。

这样的优点是使得在要求组成更多的绕组结构组合以满足不同的输入输出电压要求的是列产品中，能够减少一半以上的印刷电路板的制作费用，因而也就是大大地降低了产品的生产成本。

以上说明对本新型而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离以下所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改，变化，或等效，但都将落入本实用新型的保护范围内。

Claims (14)

1.一种独立型平面变压器，其特征在于：其包含：

至少一副上下对称的ER型或RM型软磁铁氧体磁芯；

至少一块形成不同的电感绕组圈数的印刷电路板，此印刷电路板构成平面变压器的初级绕组；

至少两块平面铜板或两块印刷电路板，此平面铜板或印刷电路板构成平面变压器的次级绕组；

至少两个引出端子对初级绕组之间和次级绕组之间的进行电气连接；

还包括用来与主电路板连接的引出端子。

2.根据权利要求1所述的独立型平面变压器，其特征在于：所述的初级绕组和次级绕组之间，以及初级绕组和初级绕组之间，次级绕组和次级绕组之间经由一层或多层绝缘材料实现电气隔离。

3.根据权利要求1所述的独立型平面变压器，其特征在于：组成所述初级绕组的单块印刷电路板是被正面放置或被反面放置以组成不同的绕组输出连接结构。

4.根据权利要求3所述的独立型平面变压器，其特征在于：两块相同电感绕组圈数的印刷电路板顺序堆栈放置组成初级绕组，经由引出端子对磁性装置和主电路板进行电气连接，并直接通过磁性装置上端子实现两个绕组之间的并联连接。

5.根据权利要求3所述的独立型平面变压器，其特征在于：两块相同电感绕组圈数的印刷电路板面对面或组件面相对堆栈放置组成初级绕组，经由端子对磁性装置和主电路板进行电气连接，并通过在主电路扳上的短路连接构成两个绕组之间的串联或并联结构组合。

6.根据权利要求3所述的独立型平面变压器，其特征在于：两块不同电感绕组圈数的印刷电路板面对面或组件面相对堆栈放置组成初级绕组，经由引出端子对磁性装置和主电路板进行电气连接，并通过在主电路扳上的短路连接可以构成两个绕组之间的串联结构组合。

7.根据权利要求1所述的独立型平面变压器，其特征在于：所述组成次级绕组的两块平面铜板，每一块平面铜板构成一个电感绕组的圈数。

8.根据权利要求1所述的独立型平面变压器，其特征在于：所述组成次级绕组的两块印刷电路板，每一块印刷电路板上的电感绕组圈数是相同的。

9.根据权利要求7所述的独立型平面变压器，其特征在于：所述二块平面铜板堆栈放置构成两个次级绕组，经由引出端子对磁性装置和主电路板进行电气连接，并通过在主电路扳上的短路连接或引出端子可以构成两个绕组之间的串联或者串联结构组合。

10.根据权利要求8所述的独立型平面变压器，其特征在于：所述二块具有相同的电感绕组圈数的印刷电路板堆栈放置构成两个次级绕组，经由引出端子对磁性装置和主电路板进行电气连接，并通过在主电路扳上的短路连接或引出端子可以构成两个绕组之间的串联或者串联结构组合。

11.根据权利要求1所述的独立型平面变压器，其特征在于：所述的组成次级绕组的两块平面铜板或印刷电路板，是采用三明治的结构方式，和组成初级绕组的印刷电路板进行堆栈放置。

12.根据权利要求1所述的独立型平面变压器，其特征在于：所述的每一块印刷电路板包含至少两层结构，每一层构成一个或多个的电感绕组圈数。

13.根据权利要求1所述的独立型平面变压器，其特征在于：所述的每一块平面铜板构成一个的电感绕组的圈数。

14.根据权利要求1所述的独立型平面变压器，其特征在于：所述的一个独立的平面变压器是组成直流/直流转换器的一部分。

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