CN102360787B - 一种平面变压器及其磁芯 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种平面变压器及其磁芯，包括上磁芯和下磁芯，所述上磁芯包括一个四边形平板和设在所述四边形平板的四边上的四个同厚度、同材质的三角形平板，通过拼接形成一个方形或矩形的上磁芯；下磁芯为一个形状与上磁芯形状一致的整体结构，在所述下磁芯上有一环形槽；环形槽中央有一个凸起的圆形柱，在圆形柱的侧面上设有两个凹槽卡位，所述上磁芯和下磁芯扣合在一起形成一个完整的磁芯。采用本发明可利用分布电容，使变压器的滤波和EMI效果更好；且这种结构的变压器的不但缩短了磁路，还使磁路分布更加均匀；该结构还能降低涡流损耗，有效地散热和导磁性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种电子变压器，尤其涉及的是一种具有特殊结构的平面变压器及其磁芯。
背景技术
变压器是电源中的一个关键元件。传统的变压器通常由铁氧体磁芯及铜线圈构成，体积庞大而且容易产生电磁干扰。平面变压器可有效地解决体积及高频问题。平面变压器的特点是高频，低造型，高度很小而工作频率很高。而现有的国内外平面变压器设计与生产厂家，都是在用矩形磁芯做平面变压器，这种结构是必然会影响到平面变压器的技术性能：1、这种磁芯的结构特点，其线圈至少有一半是曝露在磁芯的外面的，就造成它的EMI指标恶化，使它的耦合度降低，效率下降。本来的优点成了缺点。2、这种磁芯的结构特点，使得线圈的长度增加，造成本来就比较严重的分布电容更为增加，效率又再降低，很难实现电路的软开关技术的优化。3、这种磁芯的结构特点，造成线圈中间开孔也必须是矩形。这就使得不管是PCB板还是铜箔板，都会带来应力集中点，可能造成磁体与板材开裂而带来可靠性问题。4．这种磁芯结构特点，造成变压器的抗饱和能力差，不能形成自由气隙调节。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种平面变压器及其磁芯，旨在解决现有的平面变压器耦合度降低、分布电容大、抗饱和能力差，不能形成自由气隙调节问题。
本发明的技术方案如下：一种平面变压器的磁芯，其中，包括上磁芯和下磁芯，所述上磁芯包括一个四边形平板和围绕所述四边形平板的四边设有四个同厚度、同材质的三角形平板，通过拼接形成一个方形或矩形的上磁芯；下磁芯为一个形状与上磁芯形状一致的整体结构，在所述下磁芯上有一环形槽；环形槽中央有一个凸起的圆形柱，在圆形柱的侧面上设有两个凹槽卡位，所述上磁芯和下磁芯扣合在一起形成一个完整的磁芯。
所述的平面变压器的磁芯，其中，所述的四个三角形两两之间互相不触碰，留有间隙。
所述的平面变压器的磁芯，其中，所述下磁芯的四边对称设置有四个缺口，用于适配卡入环形槽内的PCB板；同时定位磁芯的位置。
所述的平面变压器的磁芯，其中，所述四边形平板为方形或菱形。
所述的平面变压器的磁芯，其中，所述上磁芯还包括一母板，所述四边形平板和三角形平板粘贴在母板上拼接成方形或矩形结构，所述四边形平板和三角形平板之间留有间隙。
所述的平面变压器的磁芯，其中，所述下磁芯通过模具浇铸而成或通过数控加工形成。
所述的平面变压器的磁芯，其中，所述磁芯采用铁氧体材料制成。
一种平面变压器，其中，包括线圈和上述的磁芯，所述的线圈设置在主电路的PCB板上，通过在主电路的PCB板上覆铜线圈形成，所述线圈为中间设有通孔，磁芯的下磁芯上的圆柱形凸块卡入所述通孔中，上磁芯盖在线圈上，用胶水将上磁芯和下磁芯粘合形成一个变压器。
本发明的有益效果：本发明通过将平面变压器的磁芯用多几何体结构组合而成，磁芯的四个角为三角形拼接，在中央形成一个正方形或菱形结构，四个独立三角形磁体与一个菱形磁体组合拼接形成的四个结合面气隙有效地提高了平面变压器的抗饱和能力，并解决了应力问题造成板材与磁体开裂问题，，提高变换电路与平面变压器的工作频率到40KHZ-4.5MHZ，效率高达98%-99.5%；极小的体积，相当传统平面变压器的20%，漏感小于0.1%。平面化的小体积结构，适合于自动化表面贴装（SMD），大大提高了生产效率。 平面变压器技术能大幅度减小变压器的生产成本和销售价格。很内置三个电感绕组与原副绕组结构SL1-PL2-SL3-S-PL4-S叠层组合设计要求互联而成的变压器绕组及三个电感绕组并在同一个磁体上所形成磁集成（P为初级绕组，S为次级绕组，L1，L2，共模抑制滤波电感绕组，L3，L4能量补偿电感实现软开技术）设计，实现电路的软开关技术，电路同时在ZVS与ZCS模式下实现最优化的工作效果，实现了高功率密度，高电流密度(30A/mm2)，同时减轻电路中其它部件承受的应力，故变换器电路中其它部件可采用低功率器件，由于散热条件好，从而可用这种结构能够利用分布电容具有极佳的屏蔽效果，使变压器的滤波和EMI效果更好，该结构还能降低涡流损耗，有效地散热和导磁。
附图说明
图1是本发明提高的磁芯的结构的使用状态参考图。
图2是本发明提高的磁芯的下磁芯的示意图。
图3是本发明提高的磁芯的上磁芯的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。
参见图1，本发明提供的平面变压器包括上磁芯1、下磁芯5和线圈3，所述上磁芯1包括一个铁氧体材料制成的四边形平板11，围绕所述四边形平板11的四边设有四个厚度材质相同的三角形平板12和一个母板。四边形平板11和三角形平板12通过拼接粘贴在母板上形成一个方形或矩形的上磁芯1。四个三角形12两两相接触的地方留有间隙13，三角形之间互相不触碰，且三角形平板12与四边形平板11之间也有间隙，如图3所示。
参见图1和2，本发明提供的变压器的下磁芯5为一个整体结构，形状与上磁芯形状一致，为方形或矩形。所述下磁芯5可通过模具浇铸而成或通过数控加工形成。其结构特征为：下磁芯5上有一环形槽52；环形槽52中央有一个凸起的圆形柱4，在圆形柱4的侧面上设有两个凹槽卡位51。下磁芯5的四边对称设置有四个缺口53。其形成的结构类似于公路上十字路口的环岛设计。四边对称的四个缺口53的作用是为了定位磁芯的位置。
所述变压器的线圈3设置在PCB板2上，在PCB板2上覆铜线圈形成，所述线圈3为中间设有通孔6的环形。这种不同于现有的平面变压器，现有的平面变压器虽然是将线圈印刷在PCB板上，但是印刷线圈的PCB板和主电路的PCB板还是分离的；现有的是将平面变压器制作好之后，在焊接安装到主电路的PCB板上的变压器安装位上。而本发明是将变压器的线圈直接印刷在主电路的PCB板上，然后再将本发明提供的特殊结构的磁芯装在线圈上形成一个变压器。
本发明提供的平面变压器的装配过程为：首先将下磁芯5插入PCB板中，在插入的过程中应注意方向性和位置，使凹槽卡位51卡在PCB板上的卡条上，从而使下磁芯位置固定不能移动，然后将上磁芯1盖在下磁芯5上，确认位置对齐后采用胶水将上下磁芯粘合。
本实施例中，上磁芯1中间部分的四边形为正方形，四边的三角形为四个等腰直角三角形，当然并不限于该实施例中所描述的这一种结构。例如，中间的四边形还可以是菱形，四边的三角形的形状大小相同。
本发明通过将平面变压器的磁芯用多几何体结构组合而成，磁芯的四个角为三角形拼接，在中央形成一个正方形或菱形结构，从而提高了窗口有效面积。这种结构能够利用分布电容，使变压器的滤波和EMI效果更好；且这种结构的变压器的不但缩短了磁路，还使磁路分布更加均匀；该结构还能降低涡流损耗，有效地散热和导磁性能。
本发明提供的磁芯结构的特点有：(1)主磁体矩形结构形成优良的EMI屏蔽效果，有效解决变压器电磁兼容问题；(2)将变换电路与平面变压器的工作频率提高到40KHZ-4.5MHZ；极小的体积，相当传统平面变压器的20%，漏感小于0.1%； (3)椭圆形及两侧两凹口状磁体窗口设计，解决绕组的极好的平面化，原副边绕组及内置集成的三个电感线圈交叠结构，及匝间换位结构，实现了原边绕组与副边绕组的紧密耦合，极大地降低了漏感与绕组涡流损耗；(4) 平面变压器技术能大幅度减小变压器的生产成本和销售价格；（5）内置三个电感绕组与原副绕组结构SL1-PL2-SL3-S-PL4-S叠层组合设计要求互联而成的变压器绕组及三个电感绕组并在同一个磁体上所形成磁集成。P为初级绕组，S为次级绕组，（L1，L2，共模抑制滤波电感绕组，L3，L4能量补偿电感）磁集成设计，实现电路的软开关技术，是电路同时在ZVS与ZCS模式下实现最优化的工作效果，因它能减轻电路中其它部件承受的应力，故变换器电路中其它部件可采用低功率器件，由于散热条件好，从而可用小的散热器；（6）拼接组合的平面设计，形成平面变压器具有较大的散热面积，且使磁件热点到磁件表面的热阻降低，从而能改善热耗散，解决应力集中造成板材与磁芯开裂问题，能实现高磁通密度，并能采用紧封装来实现高功率密度；（7）适合于自动化表面贴装（SMD），可较好地实现低压大电流输出；（8）采用方体椭圆罐状平面磁芯设计，由于窗口形状变为椭圆扁长形，降低了磁回路和电回路的利用率。热通道距离短，温升低，提高了整体的工作寿命问题。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种平面变压器的磁芯，其特征在于，包括上磁芯和下磁芯，所述上磁芯包括一个四边形平板和围绕所述四边形平板的四边设有四个同厚度、同材质的三角形平板，通过拼接形成一个方形或矩形的上磁芯；下磁芯为一个形状与上磁芯形状一致的整体结构，在所述下磁芯上有一环形槽；环形槽中央有一个凸起的圆形柱，在圆形柱的侧面上设有两个凹槽卡位，所述上磁芯和下磁芯扣合在一起形成一个完整的磁芯;
所述上磁芯还包括一母板，所述四边形平板和三角形平板粘贴在母板上拼接成方形或矩形结构，所述四边形平板和三角形平板之间留有间隙。
2.根据权利要求1所述的平面变压器的磁芯，其特征在于，所述的四个三角形两两之间互相不触碰，留有间隙。
3.根据权利要求1所述的平面变压器的磁芯，其特征在于，所述下磁芯的四边对称设置有四个缺口，用于适配卡入环形槽内的PCB板；同时定位磁芯的位置。
4.根据权利要求1所述的平面变压器的磁芯，其特征在于，所述四边形平板为方形或菱形。
5.根据权利要求1所述的平面变压器的磁芯，其特征在于，所述下磁芯通过模具浇铸而成或通过数控加工形成。
6.根据权利要求1所述的平面变压器的磁芯，其特征在于，所述磁芯采用铁氧体材料制成。
7.一种平面变压器，其特征在于，包括线圈和权利要求1至6任意一项中所述的磁芯，所述的线圈设置在主电路的PCB板上，通过在主电路的PCB板上覆铜线圈形成，所述线圈为中间设有通孔，磁芯的下磁芯上的圆柱形凸块卡入所述通孔中，上磁芯盖在线圈上，用胶水将上磁芯和下磁芯粘合形成一个变压器。
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