CN103493156A

CN103493156A - 扁平线平面变压器

Info

Publication number: CN103493156A
Application number: CN201280004815.6A
Authority: CN
Inventors: C·C·肖
Original assignee: Wurth Electronics Midcom Inc
Current assignee: Wurth Electronics Midcom Inc
Priority date: 2011-01-07
Filing date: 2012-01-04
Publication date: 2014-01-01
Also published as: US20120176214A1; CA2823945A1; EP2661758A2; JP2014505364A; WO2012094354A3; MX2013007777A; WO2012094354A2

Abstract

本发明披露了一种用于扁平线平面变压器的交错的扁平线结构。交错的扁平线结构包括第一绕组线，所述第一绕组线包括第一端、第二端和多个第一环部分。交错的扁平线结构还包括第二绕组线，所述第二绕组线包括第一端、第二端和多个第二环部分。所述多个第一环部分的一部分和多个第二环部分的一部分彼此交错。

Description

扁平线平面变压器

技术领域

本发明涉及电力变压器领域。更具体地说，本发明涉及扁平线平面变压器。

背景技术

平面变压器是已知的。现有的平面变压器使用单个多层印刷电路板（PCB）或者多个PCB在变压器芯内彼此层叠。不过，将导线迹线嵌入PCB是昂贵的。此外，制造为使用者所希望的技术说明量身定制的具有导线迹线的PCB的设计和生产时间是耗费时间的。

一些现有的平面变压器通过层叠预成型的扁平线绕组而形成。不过，当层叠预成型的扁平线绕组时，绕组间的寄生效应（例如，漏电感和电容）变得难以控制和调整，所述绕组间的寄生效应在设计变压器时是至关重要的。

发明内容

本申请披露了一种具有交错绕组的扁平线平面变压器。具体地说，本申请中的实施例提供了易于设计和制造并且比将导线迹线嵌到PCB上的传统平面变压器成本更低的扁平线平面变压器。此外，本申请中的实施例提供了可允许一匝一匝耦合控制的扁平线平面变压器。

此外，本申请中的实施例提供了能够工作在高频用于以体积小、高效的包装高功率、高电流应用的扁平线平面变压器。预成型的扁平线绕组的均匀性可允许高度自动化的制造工艺，实现产量、生产质量和可靠性的提高。

具体的说，本申请中的实施例提供了一种扁平线平面变压器，所述扁平线平面变压器包括交错结构的预成型的扁平线。在一些实施例中，交错的扁平线平面变压器可使用两个或更多个水平交错的扁平线。在一些实施例中，交错的扁平线平面变压器可使用两个或更多个垂直交错的扁平线。

本文所定义的交错线和绕组是指彼此交替间隔的两个或更多个绕组线的部分（例如，初级绕组、次级绕组、辅助绕组等等）。

在一个实施例中，提供了一种用于扁平线平面变压器的交错的扁平线结构。所述交错的扁平线结构包括第一绕组线，所述第一绕组线包括第一端、第二端和多个第一环部分。交错的扁平线结构还包括第二绕组线，所述第二绕组线包括第一端、第二端和多个第二环部分。所述多个第一环部分的一部分和所述多个第二环部分的一部分彼此交错。

在另一个实施例中，提供了一种扁平线平面变压器，所述扁平线平面变压器包括芯和容纳在芯内的交错的扁平线结构。交错的扁平线结构包括第一绕组线，所述第一绕组线包括第一端、第二端和多个第一环部分。交错的扁平线结构还包括第二绕组线，所述第二绕组线包括第一端、第二端和多个第二环部分。所述多个第一环部分的一部分和所述多个第二环部分的一部分彼此交错。

附图说明

图1A提供了根据一个实施例的交错的扁平线平面变压器的俯视透视图，其中两个扁平线水平交错。

图1B提供了根据一个实施例的交错的扁平线平面变压器的侧视透视图，其中两个扁平线水平交错。

图1C提供了容纳水平扁平线结构的芯的俯视透视图。

图2A提供了根据一个实施例的用于水平扁平线结构的第一绕组线的俯视图。

图2B提供了根据一个实施例的用于水平扁平线结构的第一绕组线的侧视图。

图2C提供了根据一个实施例的用于水平扁平线结构的第二绕组线的俯视图。

图2D提供了根据一个实施例的用于水平扁平线结构的第二绕组线的侧视图。

图2E提供了根据一个实施例的用于水平扁平线结构的第三绕组线的俯视图。

图2F提供了根据一个实施例的用于水平扁平线结构的第三绕组线的侧视图。

图3A提供了根据一个实施例的使用初级绕组、次级绕组和辅助绕组的水平扁平线结构的俯视图。

图3B提供了根据一个实施例的使用初级绕组、次级绕组和辅助绕组的水平扁平线结构的侧视图。

图4A提供了根据一个实施例的具有包括多个螺旋环的螺旋部分的第一绕组线和具有包括多个螺旋环的螺旋部分的第二绕组线的侧视图。

图4B提供了根据一个实施例的水平扁平线结构的侧视图，其中初级绕组的螺旋部分100%与次级绕组的螺旋部分交错。

图4C提供了根据一个实施例的另一水平扁平线结构的侧视图，其中初级绕组的螺旋部分的60%与次级绕组的螺旋部分交错。

图5A提供了根据一个实施例的交错的扁平线平面变压器的俯视透视图，其中两个扁平线垂直交错。

图5B提供了根据一个实施例的容纳垂直扁平线结构的芯的俯视图。

具体实施方式

本文所提供的实施例披露了具有交错的绕组的扁平线平面变压器。具体地说，本文的实施例提供了可易于设计和制造并且可比将导线迹线嵌到PCB上的传统平面变压器成本更低的扁平线平面变压器。

具体地说，本文的实施例提供了包括交错结构的预成型扁平线的扁平线平面变压器。在一些实施例中，交错的扁平线平面变压器可使用两个或更多个水平交错的扁平线。在一些实施例中，交错的扁平线平面变压器可使用两个或更多个垂直交错的扁平线。

本文所定义的交错线和绕组是指彼此交替间隔的两个或更多个绕组线（例如，初级绕组、次级绕组、辅助绕组等等）的部分。

图1A和1B提供了根据一个实施例的交错的扁平线平面变压器100的俯视透视图和侧视透视图，其中两个扁平线水平交错。变压器100包括芯110、水平的扁平线结构120、PCB130、初级绕组连接器140、次级绕组连接器150、初级外部连接器160和次级外部连接器170。

图1A和图1B中的芯110是ER或ERI芯。在一些实施例中，芯110也可被成形为EI或RM芯。芯110可以是由镁-锌（Mg-Zn）原材料组成的铁氧体磁芯。在其它的实施例中，铁氧体磁芯可由其它材料例如铁粉（Fe）、镍-锌（Ni-Zn）等组成。

水平的扁平线结构120被容纳在PCB130之上的芯110内。芯110包括外壳112和盖子114，通过夹具116连接。在一个实施例中，夹具116可以由钢制成。在其它的实施例中，可能不使用夹具116，而可利用环氧树脂连接外壳112和盖子114。

PCB130被容纳在芯110内。PCB130包括第一部分132和第二部分134，每一部分通过芯110相对端上的开口伸出芯110。初级绕组连接器140被连接至PCB130的第一部分132，而次级绕组连接器150被连接至PCB130的第二部分134。在一些实施例中，PCB130可包括一个或多个收发(两用)电路（未示出）。在本实施例中，PCB130包括位于PCB130的顶侧的单匝绕组和位于PCB130的底侧的单匝绕组。PCB的两匝绕组被用作辅助绕组。另外，PCB130被用作连接和定位终端焊接引脚的平台底板。在一些实施例中，可能不使用PCB130，而可用塑料平台底板替代。塑料平台底板可用于对变压器100提供稳定性并用于制造目的。

图1C提供了容纳水平扁平线结构120的芯110的外壳112的俯视透视图。扁平线结构120匹配围绕外壳112的突出部分118。扁平线结构120包括初级绕组线122，所述初级绕组线122与次级绕组线124交错。水平的扁平线结构120的初级绕组122和次级绕组124的扁平部分（例如，初级绕组122和次级绕组124的宽表面）被设置成水平搁置在外壳112上。初级绕组线122和次级绕组线124均由铜制成。在一些实施例中，初级绕组线122和/或次级绕组线124可由例如铝、黄铜、磷青铜、镍、银或者铜与其它金属的组合等制成。

如图1A所示，初级绕组线122的顶部和底部通过初级绕组连接器140 电连接至PCB130。类似的，次级绕组线124的顶部和底部通过次级绕组连接器150电连接至PCB130。初级外部连接器160和次级外部连接器170被设置成用于使外部电气部件连接到扁平线平面变压器100。在本实施例中，初级和次级绕组线122、124的顶部和底部可被分别焊接至PCB130以及初级和次级绕组连接器140、150。在其它实施例中，初级和次级绕组线122、124可被焊接至PCB130。在另一些实施例中，可能不使用初级和次级绕组线连接器140、150，并且初级和次级绕组线122、124可被形成为终端引脚并连接至PCB130。

图2A-F分别提供了第一绕组线210、第二绕组线220、和第三绕组线230的俯视图和侧视图。如图2A-F所示，第一绕组线210、第二绕组线220、和第三绕组线230各自分别包括螺旋部分212,222,232、顶端部分214,224,234、和底端部分216,226,236。

螺旋部分212、222、232由多个螺旋环213、223、233组成，所述多个螺旋环表示每个绕组线210、220、230的匝数。例如，第一绕组线210的螺旋环213形成5.75匝，第二绕组线220的螺旋环223形成3.75匝，而第三绕组线230的螺旋环233包括1.75匝。

在图2A-F所示的实施例中，每个顶端部分214、224、234的长度和每个底端部分216、226、236的长度可以是大约10mm长。另外，每个螺旋环213、223、233的直径可以是约10mm长，而每个螺旋环213、223、233之间的距离在约3.6mm和约20mm之间。在其它的实施例中，根据使用者要求，螺旋环213、223、233的直径以及每个螺旋环213、223、233之间的最大距离可以不同。

图3A-B分别提供了利用第一绕组线210作为初级绕组、第二绕组线220作为次级绕组和第三绕组线230作为辅助绕组的水平扁平线结构300的俯视图和侧视图。辅助绕组可被设置为可从其提取电力的额外的引出线。在一些实施例中，辅助绕组可被连接到辅助连接器，所述辅助连接器位于初级侧或次级侧连接器上。如图3B所示，第三绕组线230会被连接至与第一绕组线210的连接器处于相同位置的辅助连接器。螺旋部分212和222水平交错，使得每个螺旋环213和223可以彼此交替间隔并形成层叠的结构。通过使螺旋部分212和螺旋部分222交错，水平的扁平线结构300可实现对绕组寄生效应的改进的控制，尤其是改进的漏电感。交错的螺旋部分212和222随后被层叠到螺旋部分232之上。

图4A提供了具有包括多个螺旋环413的螺旋部分412的第一绕组线410和具有包括多个螺旋环423的螺旋部分422的第二绕组线420的侧视图。第一绕组线410还包括顶部414和底部416。类似的，第二绕组线420包括顶部424和底部426。图4B提供了水平的扁平线结构430的侧视图，其中第一绕组线410的螺旋部分412100%的与第二绕组线420的螺旋部分422交错，以使每个螺旋环413可与每个螺旋环423交错。图4C提供了第二水平的扁平线结构440的侧视图，其中第一绕组线410的螺旋部分412的60%与第二绕组线420的螺旋部分422交错，以使60%的螺旋环413和螺旋环423可以彼此交错。通过改变螺旋环413与螺旋环423之间的交错的百分比，可以改变和控制扁平线平面变压器的绕组寄生效应（包括，例如，漏电感和绕组间电容）。

图5A提供了根据另一个实施例的交错的扁平线平面变压器500的俯视透视图，其中两个扁平线垂直交错。变压器500包括芯510、垂直的扁平线结构520、PCB530、初级绕组连接器540、次级绕组连接器550、初级外部连接器560和次级外部连接器570。在本实施例中，垂直的扁平线平面变压器500被设置成充当共模扼流圈（CMC）。在其它实施例中，垂直的扁平线平面变压器500可被设置为电源变压器、耦合电感器等。

芯510是RM形芯。在一些实施例中，芯510还可以被成形为EI或ER芯。芯510可以是由镁-锌（Mg-Zn）原材料组成的铁氧体磁芯。在其它实施例中，铁氧体磁芯可由其它的铁氧体材料例如铁粉（Fe）、镍-锌（NiZn）等组成。

垂直的扁平线结构520被容纳在PCB530之上的芯510内。芯510包括外壳512（图5B所示）和盖子514，由夹具（未示出）连接。

PCB530被容纳在芯510内。PCB530包括第一部分532和第二部分534，各自通过芯510的相对端上的开口伸出芯510。初级绕组连接器540被连接至PCB530的第一部分532，而次级绕组连接器550被连接至PCB530的第二部分534。在一些实施例中，PCB530可包括一个或多个收发(两用)电路（未示出）。

图5B提供了容纳垂直的扁平线结构520的芯510的外壳512的俯视透视图。扁平线结构520匹配围绕外壳512的突出部分518。扁平线结构520包括初级绕组线522，所述初级绕组线与次级绕组线524交错。

具体地说，初级绕组线522包括第一端580、第二端582和多个初级环部分584。类似地，次级绕组线524包括第一端590、第二端592和多个次级环部分594。多个初级环部分584和多个次级环部分594彼此垂直交错，使得初级环部分584和次级环部分594被交替设置成同心结构。在其它实施例中，多个初级环部分584的一部分和次级环部分594的一部分可以彼此垂直交错（未示出）。相对于水平的扁平线结构，垂直的扁平线结构520的初级绕组522和次级绕组524的扁平部分（例如，初级和次级绕组522、524的宽表面）被设置成垂直搁置在外壳512上。初级绕组线522和次级绕组线524均可由铜制成。在一些实施例中，初级绕组线522和/或次级绕组线524可由例如铝、黄铜、磷青铜、镍、银，或铜与其它金属的组合等制成。

如图5A所示，初级绕组线522的第一部分和第二部分通过初级绕组连接器540电连接至PCB530。类似地，次级绕组线524的第一部分和第二部分通过次级绕组连接器540电连接至PCB530。在本实施例中，初级和次级绕组线522、544的第一和第二部分被分别焊接至PCB530以及初级和次级绕组连接器540、550。初级外部连接器560和次级外部连接器570可使得外部电器部件连接至交错的扁平线平面变压器500。

方面：

应当指出，下文的第1-6方面的任意一个可以与第7-15方面的任意一个组合。

1.一种用于扁平线平面变压器的交错的扁平线结构，包括：

第一绕组线，所述第一绕组线包括第一端、第二端和多个第一环部分；和

第二绕组线，所述第二绕组线包括第一端、第二端和多个第二环部分；

其中第一绕组线的第一环部分的一部分和第二绕组线的第二环部分的一部分彼此交错。

2.根据方面1所述的交错的扁平线结构，还包括第三绕组线，所述第三绕组线包括第一端、第二端和多个第三环部分，和

其中第三环部分的一部分与第一环部分或第二环部分的一部分交错。

3.根据方面1-2中任一方面所述的交错的扁平线结构，其中，多个第一环部分是第一螺旋环，多个第二环部分是第二螺旋环，并且第一螺旋环的一部分与第二螺旋环交错。

4.根据方面3所述的交错的扁平线结构，其中第一和第二绕组线均包括宽表面，并且第一螺旋环的一部分和第二螺旋环的一部分彼此水平交错，使得第一螺旋环的一部分的宽表面和第二螺旋环的一部分的宽表面交替设置成层叠结构。

5.根据方面1-2中任一方面所述的交错的扁平线结构，其中第一和第二绕组线均包括宽表面，并且第一环部分的一部分和第二环部分的一部分彼此垂直交错，使得第一环部分的一部分的宽表面和第二环部分的一部分的宽表面交替设置成同心结构。

6.根据方面1-5中任一方面所述的交错的扁平线结构，其中第一和第二绕组线由铜、铝、黄铜、磷青铜、镍或银中之一构成。

7.一种扁平线平面变压器，包括：

芯；和

容纳在芯内的交错的扁平线结构，所述交错的扁平线结构包括第一绕组线，所述第一绕组线包括第一端、第二端和多个第一环部分；和第二绕组线，所述第二绕组线包括第一端、第二端和多个第二环部分；其中多个第一环部分的一部分与多个第二环部分的一部分彼此交错。

8.根据方面7所述的扁平线平面变压器，其中交错的扁平线结构还包括第三绕组线，所述第三绕组线包括第一端、第二端和多个第三环部分，和

9.根据方面7-8中任一方面所述的扁平线平面变压器，其中多个第一环部分是第一螺旋环，多个第二环部分是第二螺旋环，并且第一螺旋环的一部分与第二螺旋环交错。

10.根据方面9所述的扁平线平面变压器，其中第一和第二绕组线均包括宽表面，并且第一螺旋环的一部分与第二螺旋环的一部分彼此水平交错，使得第一螺旋环的一部分的宽表面和第二螺旋环的一部分的宽表面交替设置成层叠结构。

11.根据方面7-8中任一方面所述的扁平线平面变压器，其中第一和第二绕组线均包括宽表面，并且第一环部分的一部分和第二环部分的一部分彼此垂直交错，使得第一环部分的一部分的宽表面和第二环部分的一部分的宽表面交替设置成同心结构。

12.根据方面7-11中任一方面所述的扁平线平面变压器，其中第一和第二绕组线由铜、铝、黄铜、磷青铜、镍或银中之一构成。

13.根据方面7-12中任一方面所述的扁平线平面变压器，其中芯包括用于交错的扁平线结构的外壳、盖子、和将盖子连接至外壳的一个或多个夹具。

14.根据方面7-13所述的扁平线平面变压器，还包括容纳在芯内的印刷电路板（PCB），所述印刷电路板包括第一部分和第二部分。

其中，芯包括位于芯的相对端处的开口，使得印刷电路板的第一和第二部分伸出芯。

15.根据方面7-14中任一方面所述的扁平线平面变压器，其中芯是铁氧体磁芯。

本申请所披露的示例在所有方面应被视为是说明性的而非限制性的。本发明的保护范围由所附权利要求书而非前述的说明书限定；并且在权利要求的等同的含义和范围内的所有变化旨在包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种用于扁平线平面变压器的交错的扁平线结构，包括：

其中所述第一绕组线的第一环部分的一部分和第二绕组线的第二环部分的一部分彼此交错。

2.根据权利要求1所述的交错的扁平线结构，还包括第三绕组线，所述第三绕组线包括第一端、第二端和多个第三环部分，和

其中所述第三环部分的一部分与第一环部分或第二环部分的一部分交错。

3.根据权利要求1-2中任一权利要求所述的交错的扁平线结构，其中，多个第一环部分是第一螺旋环，多个第二环部分是第二螺旋环，并且第一螺旋环的一部分与第二螺旋环交错。

4.根据权利要求3所述的交错的扁平线结构，其中第一和第二绕组线包括宽表面，并且第一螺旋环的一部分和第二螺旋环的一部分彼此水平交错，使得第一螺旋环的一部分的宽表面和第二螺旋环的一部分的宽表面交替设置成层叠结构。

5.根据权利要求1-2中任一权利要求所述的交错的扁平线结构，其中第一和第二绕组线包括宽表面，并且第一环部分的一部分和第二环部分的一部分彼此垂直交错，使得第一环部分的一部分的宽表面和第二环部分的一部分的宽表面交替设置成同心结构。

6.根据权利要求1-5中任一权利要求所述的交错的扁平线结构，其中第一和第二绕组线由铜、铝、黄铜、磷青铜、镍或银中之一构成。

7.一种扁平线平面变压器，包括：

芯；和

容纳在芯内的交错的扁平线结构，所述交错的扁平线结构包括第一绕组线，所述第一绕组线包括第一端、第二端和多个第一环部分；和第二绕组线，所述第二绕组线包括第一端、第二端和多个第二环部分；其中多个第一环部分的一部分和多个第二环部分的一部分彼此交错。

8.根据权利要求7所述的扁平线平面变压器，其中交错的扁平线结构还包括第三绕组线，所述第三绕组线包括第一端、第二端和多个第三环部分，和

9.根据权利要求7-8中任一权利要求所述的扁平线平面变压器，其中所述多个第一环部分是第一螺旋环，所述多个第二环部分是第二螺旋环，并且第一螺旋环的一部分与第二螺旋环交错。

10.根据权利要求9所述的扁平线平面变压器，其中所述第一和第二绕组线包括宽表面，并且第一螺旋环的一部分与第二螺旋环的一部分彼此水平交错，使得第一螺旋环的一部分的宽表面和第二螺旋环的一部分的宽表面交替设置成层叠结构。

11.根据权利要求7-8中任一权利要求所述的扁平线平面变压器，其中所述第一和第二绕组线包括宽表面，并且第一环部分的一部分和第二环部分的一部分彼此垂直交错，使得第一环部分的一部分的宽表面和第二环部分的一部分的宽表面交替设置成同心结构。

12.根据权利要求7-11中任一权利要求所述的扁平线平面变压器，其中所述第一和第二绕组线由铜、铝、黄铜、磷青铜、镍或银中之一构成。

13.根据权利要求7-12中任一权利要求所述的扁平线平面变压器，其中所述芯包括用于交错的扁平线结构的外壳、盖子、和将盖子连接至外壳的一个或多个夹具。

14.根据权利要求7-13中任一权利要求所述的扁平线平面变压器，还包括容纳在所述芯内的印刷电路板，所述印刷电路板包括第一部分和第二部分，

其中所述芯包括位于芯的相对端处的开口，使得印刷电路板的第一和第二部分伸出所述芯。

15.根据权利要求7-14中任一权利要求所述的扁平线平面变压器，其中所述芯是铁氧体磁芯。