CN103795273A

CN103795273A - 一种具有pcb集成型变压器的开关电源模块

Info

Publication number: CN103795273A
Application number: CN201410086363.1A
Authority: CN
Inventors: 易峰; 黄嵩人
Original assignee: HUNAN JINXIN ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: HUNAN JINXIN ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-03-11
Filing date: 2014-03-11
Publication date: 2014-05-14

Abstract

本发明公开了一种具有PCB集成型变压器的开关电源模块，其中变压器的线圈位于母板、上子板和下子板三块PCB上，同时，母板也是开关电源模块中其它器件及电子线路的载板。上子板和下子板表面有焊盘，用常规的焊接工艺即可将上下子板焊接到母板上，变压器的初次级可以任意分布在母板、上子板和下子板三块PCB上，以便设计变压器初次级的匝数比。本发明的开关电源模块具有传递电流大、转换效率高、易于装配、成本低的特点。

Description

一种具有PCB集成型变压器的开关电源模块

技术领域

本发明涉及一种开关电源模块，特别是涉及一种具有PCB集成型变压器的开关电源模块。

背景技术

随着科学技术的发展，电子系统的功能越来越复杂，电子系统中的部件越来越多，必然导致电子系统功耗增加。作为电子系统的能量传递器件，开关电源需要具有高传输功率、大的传递电流、高效率、高输出电压精度，以保证电子系统的正常工作。

变压器在开关电源中起着举足轻重的作用，目前比较先进的变压器技术是平面变压器技术，即采用多层PCB板，PCB板内的导体作为变压器的线圈，再将磁芯固定在PCB板上。通过这种方法，可以提高传递电流，因为PCB板内的导体的宽度可以任意设计，同时由于导体比较薄，可以减小趋肤效应，提高变压器的传递电流；采用多层PCB板，可以任意设置层数，达到合理设计变压器匝比的目的；同时，多层PCB板可以免去绕制变压器线圈的步骤，简化生产工序，提高了生产效率。

目前平面变压器只采用一组PCB板，然而在开关电源中对于PCB板的层数需求较多，从而才能满足现代化开关电源的较多功能，但是多层PCB板比较昂贵，尤其是层数多于10层时，多层PCB板的制造成本变得比较高，且对于多层PCB,其一旦制作完成，不仅不利于变压器不同线圈的优化设计，还无法对变压器的线圈圈数进行调试，这就给变压器的线圈设计带来了一定的限制。

发明内容

本发明的目的是提出一种具有PCB集成型变压器的开关电源模块，它不仅增大了传递电流，提高了转换效率，还可对其进行精确的调试和线圈的优化设计，且易于装配，大大降低了成本，从而提高了经济效益。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种具有PCB集成型变压器的开关电源模块，它包括电子元件、PCB板、磁芯、引针，其特征在于：所述PCB板包含上子板、下子板和母板；所述上子板的底部通过焊盘与母板电气连通，下子板的顶部通过焊盘与母板电气连通；所述PCB板上设置有镂空，磁芯镶嵌在镂空中，PCB板上的金属导体和磁芯共同构成开关电源模块的变压器。

所述上子板至少由一层PCB构成。

所述下子板至少由一层PCB构成。

所述母板至少由一层PCB构成。

所述PCB层上的金属导体通过位于PCB上的金属化通孔实现电连接。

所述金属化通孔至少为一个。

所述磁芯具有两个边柱，其中一个边柱依次穿过所述上子板、母板和下子板，另一个边柱仅穿过所述母板。

所述金属导体的宽度为1~10mm。

所述金属导体的厚度为35~250微米。

本发明的有益效果：（1）本发明的变压器的线圈均为PCB上的导体，传递电流大，且没有线圈的使用，使生产工序得到简化。

（2）本发明的初次级线圈的匝数可以任意设置，既变压器的初次级可以任意分布在母板、上子板和下子板三块PCB上，以便设计变压器初次级的匝数比，从而使得变压器匝数的设计变得更加灵活，转换效率更高。

（3）本发明的母板包括印刷电路、焊盘和线圈，由于母板面积比较大，可做成双面板，从而使得在增加电子元件安装密度的同时不增加体积；子板仅仅作为变压器的线圈，体积小，即使需要多层，也可以分解成多组层数较少的PCB，可灵活对其组合，不仅使得适用范围更广，还大大减少了制作的成本。

（4）本发明的每个PCB的表面都有焊盘，使PCB在装配组合时可视为普通的表贴器件，降低了装配难度和成本，从而提高了装配的效率。

（5）本发明由于采用子母板的结构，若变压器线圈设计不合理或出现故障时，可分别对子板或母板进行调试、检修或更换。

附图说明

图1是实施例1上子板的结构示意图。

图2是实施例1母板的结构示意图。

图3是实施例1下子板的结构示意图。

图4是装配后的开关电源模块的结构示意图。

图5是实施例2上子板和下子板第一层的结构示意图。

图6是实施例2上子板和下子板第二层的结构示意图。

图7是实施例2上子板和下子板第三层的结构示意图。

图8是实施例2上子板和下子板第四层的结构示意图。

图9是实施例2母板第一层的结构示意图。

图10是实施例2母板第二层的结构示意图。

图11是实施例2母板第三层的结构示意图。

图12是实施例2母板第四层的结构示意图。

在说明书附图中所述的数字标注表示为：101、金属导体A；102、金属化通孔A；103、镂空A；104、金属化通孔B；105、金属导体端部A；106、金属化通孔C；107、金属化通孔D；108、金属化通孔E；109、金属导体端部B；110、金属化通孔F；111、焊盘A；112、焊盘B；113、PCB基板A；114、金属化通孔G；115、金属化通孔I；201、焊盘C；202、焊盘D；203、镂空B；204、镂空C；205、金属化通孔J；206、金属导体端部C；207、PCB基板B；208、金属化通孔K；209、金属导体端部D ；210、金属导体端部E；211、金属导体端部F；212、焊盘E；213、焊盘F；214、金属化通孔L；215、金属化通孔M；216、金属导体B ；217、金属导体端部I；218、金属导体端部J；301、母板；302、下子板；303、上子板；304、电子元件；305、上磁芯；306、下磁芯；307、引针；401、 PCB基板C；402、金属导体端部G；403、金属导体端部H；404、镂空D； 405、金属导体C。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

实施例1

参看图1，一种具有PCB集成型变压器的开关电源模块，每一层PCB上均设置有金属导体、用于安装磁芯的镂空、以及金属化通孔。本实施例中上子板303和下子板302均由一层PCB构成，上子板均具有金属导体A 101、PCB基板A 113、镂空A 103、金属化通孔G 114、金属化通孔I 115。

参看图2，母板301为一层PCB板，母板301上的焊盘E 212和焊盘F 213位置分别位于上子板303中的金属化通孔G 114和金属化通孔I 115正下方。金属导体B 216是母板上的变压器线圈，金属导体B 216通过上子板的金属化通孔G 114和金属化通孔I 115来实现与上子板303的金属导体A 101的电气连接。母板301上的镂空B 203和镂空C 204是变压器磁芯穿过的位置，镂空B 203与上子板303中镂空A 103位置相对。金属导体端部I 217和金属导体端部J 218是母板上变压器线圈的两端，金属导体端部I 217和金属导体端部J 218连接到母板中的电子线路中，作为变压器的一个绕组。母板301上的焊盘D 202和焊盘C 201是连接下子板电路的焊盘。

参看图3，下子板302为一层PCB板，下子板302具有金属导体C 405和镂空D 404，镂空D 404与母板上的镂空B 203相对。金属导体C 405的金属导体端部G 402和金属导体端部H 403分别位于母板上的金属化通孔L 214和金属化通孔M 215正下方，即下子板302通过母板的金属化通孔L 214和金属化通孔M 215来实现与母板301的电气连接。

参看图4，母板301上焊接有若干电子元件304，变压器的磁芯由上磁芯305和下磁芯306构成，磁芯的一个中柱依次穿过上子板303、母板301和下子板302，磁芯的另一个中柱仅穿过母板301，引针307实现开关电源模块的电气输入输出。

实施例2

参看图5、图6、图7、图8，一种具有PCB集成型变压器的开关电源模块，每一层PCB上均设置有金属导体、用于安装磁芯的镂空、以及金属化通孔。本实施例中上子板和下子板均由四层PCB构成，第一层具有金属导体A 101、镂空A 103、金属化通孔A 102和金属化通孔B 104。第二层其具有金属化通孔C 106和金属化通孔D 107，第二层的一个金属导体端部A 105位于第一层的金属化通孔A 102正下方，即金属化通孔的下方是金属导体，同时第二层的金属化通孔D107位于第一层金属化通孔B 104的正下方，即金属化通孔B 104和金属化通孔D 107电气相连接。第三层其具有金属化通孔E108、金属导体端部B 109和金属化通孔F 110，第三层的金属导体端部B 109位于第二层的金属化通孔C 106正下方，即金属化通孔的下方是金属导体，同时第三层金属化通孔E 108位于第二层的金属导体端部A 105的正下方。第三层的金属化通孔F 110位于第二层的金属化通孔D 107的下方，即金属化通孔F 110和金属化通孔D 107电气相连接。

在与母板接触的一面，即上下子板的第四层，该层上没有线圈，上子板和下子板均有两个焊盘A 111和焊盘B 112，用于子板和母板的电气连接，镂空A 103是磁芯穿过的位置。本实施例中下子板的结构与上子板相同。

参看图9、图10、图11、图12，母板301由四层PCB板构成，镂空C 203和镂空D 204是磁芯穿过的位置，镂空C 203与上下子板的镂空A 103相对应。第一层焊盘C 201和焊盘D 202是用来焊接上子板的，其位置与上子板的第四层中的焊盘A 111和焊盘B 112位置对应。第一层的金属化通孔G 205位于第二层的金属导体端部D 209的正上方，即金属化通孔的下方是金属导体。母板的第二层的金属化通孔H 208位于第三层金属导体端部E 210的正上方，即金属化通孔的下方是金属导体。母板第一层的金属导体端部C 206是母板上的线圈的一端，母板第三层的金属导体端部F 211是母板上的线圈的另一端。第一层的金属导体端部C 206和第三层的金属导体端部F 211连接到母板中的电子线路中，作为变压器的一个绕组。

母板的第四层中没有线圈，焊盘E 212和焊盘F 213是用来焊接下子板的，其位置与下子板的第四层中的焊盘对应，镂空B 203和镂空C 204是磁芯穿过的位置。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种具有PCB集成型变压器的开关电源模块，它包括电子元件、PCB板、磁芯、引针，其特征在于：所述PCB板包含上子板、下子板和母板；所述上子板的底部通过焊盘与母板电气连通，下子板的顶部通过焊盘与母板电气连通；所述PCB板上设置有镂空，磁芯镶嵌在镂空中，PCB板上的金属导体和磁芯共同构成开关电源模块的变压器。

2.根据权利要求1所述的一种具有PCB集成型变压器的开关电源模块，其特征在于：所述上子板至少由一层PCB构成。

3.根据权利要求1所述的一种具有PCB集成型变压器的开关电源模块，其特征在于：所述下子板至少由一层PCB构成。

4.根据权利要求1所述的一种具有PCB集成型变压器的开关电源模块，其特征在于：所述母板至少由一层PCB构成。

5.根据权利要求2、或3、或4所述的任意一种具有PCB集成型变压器的开关电源模块，其特征在于：所述PCB层上的金属导体通过位于PCB上的金属化通孔实现电连接。

6.根据权利要求5所述的一种具有PCB集成型变压器的开关电源模块，其特征在于：所述金属化通孔至少为一个。

7.根据权利要求1所述的一种具有PCB集成型变压器的开关电源模块，其特征在于：所述磁芯具有两个边柱，其中一个边柱依次穿过所述上子板、母板和下子板，另一个边柱仅穿过所述母板。

8.根据权利要求1所述的一种具有PCB集成型变压器的开关电源模块，其特征在于：所述金属导体的宽度为1~10mm。

9.根据权利要求1所述的一种具有PCB集成型变压器的开关电源模块，特征在于：所述金属导体的厚度为35~250微米。