CN104412341B - 具有减小的端接损耗的平面变压器 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及包括多个电路层的平面变压器，其被配置为减小多个电路层中的至少一个上的端接损耗。多个电路层在第一方向上被堆叠在一起并且至少包括第一和第二电路层。第一和第二电路层各自包括形成具有由间隙分隔的第一端接部和第二端接部的至少一个绕组的导电迹线。第一和第二电路层的间隙在与第一方向不同的第二方向上相对于彼此是偏移的。多个电路层还可包括第三电路层，其包括具有邻近第一和第二电路层的间隙中的至少一个布置的接地部的导电迹线。

Description

具有减小的端接损耗的平面变压器
技术领域
本公开涉及平面变压器(planar transformer)。更具体而言，本公开涉及被配置为减小端接损耗(termination loss)的平面变压器。
背景技术
变压器在许多应用中用于通过电感耦合的导体或绕组将电能量从一个电路传送到另一个。电子装置中使用的典型变压器包括铁磁芯，在该铁磁芯周围缠绕有铜线以形成初级绕组和次级绕组。然而，在一些应用中，例如在便携式电子装置中，典型的变压器太大太重了。因此，这些电子装置中的许多包含了紧凑且轻量的平面变压器。
平面变压器通常包括多个堆叠的电路层或PCB，其中每一个具有形成一个或多个变压器绕组的导电迹线。每个PCB上的一个或多个变压器绕组包括第一端接部和第二端接部，电流通过第一端接部进入，通过第二端接部离开。当第一和第二端接部被布置得彼此接近并且由狭窄的间隙分隔时，它们可容易遭受邻近效应。邻近效应使得流经间距紧密的第一和第二端接部的电流聚集在一起并且仅在第一和第二端接部的最接近间隙的狭窄部分中流动。这个狭窄部分可从邻近间隙布置的第一和第二端接部的边缘延伸大约一个“趋肤深度”(skin-depth)。结果，平面变压器经历严重的功率损耗，这通常称为端接损耗。
当向平面变压器提供电力的电源以高频(例如大约数百kHz)切换时，第一和第二端接部的“趋肤深度”可能只是千分之几英寸。所产生的端接损耗常常是平面变压器中的传导损耗的主要原因，常常引起总交流(AC)电阻的大约75％。
发明内容
本公开的特征在于一种被配置为减小端接损耗以增大功率效率的平面变压器。在一个方面中，本公开的特征在于一种平面变压器的制造方法。该方法包括在第一电路层上形成至少一个绕组的第一导电迹线。第一导电迹线具有第一端接部和第二端接部，在该第一端接部和第二端接部之间限定了第一间隙。该方法还包括在第二电路层上形成至少一个绕组的第二导电迹线。第二导电迹线被形成为包括第一端接部和第二端接部，在该第一端接部和第二端接部之间限定了第二间隙，使得，当第一和第二电路层在第一方向上被堆叠在一起时，第二间隙相对于第一间隙在与第一方向垂直的第二方向上偏移。
该制造方法还可包括在第三电路层上形成接地部的第三导电迹线，使得当第三电路层与第一和第二电路层被堆叠在一起时，接地部与第一和第二间隙中的至少一者在第二方向上对齐。
该方法还可包括将第一至第三电路层堆叠在一起，以使得第三电路层被布置在第一和第二电路层之间。
该制造方法还可包括将第一和第二电路层堆叠在一起。
该制造方法还可包括将芯体插入穿过在第一和第二电路层中形成的至少一个孔隙。
该制造方法还可包括将该平面变压器与至少一个其他组件组装以便组装发电机。
该制造方法还可包括将该平面变压器与至少一个其他组件组装以便组装电外科仪器的发电机。
在另一方面中，本公开的特征在于一种用于生成电外科能量的电外科发电机。该电外科发电机包括平面变压器。该平面变压器包括在第一方向上堆叠在一起的多个电路层。多个电路层包括用于输出电外科能量的至少一个端子。多个电路层还至少包括第一电路层和第二电路层，其中第一和第二电路层各自包括形成具有第一端接部和第二端接部的至少一个变压器绕组的导电迹线。在第一端接部和第二端接部之间限定了间隙。多个堆叠的电路层包括用于分散流经第一和第二电路层的第一和第二端接部中的至少一者的电流的手段。
用于分散的手段可包括将第一间隙布置成使得其不是邻近第二间隙布置的。
在另一方面中，本公开的特征在于一种使得绕组的匝布置在两个电路层上的平面变压器。该平面变压器包括在第一方向上堆叠在一起的第一电路层和第二电路层。该平面变压器还包括布置在第一电路层上的第一导电迹线。第一导电迹线形成绕组的匝的第一部分并且具有第一端接部。该平面变压器还包括布置在第二电路层上并且电耦合到第一导电迹线的第二导电迹线。第二导电迹线形成绕组的匝的剩余部分并且具有第二端接部。第一端接部和第二端接部被布置为彼此相邻。
第一和第二端接部可在第一方向上与彼此对齐。另外，绕组可以是平面变压器的初级绕组。
平面变压器还可包括布置在第三电路层上的第三导电迹线和布置在第四电路层上的第四导电迹线。第三导电迹线可形成具有由第一间隙分隔的第一端接部和第二端接部的至少一个绕组。第四导电迹线可形成具有由第二间隙分隔的第一端接部和第二端接部的至少一个绕组。第一和第二间隙可在与第一方向不同的第二方向上相对于彼此偏移。
第三和第四电路层的至少一个绕组可以是初级绕组或次级绕组。另外，第二方向可与第一方向垂直。
多个电路层还可包括具有形成耦合到地的接地部的导电迹线的第五电路层。第三电路层可被布置成使得接地部与间隙中的至少一者在第二方向上横向对齐。
在另一方面中，本公开的特征在于根据本公开的一些方面还提供了一种制造使得绕组的匝布置在两个电路层上的平面变压器的方法。制造平面变压器的该方法包括在第一电路层上将第一导电迹线形成为绕组的匝的第一部分。第一导电迹线在该匝的该部分的第一端处具有第一端接部。该方法还包括在第二电路层上将第二导电迹线形成为变压器的该匝的剩余部分。第二导电迹线在该匝的剩余部分的第一端处具有第二端接部。第二端接部被形成为使得当第一和第二电路层被堆叠在一起时，第二端接部是与第一端接部相邻布置的。该方法还包括在该匝的该部分的第二端与该匝的剩余部分的第二端之间形成电过孔。
该制造方法还可包括在第三电路层上将第三导电迹线形成为至少一个变压器绕组。第三导电迹线可具有由第一间隙分隔的第一端接部和第二端接部。该制造方法还可包括在第四电路层上将第四导电迹线形成为至少一个其他变压器绕组。第四导电迹线可具有由第二间隙分隔的第一端接部和第二端接部。当第三和第四电路层与第一和第二电路层堆叠在一起时，第二间隙可相对于第一间隙横向偏移。
该制造方法还可包括在第五电路层上将第五导电迹线形成为接地部。接地部可被形成为当第五电路层与第一至第四电路层堆叠在一起时该接地部与第一和第二间隙中的至少一者横向对齐。
附图说明
本文参考附图描述本公开的各种实施例，附图中：
图1是可包含根据本公开的实施例的平面变压器的发电机的示范性功率级的示意性电路图；
图2是可用在图1的示范性功率级中的根据本公开的实施例的平面变压器的分解透视图；
图3是说明被根据本公开的实施例的平面变压器所解决的邻近效应的平面变压器的截面侧视图；
图4是图2的平面变压器的截面侧视图；
图5是根据本公开的另一实施例的平面变压器的截面侧视图；
图6是根据本公开的另外一个实施例的平面变压器的截面侧视图；
图7是根据本公开的另外一个实施例的平面变压器的截面侧视图；
图8是图2的平面变压器的第一层的顶视图，说明了布置在图2 的平面变压器的第二层上的迹线之间的间隙；
图9是图2的平面变压器的第二层的顶视图，说明了布置在图2的平面变压器的第三层上的迹线之间的另一间隙；
图10是图2的平面变压器的第三层的顶视图；
图11是图2的平面变压器的第四层的顶视图；
图12是图2的平面变压器的第五层的顶视图；
图13是图2的平面变压器的第六层的顶视图；
图14是图2的平面变压器的第七层的顶视图；
图15是图2的平面变压器的第八层的顶视图；
图16是图2的平面变压器的第九层的顶视图；
图17是图2的平面变压器的第十层的顶视图；
图18A是根据本公开的其他实施例的平面变压器的绕组的分解顶视图；
图18B是处于组装状态中的图18A的绕组的顶视图；
图19是说明根据本公开的实施例的制造平面变压器的方法的流程图；
图20是说明根据本公开的实施例的制造平面变压器的方法的流程图；并且
图21是包括具有根据本公开的实施例的平面变压器的发电机电路板的电外科仪器的透视图。
具体实施方式
参考附图详细描述本公开的实施例，附图中相似的标号标识相似或相同的元素。当在本文中使用时，“远端”(distal)一词指的是更远离用户的被描述部分，而“近端”(proximal)一词指的是更靠近用户的被描述部分。
本公开针对一种平面变压器，其包括在第一方向上堆叠的多个电路层。每个电路层可以是包括形成变压器绕组的导电迹线的印刷电路板(printed circuit board，PCB)。迹线包括第一端接部和第二端接部，电流通过第一端接部进入绕组，并且通过第二端接部离开绕组。第一端接部和第二端接部由间隙分隔。变压器绕组是初级或次级绕组，并且可包括单匝或多匝。
在上述配置中，电流在该间隙的两侧在相反方向上流动，这造成了这样一种状况：邻近效应可使得电流仅在第一和第二端接部的狭窄部分中流动。在一些情况下，该狭窄部分可从该间隙延伸大约一个趋肤深度。当电流在第一和第二端接部的狭窄部分中聚集在一起时，可能有严重的功率损耗。
根据本公开的平面变压器被配置为分散电流，使得其更均匀地流经第一和第二端接部的更大部分。在一些实施例中，电路层被布置成使得堆叠中的至少第一和第二电路层中的第一和第二端接部之间的间隙在与第一方向垂直的第二方向上相对于彼此横向偏移。在其他实施例中，电路层包括接地部，该接地部被定位成邻近另一电路层的第一和第二端接部之间的间隙。在其他实施例中，电路层的堆叠包括包含了上述配置的组合的电路层，例如，至少两个电路层，其中这些电路层的间隙相对于彼此横向偏移，并且至少一个其他电路层具有位置邻近这些间隙的接地部。
图1示出了示范性RF反相器电路102，其可包含根据本公开的实施例的平面变压器100。平面变压器100耦合到第一和第二推挽式开关106、108。平面变压器100把由电源——例如电池——提供的直流(DC)转换成交流(AC)。
平面变压器100被配置为包括分开的初级绕组112，其具有第一和第二初级绕组112a和112b，以及分开的次级绕组114，其具有第一和第二次级绕组114a和114b。在图1所示的实施例中，平面变压器100被配置为1:1:4:4变压器，其中第一和第二初级绕组112a和112b各自包括一匝，并且第一和第二次级绕组114a和114b各自包括四匝。能够设想到可以采用其他变压器配置，例如2:2:4:4和2:2:8:8。
微控制器(例如，图21的微控制器104)输出控制信号PWM1和PWM2来分别控制开关106和108，使得开关106和108交替地允许电流流经它们。在实施例中，微控制器控制开关106和108，使得AC输出信号以预定的频率——例如472kHz——振荡。
开关106和108可以是晶体管，例如N型、P型或MOSFET晶体管。也可采用其他类型的晶体管和开关。信号PWM1和PWM2被提供到开关106、108各自的栅极，用于控制开关106和108交替导通电流。信号PWM1和PWM2可以是彼此相位相差180°的方波。
在本公开的实施例中，变压器100是在基板——例如电路层的基板——上实现的平面变压器。在这种实现方式中，平面变压器可包括多个管脚P2-P5和P7-P14。
在第一阶段中的操作期间，当开关106响应于PWM1信号被闭合时，电流IA从电源线PRI_CT经由第一初级绕组112a(即，经由管脚P9、P10、P13、P14)和开关106流到地110。流经第一初级绕组112a的电流在第一次级绕组114a和第二次级绕组114b中感生出电流。感生电流经由第二次级绕组114b从管脚P2流到管脚P4和P3，管脚P4和P3通过串联电容器116有效串联连接。感生电流随后经由第一次级绕组114a从管脚P3流到管脚P5。感生电流随后流到跨接在管脚P2和P5上的负载。这导致了管脚P5处的电压VOUTA。
在第二阶段中，当开关108响应于PWM2信号而被闭合时，电流IB从电源线PRI_CT经由第二初级绕组112b(即，经由管脚P11、P12、P7、P8)和开关108流到地110。流经第二初级绕组112b的电流在第一次级绕组114a和第二次级绕组114b中感生出电流。感生电流经由第一次级绕组114a从管脚P5流到管脚P3和P4。感生电流随后经由第二次级绕组114b从管脚P4流到管脚P2。感生电流随后流到跨接在管脚P2和P5上的负载。这导致了管脚P2处的电压VOUTB。
在下文更详细描述的一些实施例中，向电外科仪器的对置的颚部提供电压VOUTA和VOUTB。电压VOUTA和VOUTB可具有伪方波形，带有预定的输出范围，例如150W、85Vrms和3Arms。
图2是具有十个电路层L1S1、L2P2、L3P1、L4S1、L5P2、L6P1、L7S2、L8P2、L9P1和L10S2的平面变压器100的示范性实施例的透视图，其中L1-L10指的是特定电路层，P1和P2分别指的是第一和第二初级绕组112a和112b，并且S1和S2分别指的是第一和第二次级绕组114a和114b。与每一层L1-L10相关联的边缘E与位于相应层上方或下方的层的相应边缘E对齐。
每个电路层L1-L10可以是包括在基板上形成的迹线的PCB。迹线由导电材料形成，例如铜，而基板由非导电材料形成，例如聚四氟乙烯或者玻璃织物和环氧树脂。迹线可被蚀刻或沉积在基板上。
在实施例中，电路层L1-L10是堆叠的。图2示出了在垂直方向上堆叠的PCB，然而可以设想任何方向。一旦堆叠了，该堆叠就可以以任何方向定向。垂直堆叠仅作为示例被用在本公开的各处并且用于提供一种方便的方向性参照系。
每个电路层可包括孔隙。当层L1-L10被堆叠时，各层L1-L10的孔隙被对齐并且由磁性材料——例如铁酸盐——构成的芯体CR被插入穿过电路层L1-L10的孔隙并且被定位成使得芯体CR被布置得邻近每个电路层L1-L10的绕组W。
图3示出了说明电流由于邻近效应而发生的聚集的变压器300的截面视图。平面变压器300包括电路层301-306，它们分别具有导电迹线311-316。导电迹线311-316形成平面变压器300的绕组。绕组包括由间隙321-326分隔的第一端接部和第二端接部。如图所示，间隙321-326彼此垂直对齐。当电流进入第一端接部并离开第二端接部时，电流在相反方向上在每个间隙321-326的相反侧流动。如上所述，在此配置中，电流集中在第一和第二端接部的邻近间隙321-326的狭窄部分中。
图4-7示出了平面变压器的多种实施例，其中电路层被配置和/或布置为减轻邻近效应。参考图4，根据一个实施例的示范性平面变压器400包括电路层401-410。每个电路层401-410包括各自的导电迹线411-420，导电迹线411-420形成平面变压器400的绕组。具体而言，导电迹线412、413、415、416、418和419形成初级绕组，并且导电迹线411、414、417和420形成次级绕组。在图4所示的实施例中，只有电路层401-410的初级绕组包括由间隙422、423、425、426、428和429分隔的第一端接部和第二端接部。
在其他实施例中，次级绕组411、414、417和420也可包括由狭窄的间隙分隔的第一和第二端接部，这可导致电流由于邻近效应而靠近所述狭窄的间隙地集中在第一和第二端接部中。另外，初级绕组412、413、415、416、418和419可包括一匝或多匝，并且次级绕组411、414、417和420可包括一匝或多匝。
图4的电路层401-410被配置和布置为通过将电流从第一和第二端接部的邻近间隙422、423、425、426、428和429的狭窄部分分散开，来中和邻近效应。首先，电路层401-410被配置和布置成使得不同组的间隙422、423、425、426、428和429相对于彼此横向偏移。在图4的具体实施例中，间隙422和423相对于间隙425、426、428和429在与堆叠电路层401-410的方向垂直的方向上横向偏移。从而，间隙423和425不是垂直对齐的，并且间隙426和428不是垂直对齐的。在此配置中，流经绕组的第一和第二端接部的电流更均匀地分散在第一和第二端接部中。
其次，具有各自的接地部431、434、437和440的电路层401、404、407和410被布置在具有间隙422、423、425、426、428和429的电路层的对或组之间，使得接地部431、434、437和440被定位成紧邻间隙422、423、425、426、428和429中的至少一个。具体而言，接地部431的位置紧邻间隙422，接地部434位于间隙423和425之间，接地部437位于间隙426和428之间，并且接地部440的位置紧邻间隙429。
将接地部431、434、437和440定位成紧邻间隙422、423、425、426、428和429中的至少一个至少如下减小了端接损耗。流经靠近间隙422的绕组412的第一和第二端接部的电流使得涡电流在邻近的接地部431中形成。该涡电流在与在导电迹线412的第一和第二端接部中流动的电流的方向相反的方向上流动。接地部431中的涡电流和绕组412中在相反方向上流动的电流的邻近使得流经绕组412的第一和第二端接部的电流分散，从而使得流经绕组412的电流流经绕组412的更大部分，从而减小了邻近效应并且减小了绕组412中的端接损耗。类似地，在接地部434、437和440中建立涡电流。这些涡电流表示电流损耗。然而，由这些涡电流引起的电流损耗足以被由接地部431、434、437和440提供的电流损耗的减小所抵消。
因此，对于其中电流在第一端接部处进入绕组并且在第二端接部处离开绕组的每一层401-410，层401-410被配置和/或布置为中和邻近效应，使得流经第一和第二端接部的电流将被分散并且端接损耗将被减小。
间隙422、423、425、426、428和429中的一些是垂直对齐的。例如，间隙422和423是彼此对齐的。然而，由于提供了与间隙422和423紧邻并垂直对齐的接地部431和434，减轻了邻近效应。此外，间隙422和423与间隙428和429是垂直对齐的。间隙423和428不受邻近效应的影响，因为它们不与彼此相邻，而是在垂直方向上与彼此间隔开，并且进一步被多个层——即，层404-407——所分隔。
在仿真实验中，计算和比较了与图3和图4分别示出的平面变压器300和400相关联的总功率损耗。为平面变压器400确定的总功率损耗相对于为变压器300确定的总功率损耗减小了三倍以上。
设想到了使用用于减轻邻近效应的第一和/或第二方法的任何组合的各种配置。例如，在图5所示的另一实施例中，示出了具有八层501-508的平面变压器500，每一层设有导电迹线511-518。在各个导电迹线511-518中形成绕组。间隙521、522、524、525、527和528形成在关联的迹线511、512、514、515、517和518的相应第一和第二端接部之间。由于电流在间隙521、522、524、525、527和528的两侧流动，所以平面变压器500容易遭受邻近效应。
图5的实施例采用了用于减轻邻近效应的第一和第二方法。此配置与图4所示的配置之间的差别在于顶层501和底层508不具有接地部。在此实施例中，间隙521和528分别与相邻间隙522和527垂直对齐，但不邻近任何接地部，即，接地部533和536。然而，间隙521、522、527和528相对于不相邻的间隙524和525是偏移的，这提供了端接损耗的减小。其他间隙522、524、525和527与接地部503和506之一相邻，从而减轻了由垂直对齐的间隙引起的任何端接损耗。
图6说明了根据本公开的另一实施例的平面变压器600。平面变压器600包括六个电路层601-606。每个电路层601-606包括各自的导电迹线611-616，导电迹线611-616形成平面变压器600的绕组。间隙621、623、624和626形成在各导电迹线611、613、614和616的第一和第二端接部之间。与图4和图5的平面变压器400和500不同，间隙621、623和624是垂直对齐的。导电迹线612和615分别包括接地部632和635。在此实施例中，每个间隙621、623、624和626与接地部632和635之一相邻，从而减轻了由垂直对齐的间隙621、623、624和626引起的任何端接损耗。
图7示出了根据本公开的另一实施例的平面变压器700。平面变压器700包括六个电路层701-706。每个电路层701-706包括形成绕组的导电迹线711-716。间隙721-726形成在关联的导电迹线711-716的相应第一和第二端接部之间。在此实施例中，通过使间隙组相对于彼此横向偏移来减轻邻近效应。具体而言，间隙723和724相对于间隙721和722并且相对于间隙725和726横向偏移。虽然间隙722和725与彼此对齐，但它们相对于彼此充分偏移，以减小或消除它们之间的邻近效应。
可以使用仿真软件来优化电路层的堆叠的参数，例如，间隙相对于彼此的定位。仿真软件可包括二维有限元分析软件，其解电磁场方程以确定电路层的堆叠的截面中的电流分布。
图8-17示出了图2的平面变压器100的每个电路层。图8-17所示的电路层的配置对应于图4的截面视图中所示的电路层的配置。与平面变压器100相关联的管脚P2-P5和P7-P14在图8-17中以后缀LN示出，其中N表示关联附图中示出的层(1-10)。
参考图8、图11、图14和图17，层L1S1、L4S1、L7S2和L10S2 与次级绕组114相关联。图8和图11的第一和第四层L1S1和L4S1与第一次级绕组114a相关联，第一次级绕组114a包括四匝W1S1、W2S1、W3S1和W4S1。图14和图17的第七和第十层L7S2和L10S2分别与第二绕组114b相关联，第二绕组114b包括四匝W1S2、W2S2、W3S2和W4S2。匝W1S1和W1S2是串联电连接的。于是，匝W1S1、W2S1、W3S1、W4S1、W1S2、W2S2、W3S2和W4S2都是串联电连接的。
如图8所示，第一次级绕组114a的第一匝W1S1经由管脚P3L1和P4L1串联电连接到位于图17所示的第十层L10S2上的第二次级绕组114b的第一匝W1S2。第一匝W1S1电连接到管脚P3L1，管脚P3L1经由电连接在触点804和805之间的第一电容器、电连接在触点804和806之间的导电迹线802和电连接在触点806和807之间的第二电容器电耦合到管脚P4L1。触点804电连接到三个电过孔(via)810，并且触点806电连接到三个其他电过孔812。管脚P4L1电连接到位于层L10S2上的管脚P4L10，并且管脚P3L1电连接到位于层L10S2上的管脚P3L10。提供了电气通路(未示出)来形成位于不同层上的管脚或触点之间的电连接。电气通路可包括过孔。
第一层L1S1还包括第一次级绕组114a的第二匝W2S1，第二匝W2S1电连接到位于图11所示的第四层L4S1上的第一次级绕组114a的第三匝W3S1。第二匝W2S1电连接到位于第一层L1S1上的触点CTL1S1，触点CTL1S1电连接到位于第四层L4S1上的触点CTL4S1。
图11所示的第四层L4S1包括第一次级绕组114a的第三匝W3S1。第三匝W3S1经由连接器CTL4S1电连接到位于图8所示的第一层L1S1上的第二匝W2S1。第四层L4S1还包括第一次级绕组114a的第四匝W4S1，第四匝W4S1电连接到管脚P5L4，管脚P5L4电连接到负载。管脚P5L4电连接到位于第六层L6P1上的管脚P5L6，管脚P5L6电连接到迹线TVOUTA。迹线TVOUTA穿越第六层L6P1到达第六层L6P1的边缘E，在这里迹线TVOUTA离开第六层L6P1。
图17所示的第十层L10S2包括第二次级绕组114b的第一匝W1S2，第一匝W1S2电连接到管脚P4L10，管脚P4L10进而又经由管脚P4L1、电容器和管脚P3L1电连接到位于图8所示的第一层L1S1上的第一次级绕组114a的第一绕组W1S1。
第十层L10S2还包括第二次级绕组114b的第二匝W2S2，其电连接到位于图14所示的第七层L7S2上的第二次级绕组114b的第三匝W3S2。第二匝W2S2电连接到位于第十层L10S2上的过孔或触点CTL10S2，过孔或触点CTL10S2电连接到位于第七层L7S2上的过孔或触点CTL7S2。
图14所示的第七层L7S2包括第二次级绕组114b的第三匝W3S2。第三匝W3S2经由连接器CTL7S2电连接到位于图17所示的第十层L10S2上的第二次级绕组114b的第二匝W2S2。第七层L7S2还包括第二次级绕组114b的第四匝W4S2，其电连接到管脚P2L7并且电连接到负载。管脚P2L7电连接到迹线TVOUTB。迹线TVOUTB穿越层L7S2到达层L7S2的边缘E，在这里迹线TVOUTB离开层L7S2。
从而，经过次级绕组114a和114b从VOUTA到VOUTB的电气通路如下：(从图13中开始)迹线TVOUTA，管脚P5L6，(转到图11)，管脚P5L4，第一次级绕组的第四匝W4S1，第一次级绕组的第三匝W3S1，电过孔CTL4S1，(转到图8)电过孔CTL1S1，第一次级绕组的第二匝W2S1，第一次级绕组的第一匝W1S1，管脚P3L1，电连接在触点804和805之间的第一电容器(未示出)，电连接在触点804和806之间的导电迹线802，电连接在触点806和807之间的第二电容器(未示出)，管脚P4L1，(转到图17)，管脚P4L10，第二次级绕组的第一匝W1S2，第二次级绕组的第二匝W2S2，以及电过孔CTL10S2，(转到图14)电过孔CTL7S2，第二次级绕组的第三匝W3S2，第二次级绕组的第四匝W4S2，管脚P2L7，以及迹线TVOUTA。
层L1S1、L4S1、L7S2和L10S2各自具有关联的接地部GDL1、GDL4、GDL7和GDL10。每个接地部GDL1、GDL4、GDL7和GDL10电耦合到地，例如地球地或者电路板地。如图所示，接地部可与特定层上的迹线的其他部分电隔离。
如图8中所示，层1的接地部GDL1覆盖并延伸到超出与层1相邻的层2的间隙GPbL2的第二腿。在实施例中，接地部的几何结构可被设计为覆盖并延伸超出相邻的间隙充分的距离以实现期望的电流分散效果。
如图10、图13和图16中所示，第一初级绕组112a包括三个绕组，WaP1、WbP1和WcP1，它们分别形成在第三、第六和第九层L3P1、L6P1和L9P1上，并且并联电连接以形成单匝。类似地，如图9、图12和图15中所示，第二初级绕组112b包括三个绕组，WaP2、WbP2和WcP2，它们分别形成在第二、第五和第八层L2P2、L5P2和L8P2上，并且并联电连接以形成单匝。以这种方式，在三个绕组之间均等地分享第一和第二初级绕组112a和112b中的电流。从而，每个绕组中的电流密度是单个绕组的电流密度的三分之一，结果损耗是三分之一那么大。
参考图9所示的第二层L2P2，在第一操作阶段期间(例如，当如图1所示开关106断开并且开关108闭合时)，电流在管脚P9L2、P10L2、P11L2和P12L2处输入并且绕着绕组WaP2在箭头Iin和Iout所示的方向上(逆时针)流动。电流在第一端接部TinL2处进入绕组WaP2，并且在第二端接部ToutL2处离开绕组WaP2。在第二操作阶段期间(例如，当如图1所示开关108断开并且开关106闭合时)，电流在相反方向上(顺时针)绕着绕组WaP2流动。
第一端接部TinL2和第二端接部ToutL2由间隙GPaL2分隔。在第一端接部TinL2处进入绕组WaP2并在第二端接部ToutL2处离开的电流在间隙GPaL2的任一侧在相反方向上流动。当与堆叠的层相关联的间隙被对齐时，邻近效应使得这些电流聚集在一起并且仅在绕组WaP2的狭窄部分中流动。在这种配置中，狭窄部分可大致为一个趋肤深度，对于具有超过100kHz的频率的开关电源这可能只是千分之几英寸。如上所述，为了减小作为由这个邻近效应引起的功率损耗的端接损耗，层L3P1的第一和第二端接部被配置成使得间隙GPbL3(在图9中利用隐藏线示出)相对于间隙GPbL2横向偏移或者不与间隙GPbL2对齐。
对于图12所示的第五层L5P2，在第一操作阶段期间，电流Iin在设在第一端接部TinL5处的管脚P9L5、P10L5、P11L5和P12L5处进入绕组WbP2并且电流Iout(其例如对应于图1所示的IB)在设在第二端接部ToutL5处的管脚P7L5和P8L5处离开。从而，电流在逆时针方向上流动。当层L1-L10被组装时，将第一端接部TinL5与第二端接部ToutL5分隔开来的间隙GPaL5相对于图9所示的间隙GPaL2横向偏移。
除了上述的第二和第五层L2P2和L5P2以外，层L3P1、L6P1、L8P2和L9P1也包括间隙。对于图10所示的第三层L3P1，在第一操作阶段期间，电流Iin在设在第一端接部TinL3处的管脚P9L3、P10L3、P11L3和P12L3处进入绕组WaP1并且作为电流Iout(其例如对应于图1所示的IA)在设在第二端接部ToutL3处的管脚P13L3和P14L3处离开。当层L1-L10被组装时，第一端接部TinL3和第二端接部ToutL3之间的间隙GPaL3与图9所示的间隙GPaL2对齐，但相对于图12所示的间隙GPaL5是横向偏移的。
对于图13所示的第六层L6P1，在第一操作阶段期间，电流Iin在设在第一端接部TinL6处的管脚P9-P12处进入绕组WbP1并且作为电流Iout(其例如对应于图1所示的IA)在设在第二端接部ToutL6处的管脚P13L6和P14L6处离开绕组WbP1。当层L1-L10被组装时，第一端接部TinL6和第二端接部ToutL6之间的间隙GPaL6与图10所示的间隙GPaL3对齐，但相对于图9和图10分别所示的间隙GPaL2和GPaL3是横向偏移的。
对于图16所示的第九层L9P1，在第一操作阶段期间，电流Iin在设在第一端接部TinL9处的管脚P9L9、P10L9、P11L9和P12L9处进入绕组WcP1并且作为电流Iout(其例如对应于图1所示的IA)在设在第二端接部ToutL9处的管脚P13L9和P14L9处离开。当层L1-L10被组装时，布置在第一端接部TinL9和第二端接部ToutL9之间的间隙GPaL9与图9和图10所示的间隙GPaL2和GPaL3对齐，但相对于图12和图13分别示出的间隙GPaL5和GPaL6是横向偏移的。
对于图15所示的第八层L8P2，在第二操作阶段期间，电流Iin在设在第一端接部TinL8处的管脚P9L8、P10L8、P11L8和P12L8处进入绕组WcP2，并且作为电流Iout(其例如对应于图1所示的IB)在设在第二端接部ToutL8处的管脚P7L8和P8L8处离开绕组WcP2。当层L1-L10被组装时，布置在第一端接部TinL8和第二端接部ToutL8之间的间隙GPaL8与图9、图10和图16分别示出的间隙GPaL2、GPaL3和GPaL9对齐，但相对于图12和图13分别示出的间隙GPaL5和GPaL6是横向偏移的。
如上所述，具有初级绕组112的层——例如层L2、L3、L5、L6、L8和L9——的第一和第二端接部是电流分别经过其进入和离开绕组的第一端接部和第二端接部。这些第一和第二端接部进一步被配置成使得它们充分地围绕并且电连接到适当的管脚，电流通过这些管脚进入和离开相应的绕组。例如，在第二层L2中，第一端接部TinL2被配置为围绕并电连接到管脚P9L2、P10L2、P11L2和P12L2，并且第二端接部ToutL2被配置为围绕并电连接到管脚P7L2和P8L2。由此产生的第一和第二端接部的形状形成间隙GPbLN的第二腿(其中N从2、3、5、6、8和9中选择)，该第二腿与间隙GPaLN的第一腿成某一角度地延伸。对于上述每一层，第一和第二端接部的长度以及相应的间隙GPaLN和GPbLN的总长度被最小化，以进一步减小端接损耗。
因此，图8-17所示的平面变压器的实施例以若干种方式来减小端接损耗。首先，第一层上的第一间隙(例如，图13的GPaL6)的第一腿相对于第二层上的第二间隙(例如，图15的GPaL8)的第一腿横向偏移。类似地，第一层上的第一间隙(例如，图13的GPaL6)的第二腿相对于第二层上的第二间隙(例如，图15的GPbL8)的第二腿横向偏移。在一些实施例中，间隙可包括在不同层上相对于彼此横向偏移的一个或多个腿。在其他实施例中，一些层上的一些间隙组可相对于其他层上的其他间隙组横向偏移。在其他实施例中，不同层上的间隙中只有一部分相对于彼此横向偏移。
其次，对于每个层L1-L10，间隙GPaLN和GPbLN的腿的总长度被最小化。
第三，通过将层L1S1、L4S1、L7S2和L10S2的接地部GDL1、GDL4、GDL7和GDL10分别定位成邻近其他相邻层的间隙的一部分，来减小端接损耗。在平面变压器的操作期间，在一些层中的接地部GDL1、GDL4、GDL7和GDL10中形成涡电流，这使得电流分散并流经其他层的第一和第二端接部的更大部分。
图8示出了在第一层L1S1的接地部GDL1中形成的涡电流ECL1的示例。该涡电流在与在第二层L2P2的第一和第二端接部TinL2和ToutL2中靠近间隙GPbL2处流动的电流的方向相反的方向上流动。这使得第一和第二端接部TinL2和ToutL2中的电流分散，这改善了第一和第二端接部TinL2和ToutL2中的电流的传导并且减小了端接损耗。
图18A和18B说明了在两个PCB层上形成以减轻邻近效应的平面变压器的绕组。如图18A所示，绕组包括布置在第一PCB层1801上的第一导电迹线1810和布置在第二PCB层1802上的第二导电迹线1820。第一导电迹线1810形成绕组的匝的第一部分，并且第二导电迹线1820形成绕组的该匝的第二剩余部分。第一导电迹线1810包括第一端接部1817，电流Iin可通过第一端接部1817进入绕组，第二导电迹线1820包括第二端接部1827，电流Iout可通过第二端接部1827离开绕组。
如图18B所示，第一和第二导电迹线1810和1820被形成为使得，当第一和第二PCB层在第一方向上——即，在与页表面垂直的方向上——堆叠在一起时，第一端接部1817与第二端接部1827重叠。换言之，第一和第二导电迹线1810和1820被形成为使得，当第一和第二PCB层在第一方向上堆叠在一起时，第一端接部1817在与第一方向垂直的第二方向上——即，在与页表面平行的方向上——与第二端接部1827对齐。
从而，在此配置中，第一层1801上的第一导电迹线1810形成绕组的第一部分，并且第二层1802上的第二导电迹线1820形成绕组的第二剩余部分。在实施例中，第一导电迹线1810可形成绕组的匝的多于或少于一半，例如，绕组的匝的四分之三，并且第二导电迹线可形成绕组的匝的剩余部分，例如绕组的匝的四分之一。
第一和第二导电迹线1810和1820通过一个或多个电过孔1805电连接到彼此以形成绕组1800的一匝。绕组1800的这一匝可用于上述的第一和第二初级绕组112a和112b的每一匝。在实施例中，多个绕组1800可形成在多个电路层上，例如六个电路层上的三匝，并且并联电连接以形成上述的第一和第二初级绕组112a和112b。
如图18B所示，输入电流1815可流入到第一PCB层1801的第一导电迹线1810的第一端中，然后可通过电过孔1805从第一导电迹线1810的第二端流出到第二PCB层1802的第二导电迹线1820的第二端。电流随后流经第二导电迹线1802并且作为输出电流1825在第二导电迹线1820的第二端离开。如图18B所示，输入和输出电流1815和1825是彼此的“镜像”并且分别在第一和第二导电迹线1810和1820的第一和第二端接部1817和1827的整个宽度上分散开来。结果，减小了端接损耗。
在实施例中，本公开的平面变压器可包括根据图18A和18B的绕组1800形成的第一组初级绕组和分别根据图9、图10、图12、图13、图15和图16的初级绕组WaP1、WaP2、WbP1、WbP2、WcP1和WcP2形成的第二组初级绕组。例如，初级绕组可包括布置在第三PCB层上的第三导电迹线和布置在第四PCB层上的第四导电迹线。第三导电迹线可形成具有由第一间隙分隔的第一端接部和第二端接部的至少一个绕组。第四导电迹线可形成具有由第二间隙分隔的第一端接部和第二端接部的至少一个绕组，第二间隙相对于第一间隙在第二方向上偏移。
在实施例中，本公开的平面变压器还可包括具有形成耦合到地的接地部的导电迹线的第五PCB层。第五PCB层可形成为使得接地部与第一间隙和第二间隙中的至少一者在第一方向上对齐。
图19是说明制造平面变压器的方法的流程图，该平面变压器具有布置在第一PCB层上的绕组的匝的第一部分和布置在第二PCB层上的该绕组的该匝的第二部分。在方法在步骤1901中开始之后，在步骤1902中在第一PCB层(例如，图18A的电路层1801)上形成绕组的匝的第一部分的第一导电迹线(例如，图18A的导电迹线1810)。该匝的第一部分包括在该匝的该第一部分的第一端处的第一端接部(例如，图18A的端接部1817)。
在步骤1904中，在第二PCB层(例如，图18A的电路层1802)上形成该绕组的该匝的第二剩余部分的第二导电迹线(例如，图18A的导电迹线1820)。该匝的第二剩余部分包括在该匝的该第二剩余部分的第一端处的第二端接部(例如，图18A的端接部1827)。第二端接部被形成为使得当第一和第二电路层被堆叠在一起时第二端接部与第一端接部至少部分重叠。或者，第一和第二端接部可以都形成为使得当第一和第二电路层被堆叠在一起时第一端接部与第一端接部至少部分重叠。
在步骤1906中，第一和第二层被堆叠在一起。然后，在该方法在步骤1909中结束之前，在步骤1908中，在该匝的第一部分的第二端和该匝的剩余部分的第二端之间连接一个电过孔或多个电过孔(例如，图18A的电过孔1805)。图19的制造方法的结果可以是图18B中所示的电路层1801和1802的堆叠，其中第一和第二端接部基本上与彼此重叠。
当在本文中使用时，“形成”一词指的是用于在基板的表面上产生导电迹线的任何已知的制造过程。制造过程可涉及将导电材料(例如，铜)层结合在整个基板上，然后在施加临时掩模之后去除不想要的导电材料(例如，通过蚀刻)，从而留下需要的导电材料。或者，制造过程可涉及通过执行电镀过程来向基板添加导电迹线。
图20是说明根据本公开的实施例的制造平面变压器的方法的流程图。此方法可作为图19的制造方法的替换或附加来执行。例如，图19的制造方法可被用来制造平面变压器的初级绕组，而图20的制造方法可被用来制造平面变压器的次级绕组。或者，图19的制造方法可被用来制造平面变压器的第一组初级绕组，而图20的制造方法可被用来制造平面变压器的第二组初级绕组。
在该制造方法在步骤2001中开始之后，在步骤2002中，在第一电路层(例如，图9的第二层L2P2)上形成至少一个绕组的第一导电迹线(例如，图9的绕组WaP2的导电迹线)。第一导电迹线包括由第一间隙(例如，间隙GPbL2的第二腿)分隔的第一端接部(例如，第一端接部TinL2)和第二端接部(例如，第二端接部ToutL2)。
在步骤2004中，在第二电路层(例如，图10的第二层L3P1)上形成至少一个绕组的第二导电迹线(例如，图10的绕组WaP1的导电迹线)。第二导电迹线被形成为包括由第二间隙(例如，间隙GPbL3的第二腿)分隔的第一端接部(例如，第一端接部TinL3)和第二端接部(例如，第二端接部ToutL3)，使得当第一和第二电路层在第一方向上被堆叠在一起时，第二间隙在与第一方向垂直的第二方向上相对于第一间隙是偏移的。换言之，如果第一和第二电路层在垂直方向上堆叠在一起，则第一和第二间隙相对于彼此横向偏移。
在步骤2006中，在第三电路层上形成接地部的第三导电迹线，使得当第三电路层与第一和第二电路层堆叠在一起时，接地部与第一和第二间隙中的至少一者在第二方向上对齐。第三导电迹线可跨越比第一和第二间隙中的至少一者跨越的区域更大的区域。在步骤2008中，第一至第三电路层被堆叠在一起，使得第三电路层被布置在第一和第二电路层之间。然后，制造平面变压器的该方法在步骤2010中结束。
在实施例中，制造方法还可包括将芯体插入穿过在电路层中形成的至少一个孔隙。该方法还可包括将该平面变压器与至少一个其他组件组装以便形成发电机。该方法还可包括将该平面变压器与至少一个其他组件组装以便形成电外科仪器的发电机。
图21示出了示范性电外科仪器10，其可包含根据本公开的实施例的平面变压器。仪器10包括壳体20、手持件组装件30、激活开关40、控制杆50、触发器60、旋转致动器70、发电机组装件80和杆柄90。末端效应器组装件92可在具有纵轴“X-X”的杆柄90的远端处机械啮合。电池32可附接到手持件组装件30，使得外科医生通过将手持件组装件30与电池32一起握住来握持仪器10。
输送装置——例如末端效应器组装件92——可包括用于执行外科任务的一个或多个机构，例如向组织施加能量、钉住、夹持、烧灼、凝结、干燥和/或切割。仪器10是具有对置的第一和第二颚部94和96的钳子。然而，能够设想输送能量以用于操作仪器和/或用于向组织施加能量的其他种类的外科仪器。颚部94和96都可相对于另一者移动，例如用于抓握和操纵组织。另外，颚部94、96中的一者或两者可包括能量施加表面，这些能量施加表面可布置为相对于彼此成对置关系。可向颚部94、96的一个或两个施加表面提供RF能量，以治疗或封闭其间抓握的组织。可提供刀98，其可在颚部94和96之间前进，以例如切割布置在对置的颚部94和96之间的封闭组织。
仪器10包括若干个致动器，这些致动器被外科医生致动来控制仪器10的各个子系统。激活开关40响应于致动而控制能量的输送。控制杆50控制末端效应器组装件92的操作，例如用于将颚部94和96相对于彼此打开和闭合，以用于夹持和释放组织。触发器60控制刀98的部署。旋转致动器70控制杆柄12绕着纵轴X-X的旋转，例如用于旋转末端效应器组装件92和/或刀98。
电池32和发电机组装件80都可操作地耦合到壳体20并且可从其选择性地移除。电池32被配置为电耦合到发电机组装件80，用于为发电机组装件80供电以生成电外科能量，例如RF能量。发电机组装件80进而将期望的电外科能量提供到颚部94、96的能量施加表面以便输送到组织。
发电机组装件80还包括一个或多个PCB 82。包括平面变压器100的RF反相器电路102和微控制器104电耦合到PCB 82。微控制器104生成控制信号(例如，图1的信号PWM1和PWM2)，这些控制信号用于控制RF反相器电路102来生成电外科能量。微控制器104还可控制例如仪器10的功能、信号处理和模拟到数字转换。
根据前述内容并且参考各幅附图，本领域技术人员将会明白，在不脱离本公开的范围的情况下，可对本公开作出某些修改。例如，平面变压器的绕组可按多种配置来提供，包括多种形状；多种匝数比；以及提供通过在不同电路层上串联或并联电连接导电迹线来形成的绕组。
虽然已在附图中示出了本公开的若干个实施例，但并不希望本公开受其所限，因为希望本公开的范围如本领域允许的那样宽并且希望说明书被同样地理解。因此，以上描述不应当被解释为限制性的，而只是作为特定实施例的范例。本领域技术人员将能够设想到在所附权利要求的范围和精神内的其他修改。

Claims (12)

1.一种平面变压器的制造方法，该方法包括：
在第一电路层上形成至少一个绕组的第一初级导电迹线，该第一初级导电迹线具有第一端接部和第二端接部，在该第一端接部和第二端接部之间限定了第一间隙；
在第二电路层上形成至少一个绕组的第二初级导电迹线，该第二初级导电迹线具有第一端接部和第二端接部，在该第一端接部和第二端接部之间限定了第二间隙，使得当所述第一电路层和第二电路层在第一方向上堆叠在一起时，所述第二间隙相对于所述第一间隙在与所述第一方向垂直的第二方向上偏移；
在第三电路层上形成至少一个绕组的第一次级导电迹线；以及
在第三电路层上将导电迹线形成为接地部，使得当所述第三电路层与所述第一电路层和第二电路层堆叠在一起时，所述接地部与所述第一间隙和第二间隙中的至少一者在所述第二方向上对齐。
2.根据权利要求1所述的制造方法，还包括将所述第一电路层至第三电路层堆叠在一起，使得所述第三电路层被布置在所述第一电路层和第二电路层之间。
3.根据权利要求1所述的制造方法，还包括将所述第一电路层和第二电路层堆叠在一起。
4.根据权利要求3所述的制造方法，还包括将芯体插入穿过在所述第一电路层和第二电路层中形成的至少一个孔隙。
5.根据权利要求1所述的制造方法，还包括将所述平面变压器与至少一个其他组件组装以便组装发电机。
6.根据权利要求1所述的制造方法，还包括将所述平面变压器与至少一个其他组件组装以便组装电外科仪器的发电机。
7.一种用于生成电外科能量的电外科发电机，该发电机包括平面变压器，该平面变压器包括：
在第一方向上堆叠在一起的多个电路层，所述多个电路层包括用于输出电外科能量的至少一个端子，并且还至少包括第一电路层、第二电路层和第三电路层，其中该第一电路层和第二电路层分别包括形成具有第一端接部和第二端接部的至少一个绕组的第一初级导电迹线和第二初级导电迹线，并且在所述第一电路层和第二电路层中的每一者的所述第一端接部和所述第二端接部之间分别限定了第一间隙和第二间隙，
其中，堆叠的所述多个电路层包括用于分散流经所述第一电路层和第二电路层的第一端接部和第二端接部的电流的部件，并且
其中所述第三电路层包括形成至少一个绕组的第一次级导电迹线，以及形成为接地部使得所述接地部与所述第一间隙和第二间隙中的至少一者在与所述第一方向垂直的第二方向上对齐的导电迹线。
8.根据权利要求7所述的电外科发电机，其中，用于分散的所述部件包括具有相对于所述第二电路层的第二间隙横向偏移的第一间隙的第一电路层。
9.一种平面变压器，包括：
在第一方向上堆叠在一起的多个电路层，所述多个电路层包括第一电路层、第二电路层、第三电路层、第四电路层和第五电路层；
布置在所述第一电路层上的第一导电迹线，该第一导电迹线形成绕组的匝的第一部分并且具有第一端接部；
布置在所述第二电路层上并且电耦合到所述第一导电迹线的第二导电迹线，该第二导电迹线形成所述绕组的所述匝的剩余部分并且具有第二端接部；
布置在所述第三电路层上的第三导电迹线，该第三导电迹线形成具有由第一间隙分隔的第一端接部和第二端接部的至少一个绕组；
布置在所述第四电路层上的第四导电迹线，该第四导电迹线形成具有由第二间隙分隔的第一端接部和第二端接部的至少一个绕组；
布置在所述第五电路层上的第五导电迹线，该第五导电迹线形成至少一个绕组；以及
布置在所述第五电路层上的第六导电迹线，该第六导电迹线形成耦合到地的接地部，
其中，所述第一端接部和所述第二端接部被布置为在所述第一方向上彼此相邻，
其中所述第三电路层的所述第一间隙与所述第四电路层的所述第二间隙在与所述第一方向垂直或基本上垂直的第二方向上相对于彼此偏移，并且
其中所述接地部与所述第一间隙和第二间隙中的至少一者在所述第二方向上横向对齐。
10.根据权利要求9所述的平面变压器，其中，所述绕组是所述平面变压器的初级绕组。
11.根据权利要求9所述的平面变压器，其中，所述第一端接部和所述第二端接部在所述第二方向上彼此对齐。
12.根据权利要求9所述的平面变压器，其中，所述第三电路层和第四电路层的所述至少一个绕组是初级绕组。
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