CN105914011B - 一种平面变压器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种平面变压器，包括磁芯和线圈绕组，磁芯包括顶板、底板、中柱和两个边柱，中柱和两个边柱位于顶板和底板之间，线圈绕组磁芯安装在一起，顶板和底板由一个整磁块构成，或者多个单元磁块平铺拼接而成，中柱和边柱由多个单元磁块层叠而成；单元磁块为扁平的条形块，相邻平铺拼接的两个单元磁块的两端具有预设的间隙。整个磁芯通过多个单元磁块堆积而成，变压器在高频下仍能保持较高效率，且单元磁块为扁平的条形块，便于磁芯的生产，有利于小型化和平面化，堆积的生成方式更利于自动化生成；并且相邻平铺拼接的两个单元磁块的两端具有预设的间隙，单元磁块之间的磁阻增加，能够将边缘磁力线往磁芯中心靠拢，从而减少扩散磁通。

Description

一种平面变压器

技术领域

本申请涉及一种平面变压器。

背景技术

随着电子信息技术不断发展，变压器又是作为电子设备中关键点元器件之一，从平面变压器问世至今，在短短的10年多时间已经在通信、笔记本计算机、汽车电子、数字化电视等方面得到广泛应用。越来越高的要求使得平面变压器将成为变压器行业的发展主流和趋势。

平面变压器是电子变压器经过长期发展而来的一种平面结构变压器。从外观上看，与传统的变压器相比最大的区别在于铁芯及线圈绕组。平面变压器绕组是利用PCB制板工艺将铜箔蚀刻在PCB板上螺旋叠加而成，与高频磁芯构成变压器的磁回路。平面变压器具有体积小、厚度小、符合电源模块化发展趋势。其由少量部件和最少的绕组构成，结构简单，这种模块化在自动化装配中特别适用。同时，还具有工作频率高、功率密度大、漏电感低、散热性佳、绝缘强度高等优点，使其具有很快的开关时间，很低的交叉损耗，绕组与绕组之间的良好耦合致使电磁辐射干扰小。相反，传统的绕线式变压器因制造工艺复杂、体积/重量大、窗口利用率低、一致性差等缺点在小型电源模块中越来越不符合发展主流。

但是，现有的平面变压器中采用的铁芯大多数为高频功率铁氧体磁芯，如E型、RM型、环型等。这类磁芯在应用时容易磁饱和，使变压器效率大大降低。磁芯气隙太过集中，也会引起绕组损耗。同时，平面变压器绕组输出端以插针引脚为主，所有PCB板的焊孔都是焊孔，在装配时不宜焊接、检查等，造成维修难度增大。

发明内容

本申请提供一种效率高且易于组装的平面变压器。

一种实施例中提供一种平面变压器，包括磁芯和线圈绕组，磁芯包括顶板、底板、中柱和两个边柱，中柱和两个边柱位于顶板和底板之间，线圈绕组磁芯安装在一起，顶板和底板由一个整磁块构成，或者由多个单元磁块平铺拼接而成，中柱和边柱由多个单元磁块层叠而成；单元磁块为扁平的条形块，相邻平铺拼接的两个单元磁块的两端具有预设的间隙。

进一步地，单元磁块的两端呈圆弧形状。

进一步地，边柱由半块单元磁块层叠而成，半块单元磁块的长度不变，宽度减半，并且半块单元磁块的剖面面向中柱设置。

进一步地，单元磁块通过点胶固定在一起。

进一步地，线圈绕组包括多个原边PCB板绕组、多个副边PCB板绕组、一个辅助PCB板绕组和一个绝缘板，多个原边PCB板绕组和多个副边PCB板绕组交替层叠固定在一起，辅助PCB板绕组和绝缘板层叠固定在两端的最外层，并且多个原边PCB板绕组串联在一起，多个副边PCB板绕组并联在一起。

进一步地，原边PCB板绕组和辅助PCB板绕组均包括两个PCB板、两组导线和一个连接杆，PCB板中间具有与单元磁块形状一致的通孔，PCB板两侧面具有半圆形凹槽，半圆形凹槽为绕组输出端，两组导线分别烧制在两个PCB板上，导线围绕PCB中间的通孔绕制，PCB板的中间设有连接通孔，连接杆穿过连接通孔将两组导线串联在一起，串联在一起的两组导线的两端分别与两个PCB板的两个绕组输出端连接。

进一步地，副边PCB板绕组包括一个PCB板和一组导线，PCB板中间具有与单元磁块形状一致的通孔，PCB板两侧面具有半圆形凹槽，半圆形凹槽为绕组输出端，导线烧制在一个PCB板上，导线的两端分别与相邻的两个绕组输出端连接。

进一步地，原边PCB板绕组和副边PCB绕组的PCB板大小一致，并且绕组输出端对应一致；辅助PCB板绕组的PCB板的一端与原边PCB板绕组和副边PCB绕组的PCB板对齐，并且绕组输出端对应一致，另一端比原边PCB板绕组和副边PCB绕组的PCB板长，并且具有与原边PCB板绕组和副边PCB绕组的绕组输出端对应的通孔；原边PCB板绕组和辅助PCB板绕组的导线连接的绕组输出端位于同一侧，副边PCB绕组的导线连接的绕组输出端位于另一侧。

进一步地，原边PCB板绕组具有4个，副边PCB板绕组具有5个，4个原边PCB板绕组插设在5个副边PCB板绕组之间，辅助PCB板绕组层叠在副边PCB板绕组上；原边PCB板绕组的导线绕制了7圈，副边PCB板绕组的导线绕制了1圈，辅助PCB板绕组的导线绕制了3圈。

进一步地，原边PCB板绕组和副边PCB绕组的PCB板的两端具有6个绕组输出端，辅助PCB板绕组一侧面具有6个绕组输出端，另一侧面具有2个绕组输出端。

依据上述实施例的平面变压器，由于顶板和底板由多个单元磁块平铺拼接而成，中柱和边柱由多个单元磁块层叠而成，即整个磁芯通过多个单元磁块堆积而成，这种方式可以使得每个单体磁芯之间的气隙分布均匀，延迟磁饱和，变压器在高频下仍能保持较高效率，且单元磁块为扁平的条形块，便于磁芯的生产，有利于小型化和平面化，堆积的生成方式更利于自动化生成；并且相邻平铺拼接的两个单元磁块的两端具有预设的间隙，单元磁块之间的磁阻增加，能够将边缘磁力线往磁芯中心靠拢，从而减少扩散磁通。

附图说明

图1为一种实施例中平面变频器的结构示意图；

图2为一种实施例中磁芯的结构示意图；

图3为一种实施例中线圈绕组的结构示意图；

图4为一种实施例中线圈绕组的爆炸分解结构示意图；

图5为一种实施例中线圈绕组的平铺分解结构示意图；

图6为一种实施例中平面变频器的原理图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

本实施例提供了一种平面变压器，本平面变压器是一种体积小、便于生产、磁通效果好的变压器。

如图1所示，本平面变压器主要包括磁芯1和线圈绕组2。磁芯1和线圈绕组2安装在一起。

如图2所示，磁芯1包括顶板11、底板12、中柱13和边柱14，边柱14具有两个位于顶板11和底板12之间的两端，中柱13位于顶板11和底板12之间的中间。磁芯1由单元磁块堆积而成，单元磁块之间通过点胶固定在一起。单元磁块为扁平的条形看块，并且单元磁块的两端呈圆弧形状，即单元磁块两端倒圆角，单元磁块呈跑道型结构，在其他实施例中，单元磁块的两端可设置为其他结构，只要相邻平铺的两个单元磁块的两端具有预算的间隙即可，如单元磁块的两端倒直角。

具体的，顶板11、底板12分别由5个单元磁块平铺拼接而成，中柱13由4个单元磁块层叠而成，边柱14由4个半块单元磁块层叠而成，半块单元磁块与整个单元磁块相比长度不变，宽度减半，即半块单元磁块沿着长方向的中心线切除一半而成，两个边柱14的半块单元磁块的剖面面向中柱13设置，顶板11和底板12之间形成两个方形的孔，绕组线圈2为一个环形结构，绕组线圈2围绕中柱13安装在这两个方形的孔内。在其他实施中，顶板11、底板12由一个整磁块构成，或者由两个更大的单元磁块构成，更大的单元磁块的两端也呈圆弧形状。

如图3和图4所示，线圈绕组2包括4个原边PCB板绕组21、5个副边PCB板绕组22和1个辅助PCB板绕组23和1个绝缘层24。如图3所示，原边PCB板绕组21和副边PCB板绕组22交错层叠在一起，并且4个原边PCB板绕组21夹在5个副边PCB板绕组22之间，1个辅助PCB板绕组23和绝缘层24层叠在最外层，辅助PCB板绕组23与副边PCB板绕组22固定连接，绝缘层24盖在副边PCB板绕组22上，盖住副边PCB板绕组22上的线圈，绝缘层24为PCB板。

原边PCB板绕组21包括两个PCB板、两组导线和一个连接杆，PCB板中间具有与单元磁块形状一致的通孔(跑道型孔)，PCB板两端面具有6个半圆形凹槽，半圆形凹槽为绕组输出端。两组导线分别烧制在两个PCB板上，导线围绕PCB中间的通孔绕制，PCB板的中间设有连接通孔，连接杆穿过连接通孔将两组导线串联在一起，串联在一起的两组导线的两端分别与两个PCB板的两个绕组输出端连接。

副边PCB板绕组22包括一个PCB板和一组导线，PCB板中间具有与单元磁块形状一致的通孔(跑道型孔)，PCB板两侧面具有6个半圆形凹槽，半圆形凹槽为绕组输出端，导线烧制在一个PCB板上，导线的两端分别与相邻的两个绕组输出端连接。

辅助PCB板绕组23和原边PCB板绕组21的结构大致一样，也具有三个PCB板、两组导线和一个连接杆，PCB板、导线和连接杆的连接方式一样，不同之处在于，导线的绕制圈数、连接杆的位置及PCB板结构。

原边PCB板绕组21和副边PCB绕组22的PCB板大小及结构一致，并且绕组输出端对应一致；辅助PCB板绕组23的PCB板的一端与所述原边PCB板绕组21和副边PCB绕组22的PCB板对齐，并且绕组输出端对应一致具有6个绕组输出端，另一端比原边PCB板绕组21和副边PCB绕组22的PCB板长，并且具有与原边PCB板绕组21和副边PCB绕组22的2个绕组输出端对应的圆通孔，及在该侧面具有2个半圆形凹槽，为辅助PCB板绕组23的2个绕组输出端；原边PCB板绕组21和辅助PCB板绕组23的导线连接的绕组输出端位于同一侧，所述副边PCB绕组的导线连接的绕组输出端位于另一侧。绝缘层24与原边PCB板绕组21和副边PCB绕组22的PCB板的结构一致，两端具有6个绕组输出端。

线圈绕组2由多层PCB板层叠而成，线圈烧制在PCB多层板上，首先可以实现绕组高密度集中，从而减少绕组的纵向高度，每一块PCB板厚度最小可达到0.4mm。此外，由于PCB多层板的特殊工艺，每一个导线层上下都有绝缘层，线圈绕组绝缘性能好。在此基础之上再将PCB的焊脚进行优化，将原有的通孔焊盘改为半圆形凹槽的半孔焊盘，在组装和焊接的过程中显而增加效率。

如图5和图6所示，原边PCB板绕组21的导线绕制了7圈(T)，每个PCB板上各3.5圈(T)，4个原边PCB板绕组21串联共28圈(T)导线。副边PCB板绕组22的导线绕制了1圈(T)，5个副边PCB板绕组22并联共5圈(T)导线。辅助PCB板绕组23的导线绕制了6圈(T)，每个PCB板上各3圈(T)。故原边：副边：辅助为28:5:6，根据变压器的工作电流而选择铜厚，本实施例所举例的变压器工作电流3.5A，因此铜厚选择1oz，主要为了保证变压器在工作时不会过热，最后测得电感量800uH。

本平面变压器的组装步骤为：先组装磁芯1的底板12和两个边柱14和中柱13，放入PCB板线圈绕组2，再组装上部顶板11点胶固定。最后再通过缠胶带、焊接引脚、剪脚、检测。为了保证PCB线圈绕组套在中柱上不会晃动，可在中柱13位置进行点胶固定。

本实施例提供的一种平面变压器，由于顶板11和底板12由多个单元磁块平铺拼接而成，中柱13和边柱14由多个单元磁块层叠而成，即整个磁芯通过多个单元磁块堆积而成，这种方式可以使得每个单体磁芯之间的气隙分布均匀，延迟磁饱和，变压器在高频下仍能保持较高效率，且单元磁块为扁平的条形块，便于磁芯1的生产，有利于小型化和平面化，堆积的生成方式更利于自动化生成；并且相邻平铺拼接的两个单元磁块的两端具有预设的间隙，单元磁块之间的磁阻增加，能够将边缘磁力线往磁芯中心靠拢，从而减少扩散磁通。并且线圈绕组2由多层PCB板层叠而成，绝缘性能好。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (9)

1.一种平面变压器，包括磁芯和线圈绕组，所述磁芯包括顶板、底板、中柱和两个边柱，所述中柱和两个边柱位于所述顶板和底板之间，所述线圈绕组磁芯安装在一起，其特征在于，所述顶板和底板由多个单元磁块平铺拼接而成，所述中柱和边柱由多个单元磁块层叠而成；所述单元磁块为扁平的条形块，所述单元磁块的两端呈圆弧形状。

2.如权利要求1所述的平面变压器，其特征在于，所述边柱由半块所述单元磁块层叠而成，半块所述单元磁块的长度不变，宽度减半，并且半块所述单元磁块的剖面面向所述中柱设置。

3.如权利要求2所述的平面变压器，其特征在于，所述单元磁块通过点胶固定在一起。

4.如权利要求3所述的平面变压器，其特征在于，所述线圈绕组包括多个原边PCB板绕组、多个副边PCB板绕组、一个辅助PCB板绕组和一个绝缘板，多个原边PCB板绕组和多个副边PCB板绕组交替层叠固定在一起，所述辅助PCB板绕组和绝缘板层叠固定在两端的最外层，并且多个所述原边PCB板绕组串联在一起，多个所述副边PCB板绕组并联在一起。

5.如权利要求4所述的平面变压器，其特征在于，所述原边PCB板绕组和辅助PCB板绕组均包括两个PCB板、两组导线和一个连接杆，所述PCB板中间具有与所述单元磁块形状一致的通孔，PCB板两侧面具有半圆形凹槽，所述半圆形凹槽为绕组输出端，两组所述导线分别烧制在两个PCB板上，所述导线围绕所述PCB中间的通孔绕制，所述PCB板的中间设有连接通孔，所述连接杆穿过所述连接通孔将两组导线串联在一起，串联在一起的两组导线的两端分别与两个所述PCB板的两个所述绕组输出端连接。

6.如权利要求5所述的平面变压器，其特征在于，所述副边PCB板绕组包括一个PCB板和一组导线，所述PCB板中间具有与所述单元磁块形状一致的通孔，PCB板两侧面具有半圆形凹槽，所述半圆形凹槽为绕组输出端，所述导线烧制在一个PCB板上，所述导线的两端分别与相邻的两个绕组输出端连接。

7.如权利要求6所述的平面变压器，其特征在于，所述原边PCB板绕组和副边PCB绕组的PCB板大小一致，并且绕组输出端对应一致；所述辅助PCB板绕组的PCB板的一端与所述原边PCB板绕组和副边PCB绕组的PCB板对齐，并且绕组输出端对应一致，另一端比所述原边PCB板绕组和副边PCB绕组的PCB板长，并且具有与所述原边PCB板绕组和副边PCB绕组的绕组输出端对应的通孔；所述原边PCB板绕组和辅助PCB板绕组的导线连接的绕组输出端位于同一侧，所述副边PCB绕组的导线连接的绕组输出端位于另一侧。

8.如权利要求7所述的平面变压器，其特征在于，所述原边PCB板绕组具有4个，所述副边PCB板绕组具有5个，4个原边PCB板绕组插设在5个所述副边PCB板绕组之间，辅助PCB板绕组层叠在副边PCB板绕组上；所述原边PCB板绕组的导线绕制了7圈，所述副边PCB板绕组的导线绕制了1圈，所述辅助PCB板绕组的导线绕制了3圈。

9.如权利要求8所述的平面变压器，其特征在于，所述原边PCB板绕组和副边PCB绕组的PCB板的两端具有6个绕组输出端，所述辅助PCB板绕组一侧面具有6个绕组输出端，另一侧面具有2个绕组输出端。