CN106449047B - 大电流平面变压器及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种大电流平面变压器及其制作方法，该大电流平面变压器包括导电支撑杆、大电流线圈、PCB板，该大电流线圈至少有四层，各层大电流线圈堆叠设置，各层大电流线圈之间具有间隙；所述PCB板至少有三层，各层PCB板堆叠设置，各PCB板的绕组部分分别插入大电流线圈的间隙中，各PCB板的电流引出端与大电流输出引脚焊接。相对于传统只有单层或双层PCB板，本方案结构为三层以上，扁平PCB板具有较大的表面积和磁路长度比，既提高耐压要求，增加了散热面积，减小了热阻，提高了功率密度，又增大了励磁电流，减小了空载损耗，减小了漏感，提高了效率，扁平的大电流线圈还能够提高散热性能，以及提供更好的屏蔽。

Description

大电流平面变压器及其制作方法

技术领域

本发明涉及变压器领域技术，尤其是指一种大电流平面变压器及其制作方法。

背景技术

二十世纪90年代中期开始，随着电子通讯和信息处理设备需求的大量增加，采用表面安装技术的装配，就要求电子变压器小型化，体积小巧的铁氧体磁心平面变压器便应运而生。与传统的变压器相比，平面变压器最大的区别在于磁心及其线圈绕组。平面变压器没有铜导线绕组，代之以单层或多层的印刷在PCB板(印刷电路板) 上的导电线路薄层，因而其厚度远低于常规变压器。在平面变压器中，由于作为绕组的“导线”实际上是一些平面的导体，因而可得到很大的电流密度，每层绕组最大电流可达200A。同时，由于磁芯小，损耗少，它可得到更高的效率。当开关频率为500kHz时，其工作效率可达到97%，其高电流密度和高效率可使单个变压器功率高达5W-20000W。随着电子信息技术的发展，电子变压器将进一步的向小型轻量、高效安全、表面安装、片式、平面化、高可靠性和生产自动化方向发展。目前，国外的许多电源产品中都开始采用平面变压器技术，如蓄电池充电电源、通信设备分布式电源、UPS等。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种大电流平面变压器及其制作方法，具有多层PCB板结构，实现大电流输入引脚和输出引脚采用锡丝焊接，提高耐压要求。

为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：

一种大电流平面变压器，包括导电支撑杆、大电流线圈、PCB板，该导电支撑杆焊接于大电流线圈的一端，该PCB板插装于大电流线圈的另一端；其中，该大电流线圈至少有四层，各层大电流线圈堆叠设置，各层大电流线圈之间具有间隙；所述PCB板至少有三层，各层PCB板堆叠设置，各PCB板的绕组部分分别插入大电流线圈的间隙中，各PCB板的电流引出端与大电流输出引脚焊接。

作为一种优选方案，所述PCB板的绕组部分为圆环形，大电流平面变压器的初级绕组和次级绕组布线在PCB板的不同层上；PCB板的电流引出端上设有多个过孔，初级绕组和次级绕组的布线引向过孔，过孔中插装有大电流输出引脚，各层PCB板的过孔与大电流输出引脚焊锡相连。

作为一种优选方案，所述大电流线圈为圆弧形，其一侧具有电流引入端，该电流引入端上设有通孔，通孔中插装大电流输入引脚，大电流输入引脚与通孔焊锡相连。

作为一种优选方案，所述大电流线圈与PCB板之间设置有绝缘片。

作为一种优选方案，所述导电支撑杆为平板片状体，该导电支撑杆的端部折弯设置。

作为一种优选方案，所述大电流线圈为铜片或铁片。

基于大电流平面变压器的制作方法，包括如下步骤：

步骤（1）分别单独生产出多片大电流线圈，使多片大电流线圈层叠设置，各层大电流线圈之间存在间隙，其中大电流线圈的电流引入端焊接于导电支撑杆上；

步骤（2）分别单独生产出多片PCB板，使多片PCB板层叠设置，不同层PCB板中布线出初级绕组和次级绕组；多片PCB板分别插装于各层大电流线圈之间存在的间隙中；

步骤（3）在PCB板的电流引出端中有多个过孔，其中一部分过孔中插入大电流输出引脚，大电流输出引脚与过孔焊锡相连；

步骤（4）完成PCB板焊锡后，对大电流线圈的大电流输入引脚进行焊锡作业，使大电流输入引脚与各层大电流线圈电相连。

作为一种优选方案，在步骤（3）中，各大电流输出引脚焊锡过程如下：

A、大电流输出引脚插入至过孔之前，需要粘上助焊剂，再插入过孔，大电流输出引脚的两端穿出过孔；

B、将插装好大电流输出引脚的变压器半成品固定在一夹具中，使夹具靠近助热冶具，这样，助热治具的助热头接触在大电流输出引脚的一端，而大电流输出引脚的另一端与电铬铁接触，相当于大电流输出引脚的两端均低温受热。

C、两端加热后，取锡丝分别在各层PCB板的过孔与大电流输出引脚之间焊锡，使每层PCB板均与对应的大电流输出引脚电相连；这样，便完成PCB板的焊锡作业，将变压器半成品及用于定位的夹具一起从助热冶具取走。

作为一种优选方案，在步骤（3）的过程B中，助热头的发热温度控制在300℃左右，而电烙铁的加热温度为350-360℃，使温度控制在低于PCB板所能承载的温度范围内，不会破坏PCB板的性能及损坏PCB板内部的电路。

作为一种优选方案，在步骤（4）中，各层大电流线圈输入引脚焊锡过程如下：

A、将大电流输入引脚插入大电流线圈的通孔中，大电流输入引脚的两端穿出通孔；

B、大电流输入引脚有三个，位于中间的一个大电流输入引脚采用两边同时焊锡的方式，两边同时焊锡的方式是：大电流输入引脚的两端分别与两条电烙铁接触，两端同时取锡丝焊锡对大电流输入引脚焊锡；

C、当焊完位于中间的一个大电流输入引脚后，对位于两侧边的大电流输入引脚进行单边焊锡作业，作业人员将两侧边的大电流输入引脚的一面进行焊锡，翻转到另一面后再对另一面焊锡。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知，其主要是由于大电流平面变压器包括了导电支撑杆、大电流线圈、PCB板，电源从导电支撑杆进入，通过大电流线圈连接至PCB板上的初级绕组和次组绕组，产生升压或降压后，从输出引脚输出；再藉由大电流线圈至少有四层，PCB板至少有三层，以形成多层平面变压器，相对于传统只有单层或双层PCB板，本方案为三层以上结构，扁平PCB板具有较大的表面积和磁路长度比，既提高耐压要求，增加了散热面积，减小了热阻，提高了功率密度，又增大了励磁电流，减小了空载损耗，减小了漏感，提高了效率；扁平的大电流线圈还能够提高散热性能，以及提供更好的屏蔽。

本发明的另一个设计重点在于：本发明方法在焊锡PCB板时，采用助热治具和电烙铁分别接触大电流输出引脚的两端，使大电流输出引脚内部的温度达到可以熔化锡丝，这样，作业人员可以将锡丝插入到相邻两层PCB板内的缝隙中，使各层PCB板的过孔与大电流输出引脚焊接后导通，提高耐压要求；此外，在焊锡大电路线圈时，采用两条电烙铁同时接触大电流线圈的电流输入引脚的两端，再同时用锡丝焊接，从而可以确保焊锡后的导电性能。

为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明。

附图说明

图1是本发明之实施例的组装结构示意图。

图2是本发明之实施例的分解结构示意图。

图3是图2的主视图。

附图标识说明：

10、导电支撑杆 11、折弯设置

20、大电流线圈 21、间隙

22、电流引入端 23、通孔

24、大电流输入引脚 30、PCB板

31、绕组部分 32、电流引出端

321、过孔 33、大电流输出引脚

40、绝缘片。

具体实施方式

请参照图1至图3所示，其显示出了本发明之较佳实施例的具体结构，是一种大电流平面变压器，包括导电支撑杆10、大电流线圈20、PCB板30，该导电支撑杆10焊接于大电流线圈的一端，该PCB板30插装于大电流线圈的另一端。

其中，该大电流线圈20至少有四层，各层大电流线圈20堆叠设置，各层大电流线圈20之间具有间隙21；所述PCB板30至少有三层，各层PCB板30堆叠设置，各PCB板30的绕组部分31分别插入各大电流线圈20之间的间隙21中，各PCB板30的电流引出端32与大电流输出引脚33焊接。这样，形成多层平面变压器，相对于传统只有单层或双层PCB板，本方案为三层以上结构，扁平PCB板具有较大的表面积和磁路长度比，既提高耐压要求，增加了散热面积，减小了热阻，提高了功率密度，又增大了励磁电流，减小了空载损耗，减小了漏感，提高了效率；扁平的大电流线圈20还能够提高散热性能，以及提供更好的屏蔽。

所述PCB板30的绕组部分31为圆环形，大电流平面变压器的初级绕组和次级绕组布线在PCB板30的不同层上，能够增加初级绕组间的耦合，减小了漏电感，同时使得电流平均分布，减小变压器损耗。例如，如果在初级绕组与次级绕组的匝数比没有变化的情况下，将初级绕组等分设置在两块PCB板上的两个绕组，并将设置有次级绕组的PCB板夹在中间，运用此种结构的变压性能更好。例如，还可以将两个并联的初级绕组分设在上下两块PCB板上，次级绕组设在一块PCB板上，并夹在初级绕组上下两块PCB板的中间，通过这种并联的初级绕组，导电线路的电流可以很大，使平面变压器可以成为一种大功率变压器。当然，还可以按需要并联或串联两块带有次级绕组的PCB板，使设置了初级绕组的PCB板夹在两块次组绕组的PCB板之间。

各层PCB板30的电流引出端32上设有多个过孔321，初级绕组和次级绕组的布线导向过孔321，过孔321中插装有大电流输出引脚33，大电流输出引脚33与各层PCB板30的过孔321焊锡相连，这样，实现变压器的输出。

所述大电流线圈20为圆弧形，是由铜片或铁片制成。大电流线圈20的一端具有电流引入端22，该电流引入端22上设有通孔23，通孔23中插装大电流输入引脚24，大电流输入引脚24与各层的通孔23焊锡相连，以及按需求与导电支撑杆10相连，这样，实现变压器的输入。

此外，各层大电流线圈20与PCB板30之间设置有绝缘片40，以确保平面变压器的耐压性能。还有，所述导电支撑杆10为平板片状体，该导电支撑杆10的端部折弯设置11。

本发明之大电流平面变压器的工作原理如下：电源从导电支撑杆10进入，通过大电流线圈20连接至PCB板30上的初级绕组和次组绕组，产生升压或降压后，从输出引脚输出。

基于以上结构的大电流平面变压器，其制作方法如下：

步骤（1）分别单独生产出多片大电流线圈20，使多片大电流线圈20层叠设置，各层大电流线圈20之间存在间隙21。其中大电流线圈20的电流引入端焊接于导电支撑杆上。

步骤（2）分别单独生产出多片PCB板30，使多片PCB板30层叠设置，不同层PCB板中布线出初级绕组和次级绕组；多片PCB板30分别插装于各层大电流线圈之间存在的间隙21中。

步骤（3）在PCB板30的电流引出端中有多个过孔321，其中一部分过孔中插入大电流输出引脚33，大电流输出引脚与各层过孔焊锡相连。本发明的制作工艺中，各大电流输出引脚焊锡过程如下：

A、大电流输出引脚33插入至过孔321之前，需要粘上助焊剂，再插入过孔，大电流输出引脚的两端穿出过孔；

B、将插装好大电流输出引脚33的变压器半成品固定在一夹具（未示图）中，使夹具靠近助热冶具（未示图），这样，助热治具的助热头接触在大电流输出引脚33的一端，而大电流输出引脚33的另一端与电铬铁（未示图）接触，相当于大电流输出引脚的两端均低温受热，其中，助热头的发热温度控制在300℃左右，而电烙铁的加热温度为350-360℃，这样，温度控制在低于PCB板所能承载的温度范围内，不会破坏PCB板的性能及损坏PCB板内部的电路；

C、两端加热后，取锡丝分别在各层PCB板的过孔321与大电流输出引脚33之间焊锡，使每层PCB板均与对应的大电流输出引脚电相连；这样，便完成PCB板的焊锡作业，进而将变压器半成品及用于定位的夹具一起从助热冶具取走。

步骤（4），完成PCB板30焊锡后，对大电流线圈20的大电流输入引脚24进行焊锡作业，使大电流输入引脚24与各层大电流线圈电相连。本发明的制作工艺中，各层大电流线圈输入引脚焊锡过程如下：

A、将大电流输入引脚24插入大电流线圈的通孔23中，大电流输入引脚的两端穿出通孔；

B、大电流输入引脚24有三个，位于中间的一个大电流输入引脚采用两边同时焊锡的方式进行焊接，两边同时焊锡的方式是：大电流输入引脚的一端与其中一条电烙铁接触，另一端与另一条电烙铁接触，两端同时取锡丝焊锡对大电流输入引脚的两端焊锡，通常双边焊锡是两个人同时焊接以完成作业；两边同时焊锡的电烙铁加热温度控制在350-360℃之间；

C、当焊完位于中间的一个大电流输入引脚后，进而，对于两侧边的大电流输入引脚可以单边焊锡作业，只需要一个人完成焊接作业，就是一个人将两侧边的大电流输入引脚的一面进行焊锡，翻转到另一面后再对大电流输入引脚的另一面焊锡。这样，便完成了大电流线圈的焊接工作，从而得到成品。

综上所述，本发明的设计重点在于，其主要是由于大电流平面变压器包括了导电支撑杆10、大电流线圈20、PCB板30，电源从导电支撑杆10进入，通过大电流线圈20连接至PCB板30上的初级绕组和次组绕组，产生升压或降压后，从输出引脚输出；再藉由大电流线圈20至少有四层，PCB板30至少有三层，以形成多层平面变压器，相对于传统只有单层或双层PCB板30，本方案为三层以上结构，扁平PCB板30具有较大的表面积和磁路长度比，既增加了散热面积，减小了热阻，提高了功率密度，又增大了励磁电流，减小了空载损耗，减小了漏感，提高了效率。扁平的大电流线圈20还能够提高散热性能，以及提供更好的屏蔽。

本发明的另一个设计重点在于：本发明方法在焊锡PCB板30时，采用助热治具和电烙铁分别接触大电流输出引脚33的两端，使大电流输出引脚内部的温度达到可以熔化锡丝，这样，作业人员可以将锡丝插入到各层PCB板内的缝隙中，使各层PCB板的过孔321与大电流输出引脚33焊接后导通；此外，焊锡大电流线圈20时，采用两条电烙铁同时接触大电流线圈的电流输入引脚24的两端，再同时用锡丝焊接，从而可以确保焊锡后的导电性能。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种大电流平面变压器，其特征在于：包括导电支撑杆、大电流线圈、PCB板，该导电支撑杆焊接于大电流线圈的一端，该PCB板插装于大电流线圈的另一端；其中，该大电流线圈至少有四层，各层大电流线圈堆叠设置，各层大电流线圈之间具有间隙；所述PCB板至少有三层，各层PCB板堆叠设置，各PCB板的绕组部分分别插入大电流线圈的间隙中，各PCB板的电流引出端与大电流输出引脚焊接；所述PCB板的绕组部分为圆环形，大电流平面变压器的初级绕组和次级绕组布线在PCB板的不同层上；PCB板的电流引出端上设有多个过孔，初级绕组和次级绕组的布线引向过孔，过孔中插装有大电流输出引脚，各层PCB板的过孔与大电流输出引脚焊锡相连。

2.根据权利要求1所述的大电流平面变压器，其特征在于：所述大电流线圈为圆弧形，其一侧具有电流引入端，该电流引入端上设有通孔，通孔中插装大电流输入引脚，大电流输入引脚与通孔焊锡相连。

3.根据权利要求1所述的大电流平面变压器，其特征在于：所述大电流线圈与PCB板之间设置有绝缘片。

4.根据权利要求1所述的大电流平面变压器，其特征在于：所述导电支撑杆为平板片状体，该导电支撑杆的端部折弯设置。

5.根据权利要求1所述的大电流平面变压器，其特征在于：所述大电流线圈为铜片或铁片。

6.基于权利要求1所述的大电流平面变压器的制作方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤（1）分别单独生产出多片大电流线圈，使多片大电流线圈层叠设置，各层大电流线圈之间存在间隙，其中大电流线圈的电流引入端焊接于导电支撑杆上；

步骤（2）分别单独生产出多片PCB板，使多片PCB板层叠设置，不同层PCB板中布线出初级绕组和次级绕组；多片PCB板分别插装于各层大电流线圈之间存在的间隙中；

步骤（3）在PCB板的电流引出端中有多个过孔，其中一部分过孔中插入大电流输出引脚，大电流输出引脚与过孔焊锡相连；

步骤（4）完成PCB板焊锡后，对大电流线圈的大电流输入引脚进行焊锡作业，使大电流输入引脚与各层大电流线圈电相连。

7.根据权利要求6所述的大电流平面变压器的制作方法，其特征在于：在步骤（3）中，各大电流输出引脚焊锡过程如下：

A、大电流输出引脚插入至过孔之前，需要粘上助焊剂，再插入过孔，大电流输出引脚的两端穿出过孔；

B、将插装好大电流输出引脚的变压器半成品固定在一夹具中，使夹具靠近助热冶具，这样，助热治具的助热头接触在大电流输出引脚的一端，而大电流输出引脚的另一端与电铬铁接触，相当于大电流输出引脚的两端均低温受热；

C、两端加热后，取锡丝分别在各层PCB板的过孔与大电流输出引脚之间焊锡，使每层PCB板均与对应的大电流输出引脚电相连；这样，便完成PCB板的焊锡作业，将变压器半成品及用于定位的夹具一起从助热冶具取走。

8.根据权利要求7所述的大电流平面变压器的制作方法，其特征在于：在步骤（3）的过程B中，助热头的发热温度控制在300℃左右，而电烙铁的加热温度为350-360℃，使温度控制在低于PCB板所能承载的温度范围内，不会破坏PCB板的性能及损坏PCB板内部的电路。

9.根据权利要求8所述的大电流平面变压器的制作方法，其特征在于：在步骤（4）中，各层大电流线圈输入引脚焊锡过程如下：

A、将大电流输入引脚插入大电流线圈的通孔中，大电流输入引脚的两端穿出通孔；

B、大电流输入引脚有三个，位于中间的一个大电流输入引脚采用两边同时焊锡的方式，两边同时焊锡的方式是：大电流输入引脚的两端分别与两条电烙铁接触，两端同时取锡丝对大电流输入引脚焊锡；

C、当焊完位于中间的一个大电流输入引脚后，对位于两侧边的大电流输入引脚进行单边焊锡作业，作业人员将两侧边的大电流输入引脚的一面进行焊锡，翻转到另一面后再对另一面焊锡。