CN107424794A - 一种变压器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种变压器，包括一对组合磁心和有4个端子台的骨架，可用于有两个或两个以上PCB板的且对功率密度要求较高的电源产品中。可以减小电源产品的体积，提高空间利用率。而且本发明的变压器绕制及组装均能实现自动化生产，提高生产效率。

Description

一种变压器
技术领域
本发明专利涉及一种变压器，特别涉及一种双面连接的变压器，该电子变压器主要应用于开关电源和模块电源中。
背景技术
变压器骨架是电子变压器的主体结构组成部分。它的主要作用是：⑴为变压器中的铜线提供缠绕的空间；⑵承载磁心；⑶骨架中的线槽为变压器生产绕线时提供过线的路径；⑷骨架中的金属针脚是变压器铜线缠绕的支柱；经过焊锡后与PCB板相连接，在变压器工作时起到电气连接的作用；⑸骨架底部的挡板，可使变压器与PCB板产生定位固定的作用；为焊锡时产生的锡堆与PCB板、磁心与PCB板提供间距。
随着电源产品的不断改进和发展，对变压器的要求也越来越多样化。现有技术中，变压器一般都是采用单面连接的方式与PCB板实现电气连接的，如图1-1所示，是现有技术中较常用的一种变压器。主要是将变压器91设置于电路板96上，并以变压器91的一次侧及二次侧的接脚92、93直接焊接于该电路板上，而与该电路板96上的电路电性连接，进而发挥其变压的功能。
然而，这样的变压器结构通常适用于只有一个PCB板的电源产品中。对体积或者功率密度要求较高的电源产品中，可能会需要用到两个或两个以上的PCB板，在这种情况下，这种单面连接的变压器就不能满足要求了。
如图1-2，展示的是一种开关电源产品中两个PCB基板及连接两个PCB基板的变压器，是将图1-1所示的变压器的引脚换成一种更长的引脚，达到连接上基板与下基板的目的，然而，这样的变压器与两个基板连接，自动化程度低，只能通过人工焊接，而无法实现变压器通过回流焊焊接在PCB基板上或者通过通空回流焊焊接的方式焊接在基板上，随着人工成本越来越高的趋势，生产该变压器及其开关电源产品，成本将越来越高；而且该方案没有利用到变压器磁芯所在的上层空间，空间利用率低。
如图1-3，展示的是一种常见的双PCB之间的连接方式，该方案是通过两PCB之间插引脚或者端子来实现上基板与下基板之间的电气性能连接，然而，端子占用的空间过多，并不适用于产品体积较小的高功率密度产品里面。
现有申请号为201420301769.2，名称为“上下两面连接的变压器”的中国专利申请，以下称为背景文献1，示出了一种适用于两个基板的变压器结构，为了方便，本申请把背景文献1的图5呈现在本申请中，参见本申请的图1-4。可以看出，该变压器可以同时被两个PCB电源板使用，即两块板子共用一个变压器，增强了耦合，有效的减小产品的体积，但是，其变压器在实际高功率密度的产品应用中依然存在以下不足：
(1)、变压器绕组在骨架的顶面和底面缠绕，决定了在原副边隔离要求高的场合里面，该变压器对应线圈下方的PCB位置至少有一面PCB不能布置走线或者过孔，否则会造成用到该变压器的开关电源输入与输出之间的绝缘电压下降，通过在线圈外部再加一层或多层绝缘胶纸、增加一个绝缘垫片等手段可以优化解决该问题，但是生产该变压器需要消耗更多的人力物力成本，同时又增加了变压器的尺寸。
(2)、变压器明确的一个面只能作为变压器的原边侧或者副边侧，不能在同一个面上既有原边侧也有副边侧；
(3)、不能在磁芯固定之前用一根导线直接连接变压器的上下两个面，只能通过变压器包好磁芯后再重新在变压器上下重新走导线，然后重新把该导线焊接在端子上面去，无法实现变压器的机绕，增加生产成本。
(4)、从顶部或者底部看，该骨架线槽的绕线空间是长宽较大，但深度较小，这种结构，绕制出来的变压器漏感较大，且绕制同样圈数的线圈导线长度更长，同样导线直径的线圈其股数不能多，否则容易绕线超出线槽空间而引起不良，适用于对变压器损耗要求不高的小功率传输的场合，并不适用于功率较大且变压器大股数多、体积小的场合；通过增大变压器线槽尺寸可优化该问题，但是对应的变压器磁芯、骨架的尺寸会变的更大，产品的体积也增大了。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决现有双面变压器所存在的不足，提供一种双面连接的变压器，适用于有两个或两个以上PCB板的对功率密度要求较高的电源产品中。
为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：一种变压器，包括一对组合磁心和骨架，其特征在于：所述骨架包括中空的绕线部，所述绕线部用于绕组绕线，绕线部的中空部分用于承载组合磁心的中柱，所述的一对组合磁芯由具有一定绝缘等级的磁芯胶带包扎至少一圈来固定在一起；所述绕线部两端沿与绕线部中心轴线垂直方向设置有挡板21和挡板22，所述挡板21和所述挡板22平行，用于限制绕组的绕线范围；所述挡板21两端设置有端子台211和端子台212，所述挡板22两端设置有端子台221和端子台222，所述端子台211和端子台212的水平内表面与挡板21的内表面在同一个平面，所述端子台221和端子台222的水平内表面与挡板22的内表面在同一个平面，每个端子台水平外表面上各设有一组引脚。
优选的，所述端子台211和端子台212的水平外表面高于挡板21的外表面，所述端子台221和端子台222的水平外表面高于挡板22的外表面。
优选的，通过一根或一根以上的导线将所述端子台211上的两个或两个以上的引脚与端子台221上的两个或两个以上的引脚连接起来，或者通过一根或者多根导线将端子台212上的两个或两个以上的引脚与端子台222上的两个或两个以上的引脚连接起来。
优选的，所述的引脚为插针引脚。
优选的，所述的插针引脚用于固定绕组的绕线头，并且变压器通过插针引脚实现与电路板的电气连接。
优选的，所述的一对组合磁芯由具有一定绝缘等级的磁芯胶带包扎捆绑在一起，且磁芯胶带至少包围磁芯一圈。
优选的，所述插针引脚为折弯成L形的插针引脚，L形插针引脚的折弯点埋入端子台内部，L形插针引脚的一端延伸出端子台水平外表面，L形插针引脚的另一端延伸出端子台垂直外表面。
优选的，所述的引脚为贴片引脚，所述贴片引脚设置在端子台的水平外表面，所述贴片引脚的一端超出端子台的水平外表面。
优选的，所述的贴片引脚用于固定绕组的绕线头，并且变压器通过贴片引脚实现与电路板的电气连接。
优选的，所述贴片引脚为有两个端子的半工形贴片引脚，所述半工形贴片引脚的两个端子平行，中间连接两个端子的部分埋入端子台内部，半工形贴片引脚的一个端子水平设置在端子台水平外表面，且端子头不超出端子台水平外表面；半工形贴片的另一个端子延伸出端子台的垂直外表面。
优选的，任意两组引脚作为变压器的初级引脚，另外两组引脚作为变压器的次级引脚。
优选的，一对组合磁芯由绝缘的磁芯胶带固定在一起，磁芯胶带至少包围磁芯一圈。
对比现有技术，本发明的有益效果为：
(1)、变压器上下面对应的PCB位置可以安排PCB走线或者过孔，增加PCB利用率，可进一步缩小产品体积提高功率密度；
(2)、变压器4组端子可以任意组合，两组为原边，剩余两组为副边，一组为原边，剩余三组为副边；反之，亦可；
(3)、变压器上下两个面还可多设端子，这样上下两个PCB之间的信号走线可以通过一根或者多跟导线直接连接变压器上下两个面的相应端子连接，替代原来上下两个PCB必须通过端子外接端子连接的方案，可进一步缩小产品体积提高功率密度；
(3)可用于有两个或两个以上PCB板的对功率密度要求高的电源产品中，可以提高空间利用率，减小电源产品的体积，进而提升开关电源的功率密度。
(4)、同样圈数的变压器绕组其导线长度短，线经或者股数可以更多，对应线圈的电阻更小，变压器损耗更小；
(5)、变压器可以实现机器自动绕制，包括通过变压器上下两个面的端子连线；
(6)、具有以上几个优点之外，本发明的变压器能通过回流焊焊接组装在PCB上，与手工焊接相比，提高生产效率。
附图说明
图1-1为现有技术中变压器连接一个PCB板的结构图；
图1-2为现有技术中变压器连接两个PCB板的结构图；
图1-3为两个PCB板的结构示意图；
图1-4为现有技术中连接两个PCB板的变压器的结构示意图；
图2为本发明第一实施例的变压器立体图；
图3为本发明第一实施例的拆分图；
图4为本发明第二实施例的变压器立体图；
图5为本发明第三实施例的变压器立体图；
图6为本发明第四实施例的变压器立体图。
具体实施方式
第一实施例
图2为本实施例的变压器立的体图，图3为装配示意图。一种变压器，包括磁心11和磁心12、以及骨架。磁芯11和磁芯12选用ER型磁芯。通过具有一定绝缘强度的磁芯胶纸包扎至少一圈进行固定。
选用ER磁芯有以下有益效果：
1、同样周长的线圈，ER磁芯的Ae值相对较大，有利于变压器的小型化；
2、ER磁芯中柱为圆形，耦合位置好，可减少漏感，提高效率；
骨架包括有垂直设置的中空的绕线部20，绕线部20用于绕组绕线，绕线部的中空部分用于放置组合磁心的中柱；绕线部20两端沿水平方向设置有两个挡板21和22，用于限制绕线的范围；21和22两端各设置有端子台211、端子台212、端子台221、端子台222；每个端子台水平外表面上都设有插针引脚23，插针引脚23用于固定绕线头，并且变压器通过插针引脚23与PCB连接。
绕组分别绕制在绕线部20上，绕组的绕线头分别固定在4个端子台的引脚上，任意两组引脚作为变压器的初级引脚，另外两组引脚作为变压器的次级引脚，形成变压器的一次侧和二次侧。
磁心11和磁心12分别从绕线部两端的中空部分穿过，与绕线部组装。
第二实施例
与第一实施例不同的是，插针引脚为折弯成L形的插针引脚，插针引脚的折弯点埋入端子台内部，L形插针引脚的一端延伸出端子台水平外表面，用于连接变压器与PCB板；L形插针引脚的另一端延伸出端子台垂直外表面，用于固定绕线头。如图4中的引脚24。端子台水平外表面和垂直外表面均可以连接PCB板。可进一步减小产品体积。
第三实施例
与第一实施例不同的是，将插针引脚替换成贴片引脚，每个端子台水平外表面设有贴片引脚25，贴片引脚25的一端超出端子台的水平外表面，如图5所示。引脚25用于固定绕组的绕线头，并且通过回流焊焊接的方式固定在PCB板上，用于将变压器和PCB板连接。
第四实施例
与第三实施例不同的是，贴片引脚为有两个端子的半工形贴片引脚。由于该引脚形状像半个“工”字，因此在本申请中命名为半工形贴片引脚。半工形贴片引脚的两个端子平行，中间连接两个端子的部分埋入端子台内部，半工形贴片引脚的一个端子设置在端子台水平外表面，且端子头不超出端子台水平外表面，用于连接变压器和PCB板；半工形贴片的另一个端子延伸出端子台的垂直外表面，用于固定绕组的绕线头，这样把绕线端和贴片端分开，可以进一步降低变压器的高度。
第五实施例
与上述四个实施例不同的是，每一种结构的变压器，功率变压器原副边绕组线圈绕制结束后，可以通过一根或者多根导线将端子台211上的两个或两个以上的引脚与端子台221上的两个或两个以上的引脚连接起来，还可以通过一根或者多根导线将端子台212上的两个或两个以上的引脚与端子台222上的两个或两个以上的引脚连接起来，不经过线圈而直接连接垂直面同一侧的上下两个面的两个或者多个引脚，该引脚与PCB基板上的连接可以为信号连接点，替代传统多PCB之间必须通过端子连接或者变压器加长端子才能实现的电气连接方案，比如，上基板作为开关电源的输入一侧，下基板作为开关电源的输出一侧，开关电源通过变压器和光耦实现电气隔离，光耦放在下基板，那么可以通过连接两根导线，将光耦的信号传递到上基板即传递到输入一侧去。
连接两个或两个以上的引脚的导线也可以实现自动化生产，并且导线的布置位置在变压器磁心的同一侧，所以导线不影响磁心的安装和拆卸，可以节省工序，方便生产需求。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，比如为了线圈绕制方便，在骨架上加入若干的导线槽或者凸台等，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围，这里不再用实施例赘述，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种变压器，包括一对组合磁心和骨架，其特征在于：所述骨架包括中空的绕线部，所述绕线部用于绕组绕线，绕线部的中空部分用于承载组合磁心的中柱；所述绕线部两端沿与绕线部中心轴线垂直方向设置有挡板21和挡板22，所述挡板21和所述挡板22平行，用于限制绕组的绕线范围；所述挡板21两端设置有端子台211和端子台212，所述挡板22两端设置有端子台221和端子台222，所述端子台211和端子台212的水平内表面与挡板21的内表面在同一个平面，所述端子台221和端子台222的水平内表面与挡板22的内表面在同一个平面，每个端子台水平外表面上各设有一组引脚。
2.根据权利要求1所述的一种变压器，其特征在于：所述端子台211和端子台212的水平外表面高于挡板21的外表面，所述端子台221和端子台222的水平外表面高于挡板22的外表面。
3.根据权利要求2所述的一种变压器，其特征在于：通过一根或一根以上的导线将所述端子台211上的两个或两个以上的引脚与端子台221上的两个或两个以上的引脚连接起来，或者通过一根或者多根导线将端子台212上的两个或两个以上的引脚与端子台222上的两个或两个以上的引脚连接起来。
4.根据权利要求3所述的一种变压器，其特征在于：所述的引脚为插针引脚。
5.根据权利要求4所述的一种变压器，其特征在于：所述的插针引脚用于固定绕组的绕线头，并且变压器通过插针引脚实现与电路板的电气连接。
6.根据权利要求4所述的一种变压器，其特征在于：所述插针引脚为折弯成L形的插针引脚，L形插针引脚的折弯点埋入端子台内部，L形插针引脚的一端延伸出端子台水平外表面，L形插针引脚的另一端延伸出端子台垂直外表面。
7.根据权利要求3所述的一种变压器，其特征在于：所述的引脚为贴片引脚，所述贴片引脚设置在端子台的水平外表面，所述贴片引脚的一端超出端子台的水平外表面。
8.根据权利要求7所述的一种变压器，其特征在于：所述的贴片引脚用于固定绕组的绕线头，并且变压器通过贴片引脚实现与电路板的电气连接。
9.根据权利要求7所述的一种变压器，其特征在于：所述贴片引脚为有两个端子的半工形贴片引脚，所述半工形贴片引脚的两个端子平行，中间连接两个端子的部分埋入端子台内部，半工形贴片引脚的一个端子水平设置在端子台水平外表面，且端子头不超出端子台水平外表面；半工形贴片的另一个端子延伸出端子台的垂直外表面。
10.根据以上任意一项权利要求所述的一种变压器，其特征在于：所述的一对组合磁芯由绝缘的磁芯胶带固定在一起，磁芯胶带至少包围磁芯一圈。
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