CN110648828B - 平面变压器及开关电源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种平面变压器及开关电源。平面变压器包括基板、分流片和磁芯组件。基板开设有通孔并在通孔的周围环绕形成绕组线圈。分流片与绕组线圈均为绕组状，且分流片的绕制方向与绕组线圈的绕制方向相同；分流片的输入端与绕组线圈的输入端电连接，分流片的输出端与绕组线圈的输出端电连接；分流片形成有与通孔对应的中心孔。磁芯组件包括第一磁芯和第二磁芯，分流片和基板叠层设置第一磁芯与第二磁芯之间；第一磁芯包括第一芯柱，第一芯柱穿过中心孔和通孔并与第二磁芯接触。如此，分流片可以分流大电流，避免绕组线圈因直接承受大电流而发热损坏，取代传统的开关电源采用多层PCB板过大电流的方式，节省制作多层厚铜PCB板高昂的成本。

Description

平面变压器及开关电源

技术领域

本发明涉及开关电源领域，特别是涉及一种平面变压器及开关电源。

背景技术

模块电源是可以直接贴装在印刷电路板上的电源供应器，已经越来越广泛的使用于军工和航天设备，由于其严酷的使用环境，对效率、功率密度、可靠性等提出了更高的要求。在此背景下，如果还是按照传统开关电源平面变压器采用多层PCB(Printed CircuitBoard,印刷电路板)方式，PCB板会因为承受大的电流受热而损坏，另一方面PCB必须要做的很厚来满足散热，这样也大大增加了制作成本。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术的PCB板需增加厚度以过大电流，从而导致PCB板制作成本高的问题，提供一种平面变压器及开关电源。

一种平面变压器，包括基板、分流片和磁芯组件。

基板开设有通孔并在所述通孔的周围环绕形成绕组线圈。所述分流片与所述绕组线圈均为绕组状，且所述分流片的绕制方向与所述绕组线圈的绕制方向相同；所述分流片的输入端与所述绕组线圈的输入端电连接，所述分流片的输出端与所述绕组线圈的输出端电连接；所述分流片形成有与所述通孔对应的中心孔。磁芯组件包括第一磁芯和第二磁芯，所述分流片和所述基板叠层设置所述第一磁芯与所述第二磁芯之间；所述第一磁芯包括第一芯柱，所述第一芯柱穿过所述中心孔和所述通孔并与所述第二磁芯接触。

在其中一个实施例中，所述分流片为铜片。

在其中一个实施例中，所述分流片的匝数与所述绕组线圈的匝数相同，所述通孔的形状和所述中心孔的形状均与所述第一芯柱的横截面形状对应。

在其中一个实施例中，所述基板包括相对的第一面和第二面；所述绕组线圈包括第一绕组线圈和第二绕组线圈，所述第一绕组线圈形成在所述第一面上，所述第二绕组线圈形成在所述第二面上；

所述分流片包括第一分流片和第二分流片；所述第一分流片与所述第一绕组线圈对应，所述第二分流片与所述第二绕组线圈对应；

所述第二磁芯包括第二芯柱，所述第一芯柱依次穿过所述第一分流片的中心孔和所述通孔，所述第二芯柱依次穿过所述第二分流片的中心孔和所述通孔并与所述第一芯柱接触。

在其中一个实施例中，所述第一绕组线圈的数量为多个，多个所述第一绕组线圈电连接；所述第一分流片的数量、所述通孔的数量、所述第一磁芯的数量及所述第二磁芯的数量均与所述第一绕组线圈的数量一一对应。

在其中一个实施例中，所述第一分流片的匝数与所述第二分流片的匝数不同。

在其中一个实施例中，所述第一磁芯还包括第一本体和两个第一侧壁，所述第一芯柱设置在所述第一本体上，两个所述第一侧壁分别位于所述第一芯柱的两侧；

所述第二磁芯还包括第二本体和两个第二侧壁，所述第二芯柱设置在所述第二本体上，两个所述第二侧壁分别位于所述第二芯柱的两侧；

所述基板还形成有分别与两个所述第一侧壁对应的开孔；在所述第一分流片、所述基板及所述第二分流片叠层设置所述第一磁芯与所述第二磁芯之间时，两个所述第一侧壁和两个所述第二侧壁分别穿过所述开孔并相互接触。

在其中一个实施例中，所述开孔的形状与所述第一侧壁的形状对应。

在其中一个实施例中，所述第一磁芯和所述第二磁芯为PQ型磁芯、EE型磁芯、RM型磁芯中的一种或多种。

一种开关电源，包括壳体和上述任一实施例所述的平面变压器，所述平面变压器设置在所述壳体内。

上述平面变压器及开关电源中，分流片可以分流大电流，使得平面变压器能够承受大电流，避免基板上的绕组线圈因直接承受大电流而发热损坏，取代了传统的开关电源采用多层PCB板过大电流的方式，节省了制作多层厚铜PCB板高昂的成本。

附图说明

图1为本发明的平面变压器在一个实施例中的结构示意图；

图2为本发明的平面变压器在一个实施例中的爆炸结构示意图；

图3为本发明的平面变压器在另一个实施例中的剖面结构示意图；

图4为本发明的平面变压器在又一个实施例中的爆炸结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明进行进一步详细说明。

请一并参阅图1和图2，本发明提供一种平面变压器100，包括基板10、分流片20和磁芯组件30。

基板10开设有通孔11并在通孔11的周围环绕形成绕组线圈(绕组线圈在各附图中均未示出)。分流片20与绕组线圈均为绕组状，且分流片20的绕制方向与绕组线圈的绕制方向相同。分流片20的输入端21与绕组线圈的输入端电连接，分流片20的输出端22与绕组线圈的输出端电连接。分流片20形成有与通孔11对应的中心孔23。磁芯组件30包括第一磁芯31和第二磁芯32，分流片20和基板10叠层设置第一磁芯31与第二磁芯32之间。第一磁芯31包括第一芯柱311，第一芯柱311穿过中心孔23和通孔11并与第二磁芯32接触。

基板10以刻蚀的方式在通孔11的周围环绕形成绕组线圈。基板10和分流片20分别形成有通孔11和中心孔23。第一磁芯31还第一本体312，第一芯柱311设置在第一本体312上。在装配时，第一磁芯31的第一芯柱311依次穿过分流片20的中心孔23和基板10的通孔11，并与第二磁芯32接触，从而形成第一本体312、分流片20、基板10、第二磁芯32的叠层结构。

分流片20的输入端21和输出端22分别与绕组线圈的输入端和输出端电连接，电连接的方式包括焊接。另外，由于分流片20的形状与基板10上的绕组线圈的形状相同，均为绕组状，且两者的绕制方向相同，所以在使用过程中，基板10上的电流分成两条支路，其中一条支路为绕组线圈回路，另外一条支路为分流片20回路。具体的，由于分流片20的电阻值较小，大部分电流从分流片20的输入端21流入绕组状的分流片20中，并经分流片20的输出端22输出至与绕组线圈的输出端相同的基板10位置上。因此，在分流片20的分流作用下，平面变压器100能够承受大电流，也避免了基板10上的绕组线圈因直接承受大电流而发热损坏。

上述平面变压器100中，分流片20可以分流大电流，使得平面变压器100能够承受大电流，避免基板10上的绕组线圈因直接承受大电流而发热损坏，取代了传统的开关电源采用多层PCB板过大电流的方式，节省了制作多层厚铜PCB板高昂的成本。

在其中一个实施例中，基板10为PCB板。

在其中一个实施例中，基板10的厚度范围为2mm至3.5mm。

在其中一个实施例中，分流片20为铜片。

由于铜片具有优良的导电和导热性能，因此，铜片不仅能够实现分流，还能够有效地对基板10进行散热，提升了开关电源的可靠性。此外，由于分流片20的厚度较小，与绕组线圈具有相同的扁平的几何形状，因此平面变压器100的结构空间没有明显增加，而且降低了开关频率较高时趋肤效应的损耗，能够有效地利用分流片20的表面导电性能，提高开关电源的转换效率。

在其中一个实施例中，分流片20的匝数与绕组线圈的匝数相同。

具体的，分流片20可为一匝，也可以为多匝。

当分流片20为一匝时，输入端21为该匝靠近中心孔23的端部，输出端22为该匝远离中心孔23的端部。在使用过程中，基板10上的电流从该匝输入端21依次流入分流片20中，并经该匝输出端22输出至与绕组线圈的输出端相同的基板10位置上。

当分流片20为多匝时，输入端21为位于最内匝的端部，输出端22为位于最外匝的端部。在使用过程中，基板10上的电流从位于最内匝的输入端21依次流入各匝中，并经位于最外匝的输出端22输出至与绕组线圈的输出端相同的基板10位置上。以图2为例，分流片20为两匝，分流片20的输入端21为内匝的端部，输出端22为外匝的端部。需要说明的是，分流片20的匝数根据实际的输入输出需求而定，在此不做具体的限定。

由于分流片20的形状与基板10上的绕组线圈的形状相同，均为绕组结构，而且分流片20的匝数与绕组线圈的匝数相同，因此，分流片20也能实现与绕组线圈相同的转换电压的功能，也即是说，在平面变压器100中，分流片20和绕组线圈共同实现转换电压的功能，提高了开关电源的转换效率。

请参阅图2，在其中一个实施例中，通孔11的形状和中心孔23的形状均与第一芯柱311的横截面形状对应。

第一芯柱311可以为圆柱状、棱柱状等。当第一芯柱311为圆柱状时，第一芯柱311的横截面形状为圆形，则通孔11的形状与中心孔23的形状均为圆形；当第一芯柱311为四棱柱状时，第一芯柱311的横截面形状为四边形，则通孔11的形状与中心孔23的形状均为四边形，如此以实现绕组线圈和分流片20紧密耦合。

请一并参阅图3和图4，在其中一个实施例中，基板10包括相对的第一面12和第二面13。绕组线圈包括第一绕组线圈和第二绕组线圈，第一绕组线圈形成在第一面12上，第二绕组线圈形成在第二面13上。分流片20包括第一分流片24和第二分流片25，第一分流片24与第一绕组线圈对应，第二分流片25与第二绕组线圈对应。第二磁芯32包括第二芯柱321，第一芯柱311依次穿过第一分流片24的中心孔23和通孔11，第二芯柱321依次穿过第二分流片25的中心孔23和通孔11并与第一芯柱311接触。

基板10的两侧分别形成有第一绕组线圈和第二绕组线圈，第一分流片24和第二分流片25分别与第一绕组线圈和第二绕组线圈对应。其中，第一分流片24的输入端21和输出端22分别与第一绕组线圈的输入端和输出端电连接，第二分流片25的输入端21和输出端22分别与第二绕组线圈的输入端和输出端电连接。

第二磁芯32还包括第二本体322，第二芯柱321设置在第二本体322上。在装配时，第一芯柱311从基板10的第一面12所在的一侧，依次穿过第一分流片24的中心孔23和基板10的通孔11，第二芯柱321从基板10的第二面13所在的一侧，依次穿过第二分流片25的中心孔23和通孔11并与第一芯柱311接触，从而形成第一本体312、第一分流片24、基板10、第二分流片25、第二本体322的叠层结构。

由于为第一绕组线圈和第二绕组线圈对应设置有第一分流片24和第二分流片25，如此，基板10的第一面12和第二面13均能够承受大电流，从而避免第一绕组线圈和第二绕组线圈因电流过大而损坏。

在其中一个实施例中，第一绕组线圈为原边绕组，第一绕组线圈为副边绕组。

请参阅图4，在其中一个实施例中，第一绕组线圈的数量为多个，多个第一绕组线圈电连接。第一分流片24的数量、通孔11的数量、第一磁芯31的数量及第二磁芯32的数量均与第一绕组线圈的数量一一对应。

当第一绕组线圈的数量为多个时，多个第一绕组线圈并联或串联，以满足不同的输入输出需求。第一分流片24的数量、通孔11的数量、第一磁芯31的数量及第二磁芯32的数量均为多个，并与第一绕组线圈一一对应。而由于第一磁芯31与第二磁芯32为成对存在，因此，第二磁芯32的数量也为多个。

设置多个与第一绕组线圈的数量对应的第一分流片24，如此，基板10的第一面12能够承受更大的大电流，从而避免第一绕组线圈因电流过大而损坏。

在其中一个实施例中，第二绕组线圈的数量与第一绕组线圈的数量一一对应，第二分流片25的数量与第二绕组线圈的数量一一对应。

设置多个与第二绕组线圈的数量对应的第二分流片25，如此，基板10的第二面13能够承受大电流，从而避免第二绕组线圈因电流过大而损坏。

需要说明的是，第一绕组线圈和第二绕组线圈的数量根据实际的输入输出需求而定，在此不做具体的限定。例如，第二绕组线圈的数量少于第一绕组线圈的数量，第二分流片25的数量少于第一分流片24的数量。

在其中一个实施例中，第一分流片24的匝数与第二分流片25的匝数不同。以图4为例，第一分流片24为两匝，第二分流片25为一匝。如此，基板10两侧能够实现不同的转换功能，以便连接不同的输入和输出。

当然，在另外一个实施例中，第一分流片24的匝数也可以与第二分流片25的匝数相同。

请一并参阅图2和图3，在其中一个实施例中，第一磁芯31还包括第一本体312和两个第一侧壁313，第一芯柱311设置在第一本体312上，两个第一侧壁313分别位于第一芯柱311的两侧。第二磁芯32还包括第二本体322和两个第二侧壁323，第二芯柱321设置在第二本体322上，两个第二侧壁323分别位于第二芯柱321的两侧。基板10还形成有分别与两个第一侧壁313对应的开孔14。在第一分流片24、基板10及第二分流片25叠层设置第一磁芯31与第二磁芯32之间时，两个第一侧壁313和两个第二侧壁323分别穿过开孔14并相互接触。

第一磁芯31的结构与第二磁芯32的结构相同，当两个第一侧壁313和两个第二侧壁323均插入基板10的开孔14时，第一磁芯31和第二磁芯32固定在基板10上并共同形成闭合磁路，从而使得平面变压器100的漏感小,损耗低，受到的干扰少。

在其中一个实施例中，开孔14的形状与第一侧壁313的形状对应。

如此，第一侧壁313和第二侧壁323穿过开孔14时，能够进一步闭合第一磁芯31和第二磁芯32之间的磁路。

请参阅图2，在其中一个实施例中，第一磁芯31和第二磁芯32为PQ型磁芯、EE型磁芯、RM型磁芯中的一种或多种。

第一磁芯31和第二磁芯32均为PQ型磁芯；或，第一磁芯31和第二磁芯32均为EE型磁芯；或，第一磁芯31和第二磁芯32均为RM型磁芯。当第一磁芯31和第二磁芯32有多个时，第一磁芯31和第二磁芯32可选择的类型为：部分第一磁芯31和第二磁芯32为PQ型磁芯，部分第一磁芯31和第二磁芯32为EE型磁芯；或，部分第一磁芯31和第二磁芯32为PQ型磁芯，部分第一磁芯31和第二磁芯32为RM型磁芯；或，部分第一磁芯31和第二磁芯32为EE型磁芯，部分第一磁芯31和第二磁芯32为RM型磁芯；或，部分第一磁芯31和第二磁芯32为PQ型磁芯，部分第一磁芯31和第二磁芯32为EE型磁芯，部分第一磁芯31和第二磁芯32为RM型磁芯。

EE型磁芯制作及组装都比较简单，散热好，成本也低，可广泛应用。RM型磁芯散热好，体积小，同电源选RM型磁芯体积可做更小，屏蔽效果较好，一般用在要求体积较小的开关电源上。PQ型磁芯的设计优化了磁芯体积、优化表面积和绕线面积之间的比率，使得用最小的磁芯提供最大的电感量和最大化的绕制面积。同时，这种有效的设计也使的磁芯的磁路截面积更加统一，因此这种磁芯结构也使得比其它的磁芯结构设计有更少的工作优点。

需要说明的是，如何选择第一磁芯31和第二磁芯32的类型根据实际的需求而定，在此不做具体的限定。

当然，在其他实施例中，第一磁芯31的结构与第二磁芯32的结构不同。第一磁芯31包括第一芯柱311、第一本体312和两个第一侧壁313，第二磁芯32仅包括第二本体322。在装配时，第一磁芯31的第一芯柱311依次穿过分流片20的中心孔23和基板10的通孔11，并与第二磁芯32的第二本体322接触，从而形成第一本体312、分流片20、基板10、第二本体322的叠层结构。

本发明还包括一种开关电源，包括壳体和上述任一实施例中的平面变压器100，平面变压器100设置在壳体内。

上述开关电源中，分流片20可以分流大电流，使得平面变压器100能够承受大电流，避免基板10上的绕组线圈因直接承受大电流而发热损坏，取代了传统的开关电源采用多层PCB板过大电流的方式，节省了制作多层厚铜PCB板高昂的成本。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种平面变压器，其特征在于，包括：

基板，开设有通孔并在所述通孔的周围环绕形成绕组线圈；

分流片，所述分流片与所述绕组线圈均为绕组状，且所述分流片的绕制方向与所述绕组线圈的绕制方向相同；所述分流片的输入端与所述绕组线圈的输入端电连接，所述分流片的输出端与所述绕组线圈的输出端电连接，所述分流片的匝数与所述绕组线圈的匝数相同，且所述分流片的电阻值小于所述绕组线圈的电阻值，所述分流片用于与所述绕组线圈共同实现转换电压；所述分流片形成有与所述通孔对应的中心孔；和

磁芯组件，包括第一磁芯和第二磁芯，所述分流片和所述基板叠层设置在所述第一磁芯与所述第二磁芯之间；所述第一磁芯包括第一芯柱，所述第一芯柱穿过所述中心孔和所述通孔并与所述第二磁芯接触，所述通孔的形状和所述中心孔的形状均与所述第一芯柱的横截面形状对应。

2.根据权利要求1所述的平面变压器，其特征在于，所述分流片为铜片。

3.根据权利要求1所述的平面变压器，其特征在于，所述基板包括相对的第一面和第二面；所述绕组线圈包括第一绕组线圈和第二绕组线圈，所述第一绕组线圈形成在所述第一面上，所述第二绕组线圈形成在所述第二面上；

所述分流片包括第一分流片和第二分流片；所述第一分流片与所述第一绕组线圈对应，所述第二分流片与所述第二绕组线圈对应；

所述第二磁芯包括第二芯柱，所述第一芯柱依次穿过所述第一分流片的中心孔和所述通孔，所述第二芯柱依次穿过所述第二分流片的中心孔和所述通孔并与所述第一芯柱接触。

4.根据权利要求3所述的平面变压器，其特征在于，所述第一绕组线圈的数量为多个，多个所述第一绕组线圈电连接；所述第一分流片的数量、所述通孔的数量、所述第一磁芯的数量及所述第二磁芯的数量均与所述第一绕组线圈的数量一一对应。

5.根据权利要求3所述的平面变压器，其特征在于，所述第一分流片的匝数与所述第二分流片的匝数不同。

6.根据权利要求3所述的平面变压器，其特征在于，

所述第一磁芯还包括第一本体和两个第一侧壁，所述第一芯柱设置在所述第一本体上，两个所述第一侧壁分别位于所述第一芯柱的两侧；

所述第二磁芯还包括第二本体和两个第二侧壁，所述第二芯柱设置在所述第二本体上，两个所述第二侧壁分别位于所述第二芯柱的两侧；

所述基板还形成有分别与两个所述第一侧壁对应的开孔；在所述第一分流片、所述基板及所述第二分流片叠层设置所述第一磁芯与所述第二磁芯之间时，两个所述第一侧壁和两个所述第二侧壁分别穿过所述开孔并相互接触。

7.根据权利要求6所述的平面变压器，其特征在于，所述开孔的形状与所述第一侧壁的形状对应。

8.根据权利要求7所述的平面变压器，其特征在于，所述第一磁芯和所述第二磁芯为PQ型磁芯、EE型磁芯、RM型磁芯中的一种。

9.一种开关电源，其特征在于，包括：

壳体；和

权利要求1至8任意一项所述的平面变压器，所述平面变压器设置在所述壳体内。

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