CN111091956B - 电流互感器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电流互感器及其制造方法，其中电流互感器，由上部磁心、多层PCB板、下部磁心相互组装形成，上部磁心包括磁心上面板、位于上面板中心位置的中柱，以及与中柱同向、平行且镜像排列的与磁心上面板边缘齐平的两个边柱；下部磁心，包括磁心底柱、位于磁心底柱中部的中柱，以及与中柱同向、平行且对称排列的两边柱，上部磁心的中柱与下部磁心的中柱截面积相等且两者的边柱等宽等截面，上部磁心的磁心面板厚度与下部磁心的磁心底柱厚度相同。本发明具有的有益效果是，仅有磁心与多层PCB板的组合，工艺难度低。

Description

电流互感器及其制造方法

技术领域

本发明涉及低压电器技术领域，尤其涉及一种运用在微小功率高频开关电源中的电流互感器的结构及其组装制造方法。

背景技术

电流互感器是一种常用在开关电源中的特殊磁器件，通过与开关器件连接，对电路中的电流进行跟踪检测，运用极其广泛。其设计原理也不同于常规电子变压器，初级一般一匝或很少几匝，次级匝数很多，初次级之间的匝比一般为1：50或更多。(参考书刊号ISBN：9787538136043，2002年辽宁科学技术出版社出版的《实用电源技术手册磁性元器件分册》第九章节)。

作为使用在输出功率为50W以下的微小功率高频开关电源中的电流互感器，通流量小，一般在1～20A左右，但受微小功率开关电源产品模块化、小型化发展的需要，对体积和尺寸的要求比较苛刻，而体积和尺寸不断小型化所带来的工艺加工难度、产品可靠性问题越来越严重。

早期常用的电流互感器主要是由磁心、骨架、线圈等部件构成的骨架式变压器作成，分为两种实施方式：

第一种：参考专利申请号01253774.8名为“初级绕组埋入式电流互感器”的专利文献，它是将一段金属埋在在骨架中充当初级的一匝线圈，次级多匝数绕在骨架上，这是一种较早的骨架式电流互感器(参考图1A)，他由磁心、线圈、塑胶骨架组成，初级线圈由骨架内的一段内埋金属线形成，次级多线圈的绕组额外绕制在塑胶骨架上，再进行系列工序的组装而成。受内埋金属线的尺寸限制，通流量约10A，互感器整体尺寸约为6*5*5mm。

第二种：参考专利申请号201210231390.4名为“一种应用于模块电源的中大功率的高频电流互感器”的专利文献，这种互感器(参考图1B)的初级一匝采用外置式的金属导片，次级多匝数绕制也是绕制在骨架上，再进行系列工序的组装而成。该种结构使得电流互感器的初级一匝的尺寸增加，初级绕组通流量大大的提升到约20A，互感器整体尺寸约为8*6*6mm，能够运用于中功率场合。

很显然的，这类骨架组合式电流互感器，骨架作为必不可少的支撑绕组的载体，次级多匝数的线圈绕制在骨架上，而骨架的加工本身属于较复杂的注塑成型加工工艺，然后再需要经过一序列的如绕线、理线、浸锡等工艺，整体生产过程比较复杂，效率较低，体积较大。同时金属导片与骨架本体的组装配合还会存在电流互感器整体的耐压性能和共面度问题。参考2014.02.12公布的申请号为201310368399.4的发明专利“一种用于制作电流互感器的夹具及其制作方法”，该专利就是为了解决这种互感器的共面度制造问题，进行辅助工夹具的创新优化。

近年来，在如何减少电流互感器的组件，降低生产制造难度，减少人工参与的工序，从而降低互感器的制造成本，该领域技术人员也进行了系列的优化创新。

比如参考专利申请号200910095575.5名为“一种高频脉冲电流互感器”的专利文献，这种互感器(参考图1C)是利用磁心直接作为线圈绕组的承载体，减少了互感器的组件，简化了制造工艺，降低了成本。

又例如参考专利申请号201610825312.5名为“磁心的制造方法及基于该磁心的电流互感器的制造方法”的专利文献，这种新型的电流互感器(参考图1D)利用电镀涂层工艺实现初级一匝的金属导层，进一步减少了互感器的组件，缩小互感器体积，使得互感器的制造工艺更加简便，自动化可实施性更高，这种电流互感器的整体尺寸约为6*4*4mm。

综上，目前常用的电流互感器，不管是采用骨架还是磁心作为次级多绕组的载体，还是内埋或者外加的初级金属导片，都离不开漆包线绕制的工艺过程。由于互感器的次级匝数很多，绕制过程将变得尤为困难，甚至还需要借助专用的绕线机等机器设备。工艺的复杂度导致电流互感器的生产制程变得更加繁琐，其顶部结构也不便于自动化贴片的吸附，而这类型的电流互感器因为引脚的形变或浸锡导致的锡渣黏附，在贴片安装时的共面度上也存在很大的品质隐患。

发明内容

鉴于以上问题，本发明目的在于提供一种采用多层PCB板做成的体积小、组件少、工艺简单、自动化程度高的片式电流互感器。

同时，本发明的另一个目的在于提供一种多层PCB片式电流互感器的组装制造方法。

本发明提供的技术方案如下：

为了实现上述发明目的，本发明提供一种电流互感器，为方形结构的贴片元件，由一对磁心和PCB绕组板构成，一对磁心，为“日”字形结构，用以形成闭合磁路，包括面板、底柱、中柱和边柱；PCB绕组板，由PCB板裁切制成，PCB板是具有多层走线层的PCB板，PCB板的中心开设有贯穿PCB板的中孔，用以供磁心中柱插入；PCB板内有环绕中孔的绕组走线层，PCB板下表面的四个角电镀为端点位的贴片焊盘；PCB板下表面两个端点位的贴片焊盘之间设有中间位的贴片焊盘，PCB板上表面对应中间位的贴片焊盘的位置设有第一铜箔，PCB板侧壁对应中间位的贴片焊盘与第一铜箔的连通位置设有第二铜箔，第一铜箔、第二铜箔与中间位的贴片焊盘连成金属连接带；PCB板的底部开有通槽，用以供磁心底柱沉降组入；一对磁心分别组入PCB绕组板的上部和下部，PCB绕组板的第一铜箔与上部磁心的内表面接触连接，磁心底柱沉降于PCB绕组板的通槽中，PCB绕组板的贴片焊盘凸出于磁心底面，上部磁心、PCB绕组板和下部磁心通过粘接固定成型。

作为本发明的进一步改进，所述PCB绕组板，沿中孔对称两侧的位置向外开设有凹口，凹口宽度与通槽宽度相同，用以供磁心边柱插入；上部磁心的面板与PCB绕组板的板面大小相同，上部磁心的边柱与PCB绕组板的凹口等宽；下部磁心的底柱、边柱与PCB绕组板的凹口等宽。

作为本发明的进一步改进，所述磁心的边柱截面积之和大于中柱截面积，磁心上面板的厚度大于边柱的厚度。

作为本发明的进一步改进，所述PCB绕组层的贴片焊盘，位于PCB板同一平面，用以通过精准的等厚的敷铜尺寸可保证整体的贴片共面度。

作为本发明的进一步改进，所述磁心的中柱和边柱的端面研磨为镜面平面。

作为本发明的进一步改进，所述PCB绕组层的绕组走线层，敷铜线圈以中孔为圆心，按照顺时钟方向呈螺旋式分层排布。

作为本发明的进一步改进，所述PCB绕组板，是具有多层走线层的PCB板，包括初级绕组的走线层和次级绕组的走线层，初级绕组的起线端连接到第一端点位的贴片焊盘，收线端连接到第二端点位的贴片焊盘；次级绕组的的起线端连接到第三端点位的贴片焊盘，收线端连接到第四端点位的贴片焊盘。

作为本发明的进一步改进，所述上部磁心，包括上面板、位于上面板中心位置的中柱以及与中柱同向、平行且对称排列的两个边柱，边柱宽度小于上面板宽度，中柱径向宽度小于边柱，中柱与边柱的高度等高；下部磁心，包括底柱、位于底柱中部的中柱以及与中柱同向、平行且对称排列的两边柱，上部磁心与下部磁心的中柱截面积相等且两者的边柱等宽等截面。

作为本发明的进一步改进，所述一对磁心，为“口”字形结构，包括面板、底柱和边柱，用以形成闭合磁路；所述PCB绕组板，为中心开设有贯穿PCB板的中孔的多层走线层的PCB板，以供磁心一边柱插入；并沿中孔一侧的位置向外开设有凹口，凹口宽度与通槽宽度相同，用以供磁心另一边柱插入。

本发明还提供一种电流互感器的制造方法，包括如下步骤，上部磁心的组装步骤，将上部磁心倒置，磁心的中柱及边柱朝上，将PCB绕组板的中孔装到上部磁心的中柱上，且PCB绕组板的中间位的贴片焊盘与上部磁心的内表面接触连接，再分别在上部磁心的两边柱端面以及与PCB绕组板侧接触面加注胶水；下部磁心的组装步骤，将下部磁心沿中柱组入PCB绕组板的中孔，使下端磁心的中柱与上部磁心的中柱相接触，下部磁心的两边柱分别与上部磁心的两边柱相接触，形成以中柱为主磁路边柱为分磁路的闭合磁路，且PCB绕组板的贴片焊盘凸出于磁心底面；固化成型步骤，上部磁心、PCB绕组板和下部磁心三者装配结构在保持不变的情况下进行粘接固化成型。

以下对本发明进行详细说明。

一种多层PCB板片式电流互感器，主要由上部磁心、PCB绕组板、下部磁心相互组装形成。

上部磁心，包括磁心上面板、位于上面板中心位置的中柱，以及与中柱同向、平行且镜像排列的与磁心上面板边缘齐平的两个边柱。

优先的，边柱宽度小于磁心上面板宽度，中柱径向宽度小于边柱，中柱与边柱的高度一致。

优先的，磁心中柱为矩形、圆形、椭圆形等规则柱体，磁心边柱为矩形规则柱体。

进一步的，磁心面板上可设有MARK标记点进行防呆识别。

进一步的，边柱截面积之和大于中柱截面积，磁心上面板的厚度大于边柱的厚度。

进一步的，上部磁心面板的长×宽尺寸在5.5×4.5mm以内，上部磁心的整体高度在2.5mm以内。

下部磁心，包括磁心底柱、位于磁心底柱中部的中柱，以及与中柱同向、平行且对称排列的两边柱。

优先的，磁心底柱为矩形柱体，磁心中柱为矩形、圆形、椭圆形等规则柱体，磁心边柱为与中柱等高的为矩形、圆形、椭圆形等规则柱体。

优先的，上部磁心的中柱与下部磁心的中柱截面积相等且两者的边柱等宽等截面。

优先的，下部磁心的长×宽尺寸在5.5*2.0mm以内，下部磁心的整体高度在2.5mm以内。

进一步的，上部磁心的磁心面板厚度与下部磁心的磁心底柱厚度相同。

进一步的，上部磁心和下部磁心由高磁导率的锰锌、镍锌、铁粉心等铁氧体材料加工而成。

进一步的，上部磁心与下部磁心的各中柱及边柱的端面采用镜面研磨抛光处理。

PCB绕组板为带有孔槽的矩形体，包括内部设有多层绝缘介质、敷铜线圈，及多个过孔及位于印制板表面的贴片焊盘，还包括一侧壁沉铜及其上下表面的焊盘一起形成的金属连接体。

优先的，PCB绕组板在矩形体的中间位置设有中孔，在中孔相向两侧设有两凹口，以及与中孔、凹口平行且贯穿整个PCB的通槽。

优先的，绝缘介质位于每两两线圈的中间层，多个敷铜线圈之间通过过孔、埋孔穿透绝缘层实现连接。

优先的，贴片焊盘设置在PCB绕组板的四个边角的底部的表面，侧壁沉铜及其上下表面的焊盘一起形成的金属连接体设置在PCB绕组板一长边的中间侧面。

优选的，敷铜线圈以中孔为圆心，按照顺时钟方向呈螺旋式分层排布。

进一步的，PCB绕组板矩形体的长宽比与上部磁心面板的长宽比同等大小，整体厚度大于上、下部磁心中柱之和但低于上、下部磁心高度之和。

进一步的，PCB绕组板的中孔大于磁心中柱，凹口大于磁心的边柱，通槽深度大于下部磁心面板的厚度。

进一步的，贴片焊盘位于PCB绕组板同一平面，通过精准的等厚的敷铜尺寸可保证整体的贴片共面度。

进一步的，侧壁沉铜及其上下表面的焊盘一起形成的金属连接体可将上部磁心与后续贴片到安装基板的电路相连，能起到良好的电磁屏蔽效果。

进一步的，PCB绕组板的长×宽尺寸在5.5*4.0mm以内，总厚度在3.0mm以下。

进一步的，PCB的通槽的宽度小于2.0mm，深度大于0.7mm。

进一步的，PCB绕组板为一个PCB多层板或多个PCB多层板的叠加。

将上部磁心、下部磁心、PCB绕组板组装后，形成多层PCB板片式电流互感器。

本发明的一种多层PCB板片式电流互感器组装方法，其具体步骤如下：

1、将上部磁心倒置于治具上，上部磁心面板附于治具面，上部磁心的中柱及边柱朝上；

2、再将PCB绕组板的中孔贯穿到上部磁心的中柱，凹口对应卡放在上部磁心的两边柱，并保证侧壁沉铜的焊盘与上部磁心面板的内侧相接触；

3、再分别在上部磁心的两边柱端面以及与PCB绕组板凹口的结合处的内侧部位加注环固定胶水；

4、然后再将下部磁心的中柱穿过PCB绕组板的中孔与上部磁心的中柱相接触，下部磁心的的两边柱与分别于上部磁心的两边柱相接触，形成以中柱为主磁路边柱为分磁路的闭合磁路，且下部磁心的底柱沉降到多层PCB板的通槽中，并保证下部磁心的底柱的露出高度低于多层PCB印制板的贴片焊盘；

5、最后将上部磁心、PCB绕组板、下部磁心三者连接结构在保持不变的情况下进行固化处理，从而形成完整的多层PCB板片式电流互感器。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、组件很少，仅有磁心与PCB绕组板的组合，工艺难度低；

2、制造简单，可减少人工的介入，明显提升制造效率和加工质量；

3、磁心上面板的结构设计有利于后续安装到基板时的自动化贴片吸附；

4、独特的侧壁沉铜及焊盘连接磁心实现电流互感器自身的电磁屏蔽；

5、边柱磁心截面积之和大于中柱截面积，能减少磁心组合后漏磁问题；

6、多层PCB板结构能够增强以往骨架式电流互感器初次级间的绝缘性能；

7、多层PCB板设计初次级线圈灵活多变，运用范围更广；

8、多层PCB板焊盘贴片面，很好的避免了原有骨架式互感器的共面度问题。

附图说明

图1A为现有第一种骨架组合式电流互感器的结构示意图；

图1B为现有种二种骨架组合式电流互感器的结构示意图；

图1C为现有第三种电流互感器的结构示意图；

图1D为现有第四种电流互感器的结构示意图；

图2为本发明电流互感器的立体图；

图3为本发明电流互感器的上部磁心的立体图；

图4为本发明电流互感器的上部磁心的另一视角的立体图；

图5为本发明电流互感器的下部磁心的立体图；

图6为本发明电流互感器的多层PCB板的顶部示意图；

图7为本发明电流互感器的多层PCB板的底部示意图；

图8为本发明电流互感器的多层PCB板的内部初级线圈的布线示意图；

图9a为本发明电流互感器的多层PCB板的内部次级线圈第一层的布线示意图；

图9b为本发明电流互感器的多层PCB板的内部次级线圈第二层的布线示意图；

图9c为本发明电流互感器的多层PCB板的内部次级线圈第三层的布线示意图；

图9d为本发明电流互感器的多层PCB板的内部次级线圈第四层的布线示意图；

图10为本发明电流互感器的多层PCB片式电流互感器的装配关系爆炸图；

图11为本发明电流互感器的多层PCB片式电流互感器的底部示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表释义及表述如下：

1—上部磁心；2—下部磁心；3—PCB绕组板；11—面板；14—上中柱；121、122—上边柱；21—底柱；22—下中柱；23，24—下边柱；311—中孔；321～324—端头；331—多层PCB板顶面；341、342—凹口、333—通槽；351、352、353—侧壁沉铜及焊盘连接；361～364—贴片焊盘；P31—初级线圈；P301～304—焊盘；S31—次级线圈；D1～3—埋孔；S301～304—通孔焊盘。

具体实施方式

先对本发明的起因及所使用术语、发明构思进行简单说明。

目前常用的电流互感器，不管是采用骨架还是磁心作为次级多绕组的载体，还是内埋或者外加的初级金属导片，都离不开漆包线绕制的工艺过程。

PCB(Printed Circuit Board)印制板是指用于电子电器产品中的在绝缘介质上进行敷铜布线实现电子器件之间电气连接的线路板(下简称PCB板)。自1991年IBM公司率先开发出高密度多层板(SLC)以来，其行业中一些著名大公司也相继开发出各种各样的高密度互连(HDI)微孔板等。这些加工技术的迅猛进步，促使了PCB的设计逐渐向多层、高密度布线的方向发展，目前市面上已经出现了多达16层以上、敷铜线圈的线宽线距为1盎司(1盎司≈0.035mm)的多层印制板的运用技术。PCB板以其设计灵活、稳定可靠的电气性能和优越的经济性能，现已广泛应用于电子产品的生产制造中。但目前为止，还未出现使用PCB技术来解决前述电流互感器绕组匝数多、部件多、组装工艺复杂等技术难题的运用案例。因此，如何借用PCB多层板技术来解决常规电流互感器存在的绕线多、制程繁琐、工艺复杂、自动化要求高、共面度不良等难题有待于本领域技术人员进行不断的尝试和创新。

基于对此行业重点难点问题的深入研究探索，并结合发明人及其研发团队的行业积累多年经验创新得出本发明技术方案，以下结合附图对本发明的实施方式进行详细说明。

如图2所示，本发明电流互感器，为方形结构的贴片元件，由一对磁心和PCB绕组板构成，一对磁心为“日”字形结构，由上部磁心1和下部磁心2构成；PCB绕组板，由PCB板裁切制成，PCB板是具有多层走线层的PCB板，由此，PCB绕组板也可称为多层PCB板。或者说本发明的电流互感器,是由上部磁心1、下部磁心2和多层PCB板3组合形成的贴片磁性器件。在其他实施例中，一对磁心还可采用“口”字形结构，包括面板、底柱和边柱，用以形成闭合磁路，实现相同或相似的功能。此时，PCB绕组板，为中心开设有贯穿PCB板的中孔的多层走线层的PCB板，以供磁心一边柱插入；并沿中孔一侧的位置向外开设有凹口，凹口宽度与通槽宽度相同，用以供磁心另一边柱插入。

如图3、图4所示，上部磁心1有磁心面板11，磁心面板11为一个长方形的矩形体，沿磁心面板11中轴表面向下延伸设置有一个矩形的上中柱14，矩形的上中柱14的两侧沿磁心面板11长度方向的同一线轴上的在磁心面板11的边缘分别设有一个矩形的边柱121和边柱122，边柱121及边柱122的长度小于磁心面板1的宽度，且分别到磁心面板11长边的边缘距离相等，上中柱14的长度小于边柱121及边柱122的各自的长度，中柱14、边柱121及边柱122为等高度设计。这样设计的目的在于上部磁心1处在互感器的顶部，不仅仅是互感器闭合磁路的组成部分，也在于上部磁心面板1的长宽面积做到的最大化的完整平面，不同于常规的组装后磁心突兀于互感器本体或者是顶部磁心及本体之间存在间隙，上面板的完整有利于互感器作为贴片器件在安装到基板时的自动贴片机吸附，同时也是巧妙的利用磁心面板与多层PCB板的侧壁沉铜的接触连接实现电磁屏蔽。

如图5所示，下部磁心2包含底柱21以及沿底柱21中轴延伸的下中柱22，下中柱22沿底柱21两侧端部的边柱23和边柱24，底柱21与边柱23和边柱24的宽度一致，下中柱22与边柱23、边柱24的高度等高，但宽度小于底柱21且截面积也小于边柱边柱23和边柱24，结合到上部磁心1来讲，下中柱22与上中柱14的截面积相等，边柱23与边柱121的长宽尺寸相等，边柱24与边柱122的长宽尺寸相等。

将上部磁心与下部磁心相向组合，从正面就可以形象的看着成是一个横着“日”

型磁器件，两中柱结合一起为主磁路，四个边柱两两结合一起为分磁路，中柱和各边柱的端面，采用镜面研磨的方式进行抛光处理。众所周知，组合磁心的结合会存在气隙产生漏磁，而端面的抛光处理，可以减少气隙，通过设计成边柱截面积大于中柱截面的结构，能够减小漏磁带来的对互感器电感量的影响。更具体的来讲，上部磁心与下部磁心由高磁导率的锰锌、镍锌、铁粉心等铁氧体材料烧结加工而成，采用高磁导率的铁氧体材料，能够提升互感器的电感量，实现优异的电气性能。

如图6和图7所示，PCB绕组板3的结构，其主体为等长宽于上磁心面板的矩形体。在多层PCB板的中心位置有一贯穿的中孔311，中孔311的形状匹配类同于磁心中柱的形状且大于磁心中柱的截面积。在中孔311的两侧，齐平多层PCB板长度方向的两边缘切割出两个与多层PCB板等厚且大小相同的凹口341及凹口342，凹口341及凹口342的长度方向332小于多层PCB板的宽度，均分距离留下四个端头(321～324)，在多层PCB板的顶部331的靠近中孔311的长度方向，即端头332与端头323的平面上设有焊盘352,焊盘352沿着侧壁沉铜351连接到底部焊盘353。多层PCB板的底部沿长度方向有贯穿的通槽333，通槽333的宽度与凹口341及凹口342的宽度相等。通槽333的深度大于下部磁心的底柱21的厚度。端头321～324的底部分别设有贴片焊盘361～364。

PCB绕组板3除去中孔311与凹口341、凹口342与通槽333的其余空白区域为电流互感器初、次级线圈的敷铜布线区域。由于目前PCB板层数越多，PCB板的工艺难度越高，单价成本也就越贵。对于本领域的技术人员来讲，对于次级多圈数的PCB的布线及层数，取决于每一层布线圈数，可能产生多种不同的具体实施方式。当每一层布线圈数越多对应的层数也就越少，但每一层布线圈数越多，线圈所用面积就越大，互感器的占板体积就越大。典型的是假如工艺和成本允许，1:100的初次级匝比完全可以用一个十二层或十六层或二十四层等独立的多层PCB完成布线；而在工艺、成本、及体积等受限情况下，使用多个两层板或四层板或八层板进行额外的串联也能实现。本发明可采用十六层板一体的形式进行实施，也可采用将初次级线圈独立开来，采用多个四层板进行线圈的配合连接使用。不同的技术人员对于不同的层数的布线必然会出现些许差异，但作为本发明所要强调的技术手段，均应受到保护。因此基于完整技术的必要保护，将以多个四层板方案的同类结构的其中一个四层板作为技术手段进行代表性阐述，以便于加深对本技术实施的理解。

请参考图8，该图为本发明电流互感器的多层PCB板的内部初级线圈的layer层的第一层布线，在整个PCB绕组板来讲，初级线圈可布置于layer层的第1～2层。其中，线圈P31为初级单圈绕组，可以通过加厚P31的敷铜厚度或增加一层layer层P31并联使用来实现互感器较大的通流量。P303及P304为初级线圈的过孔焊盘，外连接到贴片焊盘362及贴片焊盘363；P301及P302为预留过孔焊盘，外连接到贴片焊盘364及贴片焊盘361。

请参考图9a-9d，为一个四层板作成的次级线圈的各层布线示意图，次级线圈的四层走线层在整个PCB绕组板来讲处于layer层的第3～6层，过孔焊盘S302与P302相连。第3层的次级线圈S31以S302为起点，围绕着中孔以内螺旋的方式顺时针走线到过孔D2到达第4层，第4层的次级线圈S32以D2为起点，围绕着中孔以外螺旋的方式顺时针走线到过孔D1到达第5层，第5层的次级线圈S33以D1为起点，围绕着中孔以内螺旋的方式顺时针走线到过孔D3到达第6层，第6层的次级线圈S34以D3为起点，绕着中孔以外螺旋的方式顺时针走线到达过孔焊盘S342。在实际工程中根据次级圈数不同可选用多个四层板，参照图9a-9d的布线方式及结构进行叠加串联使用，按照行业通用的PCB加工工艺制作形成多层PCB板的设计要求。

成品多层PCB板的内部布线与外部焊盘的连接关系在于，初级线圈P31绕组通过第1层的过孔焊盘P304、P303(或者第N层的层间焊盘S314、S324、S334、S344实现并联使用，该位置的焊盘多层之间均设置为通孔焊盘)与外部连接到贴片焊盘363及贴片焊盘362。次级线圈第3层的起线焊盘S312与焊盘P302相连作为起线端与外部焊盘361相连，次级线圈的收线端以设计圈数的最外层线圈通过系列层间过孔焊盘(或者第N层的诸如S431、S331、S321、S311)串通连接到PCB板露出于外面的外部焊盘364。

将上部磁心、下部磁心、多层PCB板组装后，形成多层PCB片式电流互感器。

请参考图10和图11，本发明的多层PCB片式电流互感器的组装制造方法，包括如下步骤：

1、将上部磁心倒置于治具上，上部磁心面板附于治具面，上部磁心的中柱及边柱朝上；这样做的目的在于，磁心面板的面积相对较大，有利于制造过程中保持稳定；

2、再将多层PCB板的顶面朝下，中孔贯穿到上部磁心的中柱，凹口对应卡放在上部磁心的两边柱，并保证侧壁沉铜的焊盘与上部磁心面板的内侧良好接触；

3、再分别在上部磁心的两边柱端面以及与多层PCB板凹口的结合处的内侧部位加注固定胶水；为了减少组装气隙和加大粘接强度，推荐选用粘度低、流动性好的热固化环氧树脂磁心胶；

4、然后再将下部磁心的中柱穿过多层PCB板的中孔与上部磁心的中柱相接触，下部磁心的的两边柱与分别于上部磁心的两边柱相接触，形成以中柱为主磁路边柱为分磁路的闭合磁路；

5、下部磁心的底柱沉降到多层PCB板的通槽中，并保持下部磁心的底柱的露出高度低于多层PCB印制板的贴片焊盘，这样有利于后续安装基板时的共面度；

6、最后将上部磁心、多层PCB板、下部磁心三者连接结构在保持不变的情况下进行固化处理，从而形成完整的多层PCB片式电流互感器。

通过本发明多层PCB片式电流互感器的组装制造方法，可制成上部磁心面板的长×宽尺寸在5.5×4.5mm以内，上部磁心的整体高度在2.5mm以内，下部磁心的长×宽尺寸在5.5*2.0mm以内，下部磁心的整体高度在2.5mm以内的微小型贴片式电流互感器，由于本发明电流互感器不需要绕线，大大降低工艺难度，并为电流互感器的加工全自动化实现提供可行便利性条件。

作为一种运用在微小功率开关电源中的体积小、成本低、结构简单的小型化片式电流互感器，本发明所涉及到的术语及图示的标注说明，仅仅是便于组件相互间连接关系或形状识别的描述，在本质上是为了便于通俗理解而进行的一般性阐述之用，而非是对本发明的限制。本领域相关技术人员在不同的制造场合以及依靠不同设备和工艺方法，能够借鉴参考并衍生出的变化，其皆不脱离本发明所述的范围。

Claims (9)

1.一种电流互感器，其特征在于：为方形结构的贴片元件，由一对磁心和PCB绕组板构成；

一对磁心，为“日”字形结构，用以形成闭合磁路，包括面板、底柱、中柱和边柱；

PCB绕组板，由PCB板裁切制成，PCB板是具有多层走线层的PCB板，PCB板的中心开设有贯穿PCB板的中孔，用以供磁心中柱插入；PCB板内有环绕中孔的绕组走线层，PCB板下表面的四个角电镀为端点位的贴片焊盘；PCB板下表面两个端点位的贴片焊盘之间设有中间位的贴片焊盘，PCB板上表面对应中间位的贴片焊盘的位置设有第一铜箔，PCB板侧壁对应中间位的贴片焊盘与第一铜箔的连通位置设有第二铜箔，第一铜箔、第二铜箔与中间位的贴片焊盘连成金属连接带；PCB板的底部开有通槽，用以供磁心底柱沉降组入；

一对磁心分别组入PCB绕组板的上部和下部，PCB绕组板的第一铜箔与上部磁心的内表面接触连接，磁心底柱沉降于PCB绕组板的通槽中，PCB绕组板的贴片焊盘凸出于磁心底面，上部磁心、PCB绕组板和下部磁心通过粘接固定成型。

2.根据权利要求1所述的电流互感器，其特征在于：所述PCB绕组板，沿中孔对称两侧的位置向外开设有凹口，凹口宽度与通槽宽度相同，用以供磁心边柱插入；上部磁心的面板与PCB绕组板的板面大小相同，上部磁心的边柱与PCB绕组板的凹口等宽；下部磁心的底柱、边柱与PCB绕组板的凹口等宽。

3.根据权利要求1或2所述的电流互感器，其特征在于：所述磁心的边柱截面积之和大于中柱截面积，磁心上面板的厚度大于边柱的厚度。

4.根据权利要求1或2所述的电流互感器，其特征在于：所述PCB绕组层的贴片焊盘，位于PCB板同一平面，用以通过精准的等厚的敷铜尺寸可保证整体的贴片共面度。

5.根据权利要求1或2所述的电流互感器，其特征在于：所述磁心的中柱和边柱的端面研磨为镜面平面。

6.根据权利要求1或2所述的电流互感器，其特征在于：所述PCB绕组层的绕组走线层，敷铜线圈以中孔为圆心，按照顺时钟方向呈螺旋式分层排布。

7.根据权利要求1或2所述的电流互感器，其特征在于：所述PCB绕组板，是具有多层走线层的PCB板，包括初级绕组的走线层和次级绕组的走线层，初级绕组的起线端连接到第一端点位的贴片焊盘，收线端连接到第二端点位的贴片焊盘；次级绕组的的起线端连接到第三端点位的贴片焊盘，收线端连接到第四端点位的贴片焊盘。

8.根据权利要求1或2所述的电流互感器，其特征在于：所述上部磁心，包括上面板、位于上面板中心位置的中柱以及与中柱同向、平行且对称排列的两个边柱，边柱宽度小于上面板宽度，中柱径向宽度小于边柱，中柱与边柱的高度等高；下部磁心，包括底柱、位于底柱中部的中柱以及与中柱同向、平行且对称排列的两边柱，上部磁心与下部磁心的中柱截面积相等且两者的边柱等宽等截面。

9.根据权利要求1或2所述的电流互感器，其特征在于：所述一对磁心，为“口”字形结构，包括面板、底柱和边柱，用以形成闭合磁路；所述PCB绕组板，为中心开设有贯穿PCB板的中孔的多层走线层的PCB板，以供磁心一边柱插入；并沿中孔一侧的位置向外开设有凹口，凹口宽度与通槽宽度相同，用以供磁心另一边柱插入。

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