CN201084533Y - 一种大功率平面变压器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及变压器，特别涉及一种大功率平面变压器，包括磁芯和原、副方绕组，所述原、副方绕组包括印刷电路板上的印制线；所述原、副方绕组包括存在于至少两块印刷电路板上的印制线。本实用新型采用多块PCB形成变压器原副方绕组，可根据需要将绕组串联/并联，不仅可以降低PCB成本，还可以大大提高变压器的通流能力，从而使这种变压器能够用于大功率场合；PCB自身的强度足以支撑磁芯的重量，因而不需要额外的骨架，使得变压器结构与工艺简单，加工方便；采用立柱架高变压器的安装方式，使得变压器下还可以放置其它电路元器件，可充分利用变压器下方的空间，缩小了变换器的整体空间。
Description
技术领域
本实用新型涉及变压器，特别涉及一种大功率平面变压器。
背景技术
随着对开关电源功率密度的要求越来越高，对作为开关电源体积与重量瓶颈之一的变压器的要求也必然越来越高。采用平面变压器代替传统骨架式变压器是当前开关电源重要的发展趋势之一。
现有的平面变压器(尤其是大电流、高功率场合)，大多以铜皮作为原/副边绕组，将多个这种绕组堆叠在一起，然后与磁芯一起组成变压器。这种结构的平面变压器，往往存在如下问题：①安规要求的绝缘距离较难实现，尤其是AC/DC变换器中安规要求的加强绝缘，实现起来比较复杂，往往需要特殊的骨架才能达到目的；②由于是多层叠加，结构工艺复杂，加工生产难度大。
目前也有采用PCB作为绕组的平面变压器，但都是用于小功率场合的情况，比如二次电源DC/DC变换器。此时，作为变压器绕组的PCB，通常是变换器主板的一部分，具体做法是：在主板PCB的适当位置形成变压器原副方绕组，并开有对应于磁芯柱的孔，扣上磁芯后即形成变压器。这种结构的优点是结构紧凑，变压器高度很低，对变换器整体高度影响很小。但由于变压器绕组本身即是主板PCB的一部分，因此必然受到PCB层数及铜厚的限制，而无法通过大的电流，所以只能用于小功率场合。
针对这一问题，一项欧洲专利(专利号：97197246.X)提出了一种新的PCB平面变压器，它将作为绕组的PCB从主板PCB中独立出来，即用一块新的PCB形成变压器原副方绕组，然后在主板PCB的对应位置开孔用于安装该平面变压器。采用这种设计的平面变压器，虽在一定程度上提高了变压器的通流能力(传输功率)，但依然存在如下缺点：(1)用一块独立的PCB形成变压器原副方绕组，虽然PCB的铜厚及层数可以灵活设计，但碍于加工技术及成本的限制，其铜厚及层数不可能取的太大，从而限制了变压器通流能力的进一步提高，还是无法用于大功率场合；(2)由于变压器PCB是直接叠放在主板PCB上进行安装的，导致主板PCB上相应位置无法放置其他元器件而形成浪费。尤其是当变换器功率较大，变压器磁芯及绕组PCB尺寸较大时，其占用主板PCB空间更大，使得变换器总体功率密度受到影响。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种大功率平面变压器，以多块PCB上的印制线作为原方和/或副方绕组，可应用于大功率场合。
本实用新型的技术方案是：一种大功率平面变压器，包括磁芯和原、副方绕组，所述原、副方绕组包括印刷电路板上的印制线；所述原、副方绕组包括存在于至少两块印刷电路板上的印制线。
作为一种实施方式，部分原方或副方绕组采用缠绕在环形绝缘板上的三层绝缘线，其余原、副方绕组采用存在于至少两块印刷电路板上的印制线。
作为一种实施方式，部分原方或副方绕组采用片状铜皮线圈，其余原、副方绕组采用存在于至少两块印刷电路板上的印制线。
作为优选，所述印刷电路板为多层印刷电路板。
作为优选，所述多层印刷电路板中的部分层的印制线属于原方和副方绕组中的一种时，其它层的印制线属于另一种绕组。
作为优选，本发明大功率平面变压器还包括至少四根变压器管脚，所述印刷电路板开有与所述管脚相对应的插孔。
作为优选，所述部分或全部插孔位于印刷电路板上对应于所述印制线进、出线端的位置；所述变压器管脚插入所述插孔，与所述印制线电连接。
作为优选，所述磁芯采用E形磁芯，所述印刷电路板上开有与所述E形磁芯突起柱相对应的孔；所述E形磁芯通过上述孔形成一条磁路，将分别属于原方和副方绕组的印制线耦合起来。
本实用新型的有益效果在于：①采用多块PCB形成变压器原副方绕组，可根据需要将绕组串联/并联，不仅可以降低PCB成本，还可以大大提高变压器的通流能力，从而使这种变压器能够用于大功率场合(2000W以上)；②采用PCB形成变压器原副方绕组，很容易实现安规对原副方绕组间的加强绝缘要求；③PCB自身的强度足以支撑磁芯的重量，因而不需要额外的骨架，使得变压器结构与工艺简单，加工方便；④采用立柱架高变压器的安装方式，使得变压器下还可以放置其它电路元器件，可充分利用变压器下方的空间，缩小了变换器的整体空间。
附图说明
图1是本实用新型较佳实施例中大功率平面变压器的立体图；
图2是图1所示变压器的分解示意图；
图3是图1所示变压器的主视图；
图4时图1所示变压器的俯视图；
图5是图1所示变压器的右视图；
图6是图1所示变压器中第一片PCB中每层印制线的示意图；
图7是图1所示变压器中第二片PCB中每层印制线的示意图；
图8是图1所示变压器中第三片PCB中每层印制线的示意图。
具体实施方式
下面根据附图和具体实施例对本实用新型作进一步阐述。
如图1到图5所示，本实用新型较佳实施例中，一种大功率平面变压器包括E形磁芯1、两块以上(本实施例中采用三块)带有作为变压器原边和副边绕组的印制线的印刷电路板2(PCB)和至少四根(本实施例中采用九根)变压器管脚3。
其中，磁芯1选用EI磁芯，它的特点是高度矮，表面积大，散热效果好。每块PCB均为多层PCB，且每块PCB中均含有原副方绕组(即印制线)。在本较佳实施例中，如图6到图8所示，每块PCB均为四层，其中表层(A)和底层(D)设计为原方绕组，内层为副方绕组(根据实际需要，原、副方绕组可以互换)，三块PCB的原方绕组串联而形成整个变压器的原方绕组，每块PCB的第二层(B)并联成为一个副方绕组，每块PCB的第三层(C)并联形成另一个副方绕组。因此每个副方绕组均由三层PCB并联而成，而且每层只有一匝，因此副方绕组的导体截面积可以做的较大，能够通过很大的电流。
变压器管脚3采用纯铜材料，这里不仅要考虑它的通流能力，还要考虑其机械强度。其高度与形状可根据需要适当调节，以支起变压器并且可以在变压器下方放置一定器件即可。每块PCB的中间都有与E形磁芯1的突起柱相对应的孔，两边对应各印制线的进线、出线端的位置开有与上述变压器管脚3相配合的插口。这样，变压器管脚3既可以作为整个变压器的支撑脚，又可以作为绕组的进出线端。
本实用新型较佳实施例中，有五根变压器管脚3采用“中”字形，且上端的窄部较长，以保证能穿过对应位置上的所有插孔，然后将变压器拐角与对应插孔焊接起来，再将变压器管脚3下端的窄部插入安装面板的插孔中并焊接起来，可保证整个平面变压器的稳定性和牢固性。另外四根变压器管脚3为圆柱形，用于串联位于不同层的原方绕组。变压器管脚3中部较宽的部分的高度可由下方放置的器件的高度决定。这样，本实用新型平面变压器是通过变压器管脚3与主板PCB连接的，在主板PCB上除了立柱的焊盘外，其余空间几乎不受影响，这对于减小主板PCB尺寸，缩小变换器/电源整体空间，从而提高变换器功率密度很有好处。
用PCB形成变压器的原副方绕组，可以很容易地实现变压器原副方之间的加强绝缘。如上所述，每块PCB的表层和底层都是原方，将磁芯1也设计为原方，则它们相互之间只需满足功能绝缘即可；每块PCB表层、底层与内层之间的加强绝缘通过设定PCB层间介质的厚度即可实现；每块PCB表层与底层上还同时有原方绕组和副方焊盘，因此它们之间也必须满足加强绝缘，这通过设定原方绕组与副方焊盘间的距离即可满足加强绝缘要求的爬电距离。
本实用新型的其它实施例中，可根据实际情况，选择采用两层或三层或四层以上的多层PCB板作为变压器原、副边绕组。亦根据实际情况，可选取不同层上的印制线作为原边或副边绕组。本实用新型其它实施例中，可在多层PCB板的一层上设置多条印制线。
本实用新型的其它实施例中，当变压器管脚3采用“中”字形时，其下端的窄部可相对主体弯折90度，然后将弯折的部分焊接在安装平面上。本实用新型的其它实施例中，还可采用圆柱形等其它形状的变压器管脚3。本实用新型的其它实施例中，还可采用其它导电材料制作变压器管脚3。本实用新型的其它实施例中，变压器管脚3中可只有几个作为原、副边绕组的进、出线端，其余管脚中不通过电流，也可不必再采用导电材料制成。本实用新型的其它实施例中，也可以不采用变压器管脚3，直接将本实用新型大功率平面变压器固定在主板PCB(即安装平面)上。
本实用新型的其它实施例中，部分或全部原方绕组(或副方绕组)可由缠绕在环形绝缘板上的绝缘线绕制而成，而其余原方绕组(或副方绕组)和副方绕组(或原方绕组)可采用PCB上的印制线。
本实用新型的其它实施例中，部分或全部原方绕组(或副方绕组)可采用片状铜皮线圈，而其余原方绕组(或副方绕组)和副方绕组(或原方绕组)可采用PCB上的印制线。
Claims (8)
1.一种大功率平面变压器，包括磁芯和原、副方绕组，所述原、副方绕组包括印刷电路板上的印制线；其特征在于：
所述原、副方绕组包括存在于至少两块印刷电路板上的印制线。
2.根据权利要求1所述的大功率平面变压器，其特征在于：部分原方或副方绕组采用缠绕在环形绝缘板上的三层绝缘线，其余原、副方绕组采用存在于至少两块印刷电路板上的印制线。
3.根据权利要求1所述的大功率平面变压器，其特征在于：部分原方或副方绕组采用片状铜皮线圈，其余原、副方绕组采用存在于至少两块印刷电路板上的印制线。
4.根据权利要求1所述的大功率平面变压器，其特征在于：所述印刷电路板为多层印刷电路板。
5.根据权利要求4所述的大功率平面变压器，其特征在于：所述多层印刷电路板中的部分层的印制线属于原方和副方绕组中的一种时，其它层的印制线属于另一种绕组。
6.根据权利要求5所述的大功率平面变压器，其特征在于：还包括至少四根变压器管脚，所述印刷电路板开有与所述管脚相对应的插孔。
7.根据权利要求6所述的大功率平面变压器，其特征在于：所述部分或全部插孔位于印刷电路板上对应于所述印制线进、出线端的位置；所述变压器管脚插入所述插孔，与所述印制线电连接。
8.根据权利要求1至7项中任一项所述的大功率平面变压器，其特征在于：所述磁芯采用E形磁芯，所述印刷电路板上开有与所述E形磁芯突起柱相对应的孔；所述E形磁芯通过上述孔形成一条磁路，将分别属于原方和副方绕组的印制线耦合起来。
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| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
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