CN205862919U - 脉冲变压器 - Google Patents

Abstract

一种脉冲变压器，包括：至少一个第一磁芯结构，及具有至少一层布线层的印制电路板，所述印制电路板上开设有至少一组第一通孔，每组所述第一通孔为两个，所述第一磁芯结构穿过两个所述第一通孔形成闭合磁路，所述第一通孔周围的布线层上印制有绕组线圈，所述印制电路板上还设置有与所述绕组线圈的端头连接的电极，所述第一磁芯结构为多个时则并排设置。用印制电路板的各层印制电路走线替代传统的绕线，解决自动卷线工艺导致破坏漆包线，良品率低的问题。

Description

脉冲变压器

技术领域

本实用新型涉及变压器，特别是涉及一种脉冲变压器。

背景技术

近年来，对输入侧的差分信号和输出侧的差分信号实施绝缘作用的脉冲变压器被广泛使用于连接器等电路元件。传统的脉冲变压器，为了达到较高的磁耦合效果，减小漏磁，从而提高通信带宽的目的，通常采用磁环作为磁芯本体，磁环结构可以实现较高的信号带宽，但磁环结构属于闭合结构，其本身不利于实现自动化的绕线工艺，特别是对于磁环内孔较小的磁芯。目前业界大量采用人工手工穿线，不仅生产效率低下，而且产品质量参差不齐，产品电气特性也偏差很大。此种方式不仅造成人力资源的极大浪费，而且由于特性的不稳定，对客户端的应用也会造成一定的困扰。

当前，有企业已对自动卷线工艺制造脉冲变压器进行研究工作：将至少两个绕组缠绕在其中一个磁芯本体上，绕线的始末端分别与磁芯上的相应电极相连接，最后再将两个磁芯相连接，使二者形成一闭合磁路。虽然这种自动卷线工艺能够解决产品的全自动化设计，用以缓解日益增长的人工成本。但是在实际研发生产中发现，此工艺对于磁芯表面的平滑度非常敏感(破坏漆包线)，对漆包线的要求非常之高(既要非常细又要有较高的抗拉强度而且要有非常高的耐压等级)，对生产设备的精度要求非常之高，以上这些因素使得产品良率非常之低以及成本居高不下。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种脉冲变压器，旨在解决现有的脉冲变压器的产品良率低，成本高的问题。

本实用新型提供了一种脉冲变压器，包括：至少一个第一磁芯结构，及具有至少一层布线层的印制电路板，所述印制电路板上开设有至少一组第一通孔，每组所述第一通孔为两个，所述第一磁芯结构穿过两个所述第一通孔形成闭合磁路，所述第一通孔周围的布线层上印制有绕组线圈，所述印制电路板上还设置有与所述绕组线圈的端头连接的电极，所述第一磁芯结构为多个时则并排设置。

优选地，每个所述第一磁芯结构包括第一磁芯本体和第二磁芯本体，所述第一磁芯本体的两端分别穿过两个所述第一通孔后分别与所述第二磁芯本体的两端固定连接。

优选地，还包括第二磁芯结构，所述第二磁芯结构的数量与所述第一磁芯结构的数量相同，所述印制电路板还开设有第二通孔，所述第二通孔的数量与所述第一通孔的数量相同；

所述第二磁芯结构包括第三磁芯本体和第四磁芯本体，所述第三磁芯本体两端分别穿过两个所述第二通孔后分别与所述第四磁芯本体两端固定连接，所述第二磁芯结构与所述第一磁芯结构一一对应相对设置。

优选地，两个所述第一通孔的中心连线和两个所述第二通孔的中心连线相互垂直。

优选地，所述第一磁芯本体及第三磁芯本体为“C”型结构或“U”型结构，所述第二磁芯本体及第四磁芯本体为“C”型结构、“U”型结构或“I”型结构。

优选地，还包括第三磁芯结构，所述印制电路板还开设有至少一个第三通孔，所述第三通孔的数量、第三磁芯结构的数量与所述第一磁芯结构的数量相同；

每个所述第三磁芯结构包括第五磁芯本体和第六磁芯本体，所述第五磁芯本体的一端穿过所述第三通孔后与所述第六磁芯本体的一端固定连接，所述第五磁芯本体的另一端外露于所述印制电路板与所述第六磁芯本体的另一端固定连接，所述第三磁芯结构与所述第一磁芯结构一一对应相对设置。

优选地，所述第三通孔的中心和两个所述第一通孔的中心位于同一直线上。

优选地，所述第五磁芯本体为“C”型结构或“U”型结构，所述第六磁芯本体为“C”型结构、“U”型结构或“I”型结构。

优选地，所述电极设置于所述印制电路板的顶层外表面和底层外表面。

优选地，所述绕组线圈的端头设置于所述印刷电路板的对角线方位上。

上述的脉冲变压器用印制电路板的各层印制电路走线替代传统的绕线，解决自动卷线工艺导致破坏漆包线良品率低的问题；初次级绕组间采用绝缘强度甚高的PCB介质层进行隔离，解决了生产过程中存在的耐压不良的问题。由于采用PCB走线代替传统的绕线，初次级绕组之间的寄生电容大大减弱，下降了约一个数量级，可以大幅提高产品的电气性能。由于生产工艺步骤少，工艺要求低，品质良率得到极大的提高，生产成本有望大幅下降。

附图说明

图1为本实用新型第一实施例中脉冲变压器的结构示意图；

图2A、2B、2C分别为本实用新型实施例中磁芯结构的三种不同实施方式的结构示意图。

图3A、3B、3C、3D分别为本实用新型实施例中电极的四种不同实施方式的结构示意图。

图4为本实用新型实施例中绕组线圈的结构示意图；

图5为本实用新型实施例中通孔的结构示意图；

图6为本实用新型第二实施例中脉冲变压器的结构示意图；

图7为本实用新型第三实施例中脉冲变压器的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例一：

请参阅图1和图2A，本实用新型较佳实施例中脉冲变压器可以是由一对磁芯构成的脉冲变压器单元，也可以是由多对完全一样或者类似的脉冲变压器单元构成的集成脉冲变压器。故，脉冲变压器包括至少一个第一磁芯结构10及具有至少一层布线层的印制电路板20，所述印制电路板20上开设有至少一组第一通孔，每组所述第一通孔为两个，所述第一磁芯结构10穿过两个所述第一通孔21形成闭合磁路，所述第一通孔21周围的布线层上印制有绕组线圈(参见图4)，所述印制电路板20上还设置有与所述绕组线圈的端头连接的电极(参见图3A-3D)，所述第一磁芯结构10为多个时则并排设置。

本实施例中，请参阅图2A每个所述第一磁芯结构10包括第一磁芯本体11和第二磁芯本体12，所述第一磁芯本体11的两端分别穿过两个所述第一通孔21后分别与所述第二磁芯本体12固定的两端连接。

本实施例中，采用印制电路板20的印制电路走线的方式代替传统脉冲变压器的漆包线：利用高耐压绝缘材料的印制电路板20的介质作为传统走线的“漆薄膜”远远满足常规的耐压要求，通过合理的设计耐压能力能达到传统变压器的2～5倍。

磁芯为二合一分立式磁芯(通常为CC型、UU型、UI型、CI型或者他们的变形，如图2A-2C所示)其中，图2A为UI型或CI型，图2B为CC型或UU型，图2C为UI型或CI型。采用自动插件机(或自动贴片机)等自动化设备将两部分磁芯当作普通独立的元器件依次插入印制电路板20的通孔中(磁芯与PCB需要通过点胶固定，磁芯与磁芯之间也需通过胶固定)，印制电路板20的通孔要求为圆形通孔或者四个直角已经圆弧化处理的类似矩形通孔。

磁芯的材料为高频铁氧体材料(锰锌铁氧体或者镍锌铁氧体材料)用以降低损耗，其中优选镍锌铁氧体材料提高抗电强度性能和高频性能；磁芯插入通孔部分的形状与通孔形状尽可能一致，尺寸略小于印制电路板20的通孔尺寸(优选0.2～0.4mm)，以满足机器全自动装配的要求。

印制电路板20的厚度要略小于磁芯装配的闭合磁路的高度(优选0.2～0.4mm)，以保证第一磁芯本体11和第二磁芯本体12能紧密结合在一起；印制电路板20的PCB层数要求为4层或者4层以上，不同层之间的走线尽可能的通过盲埋孔进行连接，用以节约印制电路板20的走线空间以及减少走线抽头造成的EMI干扰；印制电路板20的表面绿油适当加厚处理并采用白油覆盖，进一步降低走线与磁芯的耦合以及提高走线与磁芯的抗电强度；印制电路板20的一对或多对通孔，通孔尽量居中开设。

请参阅图3A至图3D，所述电极设置于所述印制电路板20的顶层外表面和底层外表面。印制电路板20上的电极(相当于传统变压器的引脚)作为绕组线圈的引出端子，定义初级绕组线圈的引出端子为初级电极，次级绕组线圈的引出端子为次级电极。电极形状可以均是贴片焊盘形式，也可以均是插件过孔形式，也可以部分贴片焊盘部分插件过孔形式，根据实际需要进行设计；全贴片焊盘电极位置的设计优选将初、次级电极焊盘分别放置在印制电路板20的正反面(即top层和bottom层)的同一侧，用于节约印制电路板20的面积，减小产品尺寸，降低产品成本。

对于初、次级电极焊盘分别放置在印制电路板20的正反面的同一侧的电极设计，要求任意初级电极焊盘到次级电极焊盘的爬电距离和电气间隙至少1mm以上；对于初、次级电极焊盘分别放置在印制电路板20的正反面的同一侧的电极设计，在保证电极焊盘尺寸合理的前提下，优选将初、次级电极焊盘相对面积尽可能减小(即错开放置)，用以减小初次级之间的耦合电容，提高产品电气性能(如图3A或图3B所示，优选图3A设计，P1～P3电极在印制电路板20的一面，P4～P6(虚线)电极在印制电路板20的另一面)。

另外，如图3C所示，初、次级电极P1～P6也可以是在印制电路板20同一面分列在不相邻两侧的贴片焊盘形状设计的引出端；如图3D所示，初、次级电极P1～P6也可以是在印制电路板20分列在不相邻两侧的插件过孔形状设计的引出端；初、次级电极也可以是分别放置在印制电路板20正反面同一侧正对位置的贴片焊盘形状设计的引出端。

PCB平面线圈(绕组线圈)能够代替传统变压器中的绕线，在该PCB平面线圈的通孔中使用自动插件机或者自动贴片机等自动化设备装配各种组合的磁芯(通常为UI型、UU型、CI型、CC型或者他们的变形)，即可生产出具有高品质稳定性、性能参数优异、成本较低的全新变压器。

该平面线圈的导体绘制在一个层数为2*N层的PCB板上(其中N为大于1的整数)，该PCB板上包括两个通孔(NPTH)，如图4所示，B部分位于第一通孔21外侧，(C部分为禁止走线区域，D部分为PCB平面线圈走线的导体部分，A1～A4为每一层走线的两端)，PCB上通孔的形状要求为圆型或者“矩形中四个直角进行圆弧处理或者折线处理”的类圆形或者类矩形，参见图5，优选前两种形状的通孔，一对通孔中的两个通孔形状可以不一致。PCB板上通孔的作用是在后续的磁芯和PCB装配过程中依次放置磁芯的第一磁芯本体11和第二磁芯本体12形成闭合磁路形成电感或变压器，第一磁芯本体11和第二磁芯本体12的组合可以是UI型、UU型、CI型、CC型或者他们的变形。

该平面线圈包括第一平面线圈绕组和第二平面线圈绕组两个相互绝缘但是走线形状、长度完全一致的绕组，两个绕组之间要求满足一定的耐压强度。每个平面线圈绕组都有四个引出铜皮端子，定义第一平面线圈绕组的四个引出端子为PP1、PP2、PP3、PP4，第二平面线圈绕组的四个引出端子为PS1、PS2、PS3、PS4。第一平面线圈绕组要求在第2～N层进行走线，PP1～PP4要求分布在第1层，第二平面线圈绕组要求在第(N+1)～(2*N-1)层进行走线，PS1～PS4要求分布在第2*N层。

要求第一平面线圈绕组的设计如下：将PP3和PP4分别放置在两个通孔的右下角如图4中A2、A4下面一点点的正上方top层位置；在PP3、PP4的top层位置分别打盲孔到第N层的A2、A4下面一点点的位置，在第N层上走线分别连接到A2、A4，从A2、A4出发分别沿着就近的两个通孔沿同一个方向由外向内逐渐靠近通孔走线，走X圈后分别到达A1、A3，在第N层的走线如图4的D部分所示；分别在A1、A3的位置上打盲埋孔到N-1层，沿着就近的两个通孔沿同一个方向由内向外逐渐远离通孔走线，走X圈后分别到达A2、A4的正上方位置；第N～2层的走线形状、宽度、厚度完全一致；若最终第二层的的走线方式为由内而外逐渐远离通孔走线，那么PP1、PP2分别放置在A2、A4正上方位置，通过打盲孔的方式与平面线圈相连，反之则在A1、A3正上方位置，通过打盲孔的方式与平面线圈相连。

要求第二平面线圈绕组的设计如下：将PS3和PS4分别放置在两个通孔的右下角(或左下角或左上角或右上角)如图4中A2、A4下面一点点的正下方bottom层位置；在PS3、PS4的bottom层位置分别打盲孔到第N+1层的A2、A4下面一点点的位置，在第N+1层上走线分别连接到A2、A4，从A2、A4出发分别沿着就近的两个通孔沿同一个方向由外向内逐渐靠近通孔走线，走X圈后分别到达A1、A3，在第N+1层的走线如图4的D部分所示；分别在A1、A3的位置上打盲埋孔到N+2层，沿着就近的两个通孔沿同一个方向由内向外逐渐远离通孔走线，走X圈后分别到达A2、A4的正上方位置；第N+1～2*N-1层的走线形状、宽度、厚度完全一致；若最终第2*N-1层的的走线方式为由内而外逐渐远离通孔走线，那么PS1、PS2分别放置在A2、A4正下方位置，通过打盲孔的方式与平面线圈相连，反之则在A1、A3正下方位置，通过打盲孔的方式与平面线圈相连。绕组线圈的端头设置于所述印刷电路板的对角线方位上。放置盲埋孔的位置不仅可以放置在通孔的右下角也可以放置在左下角或左上角或右上角的位置，相应的走线进行90度或180度的旋转即可。

实施例二：

请参阅图6，脉冲变压器还包括第二磁芯结构50，所述第二磁芯结构50的数量与所述第一磁芯结构10的数量相同，所述印制电路板20还开设有第二通孔22，所述第二通孔22的数量与所述第一通孔21的数量相同；

所述第二磁芯结构50包括第三磁芯本体和第四磁芯本体，所述第三磁芯本体两端分别穿过两个所述第二通孔22后分别与所述第四磁芯本体两端固定连接形成闭合磁路，所述第二磁芯结构50与所述第一磁芯结构10一一对应相对设置。

优选地，两个所述第一通孔21的中心连线和两个所述第二通孔22的中心连线相互垂直。

实施例三：

请参阅图7，脉冲变压器还包括第三磁芯结构60，所述印制电路板20还开设有至少一个第三通孔23，所述第三通孔23的数量、第三磁芯结构60的数量与所述第一磁芯结构10的数量相同；

每个所述第三磁芯结构60包括第五磁芯本体和第六磁芯本体，所述第五磁芯本体的一端穿过所述第三通孔23后与所述第六磁芯本体的一端固定连接，所述第五磁芯本体的另一端外露于所述印制电路板20与所述第六磁芯本体的另一端固定连接形成闭合磁路，所述第三磁芯结构60与所述第一磁芯结构10一一对应相对设置。

优选地，所述第三通孔23的中心和两个所述第一通孔21的中心位于同一直线上。

请参阅图2A、2B、2C，第一磁芯本体11、第三磁芯本体31及第五磁芯本体41为“C”型结构或“U”型结构，所述第二磁芯本体12、第四磁芯本体32及第六磁芯本体42为“C”型结构、“U”型结构或“I”型结构。

在上述实施例二和实施例三中，第二磁芯结构30、第三磁芯结构60及其通孔、绕组线圈的设置方式同实施例一种的第一磁芯结构10，这里不再赘述。

上述的脉冲变压器用印制电路板的各层印制电路走线替代传统的绕线，解决自动卷线工艺导致破坏漆包线良品率低的问题；初次级绕组间采用绝缘强度甚高的PCB介质层进行隔离，永久的解决了生产过程中存在的耐压不良的问题。由于采用PCB走线代替传统的绕线，初次级绕组之间的寄生电容大大减弱，下降了约一个数量级，可以大幅提高产品的电气性能。由于生产工艺步骤少，工艺要求低，品质良率得到极大的提高，生产成本有望大幅下降。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种脉冲变压器，其特征在于，包括：至少一个第一磁芯结构，及具有至少一层布线层的印制电路板，所述印制电路板上开设有至少一组第一通孔，每组所述第一通孔为两个，所述第一磁芯结构穿过两个所述第一通孔形成闭合磁路，所述第一通孔周围的布线层上印制有绕组线圈，所述印制电路板上还设置有与所述绕组线圈的端头连接的电极，所述第一磁芯结构为多个时则并排设置。

2.如权利要求1所述的脉冲变压器，其特征在于，每个所述第一磁芯结构包括第一磁芯本体和第二磁芯本体，所述第一磁芯本体的两端分别穿过两个所述第一通孔后分别与所述第二磁芯本体的两端固定连接。

3.如权利要求2所述的脉冲变压器，其特征在于，还包括第二磁芯结构，所述第二磁芯结构的数量与所述第一磁芯结构的数量相同，所述印制电路板还开设有第二通孔，所述第二通孔的数量与所述第一通孔的数量相同；

所述第二磁芯结构包括第三磁芯本体和第四磁芯本体，所述第三磁芯本体两端分别穿过两个所述第二通孔后分别与所述第四磁芯本体两端固定连接，所述第二磁芯结构与所述第一磁芯结构一一对应相对设置。

4.如权利要求3所述的脉冲变压器，其特征在于，两个所述第一通孔的中心连线和两个所述第二通孔的中心连线相互垂直。

5.如权利要求3所述的脉冲变压器，其特征在于，所述第一磁芯本体及第三磁芯本体为“C”型结构或“U”型结构，所述第二磁芯本体及第四磁芯本体为“C”型结构、“U”型结构或“I”型结构。

6.如权利要求2所述的脉冲变压器，其特征在于，还包括第三磁芯结构，所述印制电路板还开设有至少一个第三通孔，所述第三通孔的数量、第三磁芯结构的数量与所述第一磁芯结构的数量相同；

每个所述第三磁芯结构包括第五磁芯本体和第六磁芯本体，所述第五磁芯本体的一端穿过所述第三通孔后与所述第六磁芯本体的一端固定连接，所述第五磁芯本体的另一端外露于所述印制电路板与所述第六磁芯本体的另一端固定 连接，所述第三磁芯结构与所述第一磁芯结构一一对应相对设置。

7.如权利要求6所述的脉冲变压器，其特征在于，所述第三通孔的中心和两个所述第一通孔的中心位于同一直线上。

8.如权利要求6所述的脉冲变压器，其特征在于，所述第五磁芯本体为“C”型结构或“U”型结构，所述第六磁芯本体为“C”型结构、“U”型结构或“I”型结构。

9.如权利要求1所述的脉冲变压器，其特征在于，所述电极设置于所述印制电路板的顶层外表面和底层外表面。