CN211699961U - 绕组组件及磁性元件 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开一种绕组组件和磁性元件。该绕组组件包括PCB板和设置在PCB中的一第一绕组，所述第一绕组包括环绕所述PCB板上一中心孔卷绕形成的两层线圈；其中，两层线圈中的第一层线圈远离中心孔的一端和第二层线圈远离中心孔的一端连接，第一层线圈靠近中心孔的一端和第二层线圈靠近中心孔的一端分别作为第一绕组的起始端和结束端。该磁性元件包括绕组组件和磁芯，绕组组件套设在磁芯的磁柱上。该绕组组件和磁性元件能够降低寄生电容，提高变换效率。

Description

绕组组件及磁性元件
技术领域
本实用新型涉及电力电子技术领域，具体而言，涉及一种绕组组件及磁性元件。
背景技术
小型化以及高功率密度已成为开关电源的发展趋势。其中，开关电源中的磁性元件，例如电感或者变压器，是开关电源设计的核心。为了满足小型化要求，开关电源向高频化发展，而变压器的寄生参数对开关电源效率的影响也越来越大，由此限制了开关电源对高效率的追求。为了适应开关电源的发展，平面变压器得到越来越广泛的应用。开关频率越高，变压器的体积越小，平面变压器相对传统变压器而言在体积和灵活性上具有明显优势。但是现有的平面变压器中线圈之间产生的寄生电容较大，从而影响开关电源的效率以及高功率密度的提高。
在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本实用新型的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
实用新型内容
本实用新型提供一种绕组组件及磁性元件，能够降低绕组组件的寄生电容。
本实用新型的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本实用新型的实践而习得。
根据本实用新型的一方面，提供一种绕组组件，包括PCB板和设置在PCB板中的第一绕组，第一绕组包括环绕PCB板上一中心孔卷绕形成的两层线圈；其中，两层线圈中的第一层线圈远离中心孔的一端和第二层线圈远离中心孔的一端连接，第一层线圈靠近中心孔的一端和第二层线圈靠近中心孔的一端分别作为第一绕组的起始端和结束端。
根据本实用新型的一实施方式，第一层线圈远离中心孔的一端和第二层线圈远离中心孔的一端通过过孔连接。
根据本实用新型的一实施方式，第一层线圈靠近中心孔的一端和第二层线圈靠近中心孔的一端与外部电路或者器件连接。
根据本实用新型的一实施方式，第一层线圈和第二层线圈由一绕线绕制形成。
根据本实用新型的一实施方式，PCB板内还设置有第二绕组，第二绕组包括至少一层线圈，第一绕组与第二绕组之间绝缘。
根据本实用新型的一实施方式，第二绕组包括两层线圈，第二绕组的两层线圈分别位于PCB板的第一层和最后一层，第一绕组中的两层线圈位于PCB板的中间层。
根据本实用新型的一实施方式，第二绕组中的两层线圈之间通过过孔连接。
根据本实用新型的另一方面，提供一种磁性元件，包括绕组组件和磁芯，绕组组件套设在磁芯的磁柱上；绕组组件，包括PCB板和设置在PCB板中的第一绕组，第一绕组包括环绕PCB板上一中心孔卷绕形成的两层线圈；其中，两层线圈中的第一层线圈远离中心孔的一端和第二层线圈远离中心孔的一端连接，第一层线圈靠近中心孔的一端和第二层线圈靠近中心孔的一端分别作为第一绕组的起始端和结束端。
根据本实用新型的一实施方式，还包括PCB板内还设置有第二绕组，第二绕组包括至少一层线圈，第一绕组与第二绕组之间绝缘。
根据本实用新型的一实施方式，磁性元件为变压器，第一绕组为变压器的原边绕组，第二绕组为变压器的副边绕组；或者第一绕组为变压器的副边绕组，第二绕组为变压器的原边绕组。
根据本实用新型的一实施方式，原边绕组上设置连接有原边开关，副边绕组上设置连接有副边开关。
在本实用新型的实施例中，两层线圈中的第一层线圈远离中心孔的一端和第二层线圈远离中心孔的一端连接，第一层线圈靠近中心孔的一端和第二层线圈靠近中心孔的一端分别作为该绕组组件的起始端和结束端，这种卷绕方式可以降低绕组组件的寄生电容。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本实用新型。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施例，本实用新型的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。
图1是根据一示例性实施方式示出的一种绕组组件的结构示意图。
图2是根据一示例性实施方式示出的一种线圈的绕制示意图。
图3是根据一示例性实施方式示出的另一种绕组组件的结构示意图。
图4是根据一示例性实施方式示出的另一种绕组组件的截面示意图。
图5是根据一示例性实施方式示出的一种磁性元件的爆炸图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本实用新型将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。附图仅为本实用新型的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本实用新型的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本实用新型的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现或者操作以避免喧宾夺主而使得本实用新型的各方面变得模糊。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
图1是根据一示例性实施方式示出的一种绕组组件的结构示意图。
图2是根据一示例性实施方式示出的一种线圈的绕制示意图。
如图1及图2所示，绕组组件10包括PCB板(printed circuit board)101和设置在PCB板中的第一绕组，第一绕组包括环绕PCB板101上的中心孔103卷绕形成的两层线圈102；其中，两层线圈102中的第一层线圈中远离中心孔103的一端和第二层线圈远离所在中心孔103的一端连接，第一层线圈靠近中心孔103的一端和第二层线圈靠近中心孔103的一端分别作为该绕组组件10的起始端和结束端。
在图1及图2所示的绕组组件10中，两层线圈102以每层五匝为例，本实用新型不以此为限。如图1及图2所示，本实用新型1代表第1匝线圈，2代表第2匝线圈，以此类推。1～10这十匝线圈环绕中心孔103，1～5这五匝线圈为第一层线圈，6～10这五匝线圈为第二层线圈，例如第一层线圈从靠近中心孔103一侧向远离中心孔103一侧卷绕形成，即按照线圈1～5的顺序卷绕形成；第二层线圈从远离中心孔一侧向靠近中心孔103一侧卷绕形成，即按照线圈6～10的顺序卷绕形成；第一层线圈中远离中心孔103的一端和第二层线圈远离所在中心孔103的一端连接，即线圈5和线圈6相连。
在一些实施例中，第一层线圈远离中心孔的一端和第二层线圈远离中心孔的一端通过过孔连接，即线圈5和线圈6通过PCB板中的过孔连接。其中，过孔可以有1个，也可以有多个，本实用新型对此不做限制。
在一些实施例中，第一层线圈和第二层线圈之间的PCB材料可以起到绝缘的作用。在另一些实施例中，可以在第一层线圈和第二层线圈之间另外设置绝缘层，本实用新型不以此为限。
在一些实施例中，第一层线圈和第二层线圈可以由一绕线绕制形成，并且绕线的起始端和结束端均位于靠近中心孔的一侧。例如仍以图1及图2所示的10匝线圈的绕组组件为例，线圈1为绕线的起始端，线圈10为绕线的结束端，线圈1和线圈10均位于靠近中心孔103的一侧。两层线圈是由一根绕线绕制形成，即可以认为一绕线位于PCB第一层并且从靠近中心孔103侧(线圈1)向远离中心孔103侧绕制后穿到PCB第二层上，再从远离中心孔103侧向靠近中心孔103侧绕制(线圈10)，绕制完成的线圈如图2所示。第一层线圈和第二层线圈之间的PCB可以起到绝缘的作用。其中，线圈1和线圈10之间的电压较大，线圈5和线圈6之间的电压较小。
具体的，PCB板中绕组组件的寄生电容可以通过以下公式确定：
Figure BDA0002480039450000051
其中，Cp为PCB板中两层线圈之间整体的寄生电容，
Figure BDA0002480039450000052
为相对线圈之间的寄生电容，
Figure BDA0002480039450000053
为相对线圈之间的电压，Vp为PCB板中两层线圈起始端和结束端接收的电压，i为相对线圈的组数。
其中，
Figure BDA0002480039450000054
可以通过以下公式确定：
Figure BDA0002480039450000055
其中，ε为介电常数，由PCB板的材料决定；Sx为上下线圈的正对面积；d为线圈到PCB板的距离。
以图1及图2所示的10匝线圈的绕组组件为例，线圈1和线圈10这一组相对线圈设置在内圈，半径较小，周长较小，这一组相对线圈的相对面积较小，则这一组相对线圈之间的寄生电容较小；线圈5和线圈6这一组相对线圈设置在外圈，半径较大，周长较大，这一组相对线圈的相对面积较大，则这一组相对线圈之间的寄生电容较大。
另外线圈1和线圈10之间的电压为第一绕组起始端和结束端接收的电压，电压较大，线圈5和线圈6之间的电压较小；电压较大的相对线圈(圈1和线圈10)寄生电容较小，电压较小的相对线圈(圈5和线圈6)寄生电容较大，这样设置，相对线圈的电压与寄生电容的乘积较小，则绕组组件整体的寄生电容Cp较小。
综上，本申请中将PCB线圈绕线的起始端和结束端设置在靠近磁芯中柱处，可以有效减小寄生电容，提高变换效率。
在一些实施例中，第一层线圈靠近中心孔103的一端和第二层线圈靠近中心孔103的一端用于与外部电路或者器件连接，即两层线圈的起始端和结束端与外部电路或者器件连接。
绕组组件10例如可以应用在磁性元件中，例如电感、变压器中，变压器可以为任何已知的类型，例如PCB平面变压器。
在一些实施例中，用户可以根据产品需求，将两层线圈102作为PCB平面变压器的原边绕组，或将两层线圈102作为PCB平面变压器的副边绕组。
在本实用新型的实施例中，绕组组件中的两层线圈中的第一层线圈远离中心孔的一端和第二层线圈远离所述中心孔的一端连接，第一层线圈靠近中心孔的一端和第二层线圈靠近中心孔的一端分别作为该绕组组件的起始端和结束端，这种卷绕方式可以降低绕组组件的寄生电容，提高变换效率。
应清楚地理解，本实用新型描述了如何形成和使用特定示例，但本实用新型的原理不限于这些示例的任何细节。相反，基于本实用新型公开的内容的教导，这些原理能够应用于许多其它实施方式。
图3是根据一示例性实施方式示出的另一种绕组组件的结构示意图。图4是根据一示例性实施方式示出的另一种绕组组件的截面示意图。
如图3及图4所示，绕组组件40包括PCB板101和设置在PCB板中的第一绕组，第一绕组包括环绕PCB板上中心孔103卷绕形成的两层线圈102；绕组组件40还包括第二绕组，第二绕组包括至少一层线圈401。第一绕组的两层线圈102与第二绕组的线圈401之间绝缘。在该实施例中，第一绕组的两层线圈102设置于PCB板101中，第二绕组的线圈401设置在PCB板101的表层；其中，该第一绕组中的第一层线圈远离中心孔103的一端和第二层线圈远离中心孔103的一端连接，如上所述，此处不再展开。其中，图3中，第二绕组为一匝，在其他实施例中，第二绕组也可以为多匝。在一些实施例中，线圈401可以为扁铜线圈。
进一步的，在一些实施例中，第二绕组包括两层线圈401，分别堆叠设置于第一绕组的上下两侧，即第二绕组的两层线圈401分别位于PCB板101的第一层和最后一层，第一绕组的两层线圈102位于PCB板101的中间层。在另一些实施例中，第一绕组的两层线圈102分别可以位于PCB板101的第一层和最后一层，第二绕组的两层线圈401可以位于PCB板101的中间层，本案不以此为限。进一步的，第二绕组的两层线圈401之间可以通过过孔连接，并且每层线圈401的匝数可以为一匝或者多匝。
绕组组件40例如可以应用在变压器中，变压器可以为任何已知的类型，例如PCB平面变压器。
在一些实施例中，用户可以根据产品需求，将第一绕组作为PCB平面变压器的原边绕组，将第二绕组作为PCB平面变压器的副边绕组；也可以将第一绕组作为PCB平面变压器的副边绕组，将第二绕组作为PCB平面变压器的原边绕组。原边绕组连接有原边开关，副边绕组连接有副边开关，原边开关和副边开关可以设置在PCB板上。
图5是根据一示例性实施方式示出的一种磁性元件的爆炸图。
如图5所示，磁性元件50包括：包括绕组组件10和磁芯501，绕组组件10套设在磁芯501的磁柱5011上；其中绕组组件10包括PCB板101和环绕PCB板101中心孔卷绕形成的两层线圈102；其中，绕组组件10的结构示意图如图1所示，在此不再赘述。两层线圈102的具体绕线方式可以如图2所示，在此不再赘述。
在一些实施例中，第一层线圈和第二层线圈之间通过PCB起到绝缘层的作用，或者也可以在第一层线圈和第二层线圈之间另外设置绝缘层。
在一些实施例中，第一层线圈远离磁柱5011的一端和第二层线圈远离磁柱5011的一端通过过孔连接。其中，过孔可以有1个，也可以有多个，本实用新型对此不做限制。
在一些实施例中，第一层线圈靠近磁柱5011的一端和第二层线圈靠近磁柱5011的一端与外部电路或者器件连接，即两层线圈的起始端和结束端与外部电路或者器件连接。
在一些实施例中，第一层线圈和第二层线圈由一绕线绕制形成。
在一些实施例中，磁芯元件50可以是PCB平面变压器，用户可以根据产品需求，将两层线圈102作为PCB平面变压器的原边绕组，或将两层线圈作为PCB平面变压器的副边绕组。
磁芯501例如可以由氧化铁混合物组成的磁性金属氧化物制成。例如，磁芯501可以采用锰-锌铁氧体和镍-锌铁氧体材料制作而成。磁芯501可以为任意合适的形状，例如，“E”型磁芯等等。
在一些实施例中，磁芯501、PCB板101及两层线圈102同轴心装配成磁性元件50。
在一些实施例中，磁性元件50还可以采用如图3、4所示的绕组组件40。即磁性元件50还包括第二绕组，第二绕组包括至少一层线圈401，第二绕组的线圈401与第一绕组的两层线圈102之间绝缘。其中，线圈401可以为一匝或者多匝。在一些实施例中，第二绕组可以包括两层线圈401，每层线圈401的线圈匝数可以为一匝或者多匝。在一些实施例中，第二绕组的两层线圈401分别位于PCB板101的第一层和最后一层，第一绕组的两层线圈102位于PCB板的中间层。或者，第一绕组的两层线圈102分别位于PCB板101的第一层和最后一层，第二绕组的两层线圈401位于PCB板的中间层。
在一些实施例中，磁性元件50可以为PCB变压器，用户可以根据产品需求，将第一绕组作为PCB变压器的原边绕组，第二绕组作为PCB变压器的副边绕组。或者将第二绕组为PCB变压器的副边绕组，第一绕组作为PCB变压器的原边绕组。原边绕组连接有原边开关，副边绕组连接有副边开关。
在本实用新型的实施例中，磁性元件中的两层线圈中的第一层线圈中远离磁柱的一端和第二层线圈远离磁柱的一端连接，这种卷绕方式可以降低磁性元件中绕组组件的寄生电容，提高变换效率。
需要注意的是，上述附图中所示的框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
以上具体地示出和描述了本实用新型的示例性实施方式。应可理解的是，本实用新型不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本实用新型意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

Claims (11)

1.一种绕组组件，其特征在于，包括PCB板和设置在所述PCB板中的第一绕组，所述第一绕组包括环绕所述PCB板上一中心孔卷绕形成的两层线圈；其中，所述两层线圈中的第一层线圈远离所述中心孔的一端和第二层线圈远离所述中心孔的一端连接，所述第一层线圈靠近所述中心孔的一端和所述第二层线圈靠近所述中心孔的一端分别作为所述第一绕组的起始端和结束端。
2.根据权利要求1所述的绕组组件，其特征在于，所述第一层线圈远离所述中心孔的一端和所述第二层线圈远离所述中心孔的一端通过过孔连接。
3.根据权利要求1所述的绕组组件，其特征在于，所述第一层线圈靠近所述中心孔的一端和所述第二层线圈靠近所述中心孔的一端与外部电路或者器件连接。
4.根据权利要求1所述的绕组组件，其特征在于，所述第一层线圈和所述第二层线圈由一绕线绕制形成。
5.根据权利要求1所述的绕组组件，其特征在于，所述PCB板内还设置有第二绕组，所述第二绕组包括至少一层线圈，所述第一绕组与所述第二绕组之间绝缘。
6.根据权利要求5所述的绕组组件，其特征在于，所述第二绕组包括两层线圈，所述第二绕组的两层线圈分别位于所述PCB板的第一层和最后一层，所述第一绕组中的两层线圈位于所述PCB板的中间层。
7.根据权利要求6所述的绕组组件，其特征在于，所述第二绕组中的两层线圈之间通过过孔连接。
8.一种磁性元件，其特征在于，包括如权利要求1～4任一项所述的绕组组件和磁芯，所述绕组组件套设在所述磁芯的磁柱上。
9.根据权利要求8所述的磁性元件，其特征在于，PCB板内还设置有第二绕组，所述第二绕组包括至少一层线圈，所述第一绕组与所述第二绕组之间绝缘。
10.根据权利要求9所述的磁性元件，其特征在于，所述磁性元件为变压器，所述第一绕组为所述变压器的原边绕组，所述第二绕组为所述变压器的副边绕组；或者所述第一绕组为所述变压器的副边绕组，所述第二绕组为所述变压器的原边绕组。
11.根据权利要求10所述的磁性元件，其特征在于，所述原边绕组上设置连接有原边开关，所述副边绕组上设置连接有副边开关。
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