CN212230215U - 平面变压器、电源适配器及带有电源转换功能的电路板 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种平面变压器、电源适配器及带有电源转换功能的电路板。所述平面变压器包括多个绕组、磁芯和多层结构的PCB板，所述多个绕组设置在PCB板的多个层上，所述磁芯的一部分穿过所述PCB板上设置的磁芯孔，并被所述多个绕组环绕，所述PCB板的至少一部分层上，设有排列成一排的过孔，在每个设置有所述过孔的层上，所述过孔设置在所述磁芯孔的边缘，且位于靠近该层上绕组引线端的位置处，所述过孔中填充有导电材料，所述导电材料将两个或多个层上的绕组电连接。通过磁芯孔的边缘位置设置成排的过孔，并通过这些过孔将不同层上的绕组进行电连接，可实现复杂的绕组布置方式，节省平面变压器占用的PCB面积，实现平面变压器的进一步小型化。

Description

平面变压器、电源适配器及带有电源转换功能的电路板

技术领域

本实用新型涉及电源转换技术领域，特别涉及一种平面变压器、电源适配器及带有电源转换功能的电路板。

背景技术

将变压器产品小型化是适应电子产品的便携式需求的重要举措，特别是对于体积更小的平面变压器产品，如何在保留其应有功能和性能的前提下进一步减小其体积或面积，是本领域技术人员始终在追求的目标。然而，平面变压器的设计和制造，往往需要考虑诸多因素，例如，各个绕组的排布方式、内层绕组的引线连线方式等，而引线连线部分往往会占据较多的PCB面积，从而阻碍平面变压器的进一步小型化。

实用新型内容

基于上述现状，本实用新型的主要目的在于提供一种平面变压器，其有利于实现小型化，从而可进一步满足电子产品的便携式需求。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种平面变压器，包括多个绕组、磁芯和多层结构的PCB板，所述多个绕组设置在PCB板的多个层上，所述磁芯的一部分穿过所述PCB板上设置的磁芯孔，并被所述多个绕组环绕，其中，所述PCB板的至少一部分层上，设有排列成一排的过孔，在每个设置有所述过孔的层上，所述过孔设置在所述磁芯孔的边缘，且位于靠近该层上绕组引线端的位置处，所述过孔中填充有导电材料，所述导电材料将两个或多个层上的绕组电连接。

优选地，所述过孔按弧形排列，所述弧形与所述过孔所在位置处绕组的形状一致。

优选地，所述过孔等间隔地排列。

优选地，所述过孔分组排列，每组包括一个或多个过孔，相邻组之间的间隔大于组内相邻过孔之间的间隔。

优选地，每组中的全部过孔共同连接两个或多个层上的绕组。

优选地，所述PCB板的多个层包括屏蔽层，所述多个绕组包括设置在所述屏蔽层上的屏蔽绕组，所述屏蔽绕组具有位于所述绕组引线端的位置处的两个端部，所述两个端部之间存在第一空隙，所述屏蔽层上还设置有绕组转接线段，所述绕组转接线段至少部分地位于所述第一空隙中，且所述绕组转接线段的一个端部与所述过孔中的至少一个电连接。

优选地，所述两个端部分别为屏蔽绕组引线端和屏蔽绕组自由端，所述屏蔽绕组自所述屏蔽绕组引线端环绕所述磁芯孔延伸到所述屏蔽绕组自由端。

优选地，所述屏蔽绕组包括第一屏蔽段和第二屏蔽段，所述两个端部分别为第一屏蔽绕组引线端和第二屏蔽绕组引线端，所述第一屏蔽段以所述第一屏蔽绕组引线端为起点沿第一方向环绕所述磁芯孔延伸到第一屏蔽绕组自由端，所述第二屏蔽段以所述第二屏蔽绕组引线端为起点沿第二方向环绕所述磁芯孔延伸到第二屏蔽绕组自由端，所述第一屏蔽绕组自由端与所述第二屏蔽绕组自由端之间存在第二空隙，其中，所述第一方向与所述第二方向相反。

优选地，所述PCB板的多个层包括复合屏蔽层，所述多个绕组包括设置在所述复合屏蔽层上的屏蔽绕组和辅助绕组，所述辅助绕组位于所述屏蔽绕组的径向内侧，所述屏蔽绕组具有位于所述绕组引线端的位置处的两个端部，所述两个端部之间存在第一空隙，所述辅助绕组的一端与所述过孔中的至少一个电连接，所述辅助绕组的另一端经由所述第一空隙延伸到所述屏蔽绕组的径向外侧，形成辅助绕组引线端。

优选地，所述屏蔽绕组包括第三屏蔽段和第四屏蔽段，屏蔽绕组的所述两个端部分别为第三屏蔽绕组引线端和第四屏蔽绕组引线端，所述第三屏蔽段以所述第三屏蔽绕组引线端为起点沿第一方向环绕所述辅助绕组延伸到第三屏蔽绕组自由端，所述第四屏蔽段以所述第四屏蔽绕组引线端为起点沿第二方向环绕所述辅助绕组延伸到第四屏蔽绕组自由端，所述第三屏蔽绕组自由端与所述第四屏蔽绕组自由端之间存在第二空隙，其中，所述第一方向与所述第二方向相反。

优选地，屏蔽绕组的所述两个端部分别为屏蔽绕组引线端和屏蔽绕组自由端，所述屏蔽绕组自所述屏蔽绕组引线端环绕所述辅助绕组延伸到所述屏蔽绕组自由端；其中，所述辅助绕组自所述辅助绕组引线端为起始点的环绕方向与所述屏蔽绕组以所述屏蔽绕组引线端为起始点的环绕方向相反。

本实用新型的第二方面提供了一种电源适配器，其包括前面所述的平面变压器。

本实用新型的第三方面提供了一种带有电源转换功能的电路板，其包括前面所述的平面变压器。

优选地，所述平面变压器的PCB板与所述电路板的PCB板为一体结构，或者，所述平面变压器的PCB板电连接至所述电路板的PCB板。

本实用新型的平面变压器通过在PCB电路板上磁芯孔的边缘位置设置成排的过孔，并通过这些过孔将不同层上的绕组进行电连接，从而可实现复杂的绕组布置方式，即使PCB板的层数较多也能够充分发挥各层的作用，节省平面变压器占用的PCB面积，实现平面变压器的进一步小型化。

本实用新型的其他有益效果，将在具体实施方式中通过具体技术特征和技术方案的介绍来阐述，本领域技术人员通过这些技术特征和技术方案的介绍，应能理解所述技术特征和技术方案带来的有益技术效果。

附图说明

以下将参照附图对根据本实用新型的平面变压器、电源适配器、电路板的优选实施方式进行描述。图中：

图1为根据本实用新型的平面变压器的屏蔽层的一种优选实施方式的结构示意图；

图2为根据本实用新型的平面变压器的屏蔽层的另一种优选实施方式的结构示意图；

图3为根据本实用新型的平面变压器的复合屏蔽层的一种优选实施方式的结构示意图；

图4为根据本实用新型的平面变压器的复合屏蔽层的另一种优选实施方式的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型的第一方面首先提供了一种平面变压器，该平面变压器优选可用于实现AC/DC电源变换，并且其优选的适用对象包括但不限于电源适配器、电路板等，可应用于任何对变压器有小型化需求的合适场合。

本实用新型的平面变压器包括多个绕组、磁芯和多层结构的PCB板(未图示)，所述多个绕组设置在PCB板的多个层上，例如通过印刷电路板工艺直接形成在相应的层上，参考图1-4，每个层上可以设置一个绕组，也可以设置多个绕组，例如两个或三个绕组。所述磁芯的一部分穿过所述PCB板上设置的磁芯孔，并被所述多个绕组环绕。

本实用新型的平面变压器既可以是初级-次级叠置型结构，也可以是初级- 次级-初级叠置型或者次级-初级-次级叠置型结构，具体可根据实际情况选择。其中，多个绕组包括初级绕组和次级绕组，并且还会包括屏蔽绕组和/或辅助绕组。平面变压器的结构以及这些绕组的定义可参考现有技术。根据绕组的种类不同，PCB板的多个层可以称为初级绕组层(即初级绕组所在的层)、次级绕组层(即次级绕组所在的层)、屏蔽层(即屏蔽绕组所在的层)、辅助层(即辅助绕组所在的层)、复合屏蔽层(即屏蔽绕组和其他绕组共同所在的层)等等。

由于平面变压器的多个绕组形成在多层结构的PCB板上，在多层叠置的情况下，位于顶层和底层之间的层上的绕组需要解决引线问题。为此，本实用新型中，所述PCB板的至少一部分层上，例如每个中间层上，或者部分中间层上，设有排列成一排的过孔1，如图1-4所示，这些过孔1彼此间隔开，尺寸相同，在每个设置有所述过孔1的层上，所述过孔1设置在所述磁芯孔2 的边缘，且位于靠近该层上绕组引线端的位置处，所述过孔1中填充有导电材料，所述导电材料将两个或多个层上的绕组电连接，例如将一部分绕组串联连接、或者将一部分绕组并联连接、或者将一部分绕组共同连接至同一电位(如静点电位)，等等。其中，绕组引线端是指该层上的一个或多个绕组的向外延伸的一端，用于将对应的绕组连接至PCB板上的其他位置。例如，作为示例，在图1-4所示的实施例中，绕组引线端位于该层的右侧中部。

通过在PCB电路板上磁芯孔的边缘位置设置成排的过孔，并通过这些过孔将不同层上的绕组进行电连接，从而可实现复杂的绕组布置方式，即使PCB 板的层数较多也能够充分发挥各层的作用，节省平面变压器占用的PCB面积，实现平面变压器的进一步小型化。

相比之下，现有技术的平面变压器中，由于过孔的设置没有充分利用PCB 板每层的有效面积，也没有充分发挥多层PCB板的每层的作用，因此，平面变压器的尺寸难以进一步减小。

优选地，如图1-4所示，本实用新型中，一排过孔1按弧形排列，所述弧形与所述过孔1所在位置处绕组(例如图1中屏蔽绕组3或者图3中辅助绕组 4)的形状一致。如此设置，既保证了各个过孔1与邻近的绕组之间的间距均匀，并且还使得PCB布图美观，同时又可为PCB电路板的制程提供便利。

作为一种优选实施例，所述过孔可以等间隔地排列，如图1-4所示，等间隔布置的过孔可以简化PCB板的制程。此时，每个过孔1优选可以单独连接不同层的上的绕组。

作为另一种优选实施例(未示出)，所述过孔1可以分组排列，例如分成两到三组甚至更多组，每组包括一个或多个过孔。在分组的情况下，相邻组之间的间隔大于组内相邻过孔之间的间隔。具体实施时，可以根据不同过孔的功能(如所连接的对象)进行划分。

在分组排列的实施方式中，优选地，每组中的全部过孔共同连接两个或多个层上的绕组。由于组内的过孔全部连接相同的对象，因此，这些过孔可以被看作是并联关系，作用相当于一个尺寸更大的过孔。然而，将一个尺寸更大的过孔分成多个尺寸较小的过孔，不仅对于保证PCB板的局部强度有益，并且，当所有过孔尺寸一致时，对于简化PCB板的制程也有益。

如前所述，本实用新型的平面变压器中，所述PCB板的多个层包括屏蔽层100，对应地，所述多个绕组包括设置在所述屏蔽层100上的屏蔽绕组3，一种示例的屏蔽绕组3及屏蔽层100如图1所示。所述屏蔽绕组3具有位于所述绕组引线端的位置处的两个端部31、32，所述两个端部31、32之间存在第一空隙33，所述屏蔽层100上还设置有绕组转接线段5，所述绕组转接线段5 至少部分地位于所述第一空隙33中，且所述绕组转接线段5的一个端部(图 1中的左端部)与所述过孔1中的至少一个电连接。通过这种设置，可以将PCB 板的另外一层上的某个绕组通过相应的过孔连接至该屏蔽层100上，进而通过所述绕组转接线段5的另一个端部(图1中的右端部)引出，连接到PCB板上的其他位置。这种情形的一个适用场合例如为：PCB板的另外一层上的绕组的位于内圈的端部需要引出接线，但因该绕组本身或其他绕组的圈数超过一圈，导致该位于内圈的端部无法在同一层上引出，于是可借助于所述过孔和所述绕组转接线段5进行跨层引出。

在一个优选实施例中，如图1所示，屏蔽绕组3的所述两个端部分别为屏蔽绕组引线端31和屏蔽绕组自由端32，所述屏蔽绕组3自所述屏蔽绕组引线端31环绕所述磁芯孔2一圈延伸到所述屏蔽绕组自由端32。本实施例中，对于这种环绕一整圈的屏蔽绕组3，其绕组的线宽可以设置成较大，使得其绕组面积例如与PCB板的单个层上的初级绕组或次级绕组所占用的PCB面积相同或接近，从而起到更好的屏蔽作用，尤其是对共模噪声的屏蔽。

在另一个优选实施例中，如图2所示，屏蔽层100’上的屏蔽绕组3’包括第一屏蔽段34和第二屏蔽段35，屏蔽绕组3’的所述两个端部分别为第一屏蔽绕组引线端31’和第二屏蔽绕组引线端32’，所述第一屏蔽段34以所述第一屏蔽绕组引线端31’为起点沿第一方向环绕所述磁芯孔2延伸到第一屏蔽绕组自由端36，所述第二屏蔽段35以所述第二屏蔽绕组引线端32’为起点沿第二方向环绕所述磁芯孔2延伸到第二屏蔽绕组自由端37，所述第一屏蔽绕组自由端36与所述第二屏蔽绕组自由端37之间存在第二空隙38，其中，所述第一方向与所述第二方向相反。本实施例中，第一屏蔽段34和第二屏蔽段35相加起来共环绕磁芯孔2一圈，但由于二者绕向相反，例如一个为正向环绕，另一个为逆向环绕，二者对于共模噪声的屏蔽作用也是不同的，通过二者的组合可以更好地对屏蔽绕组的共模噪声抑制能力进行调整，例如调整二者的环绕范围或环绕长度的比例，达到屏蔽能力的最佳状态。

本实用新型的平面变压器中，所述PCB板的多个层还可以包括复合屏蔽层，即，包含屏蔽绕组并且包含其他绕组的层，复合屏蔽层200的一个示例如图3所示，该实施例中，所述多个绕组包括设置在所述复合屏蔽层200上的屏蔽绕组3”和辅助绕组4。图3所示的实施例中，所述辅助绕组4位于所述屏蔽绕组3”的径向内侧，所述屏蔽绕组3”具有位于所述绕组引线端的位置处的两个端部，分别为屏蔽绕组引线端31”和屏蔽绕组自由端32”，所述两个端部31”和32”之间存在第一空隙33，所述辅助绕组4的一端(位于内圈的端部)与所述过孔1中的至少一个电连接，所述辅助绕组4的另一端(位于外圈的端部)经由所述第一空隙33延伸到所述屏蔽绕组3”的径向外侧，形成辅助绕组引线端41。将辅助绕组4和屏蔽绕组3”设置在同一层上，并利用过孔 1将辅助绕组4的位于内圈的端部向其他层引出，使得辅助绕组4可以与其他层的绕组或绕组引线端电连接，从而丰富平面变压器的功能。同时，将辅助绕组和屏蔽绕组设置在同一层上，还可以节约PCB板的层数。

在图3所示的优选实施例中，屏蔽绕组3”的所述两个端部分别为屏蔽绕组引线端31”和屏蔽绕组自由端32”，所述屏蔽绕组3”自所述屏蔽绕组引线端31”环绕所述辅助绕组4延伸到所述屏蔽绕组自由端32”；其中，所述辅助绕组4以所述辅助绕组引线端41为起始点的环绕方向与所述屏蔽绕组3”以所述屏蔽绕组引线端31”为起始点的环绕方向相反。本实施例中，由于屏蔽绕组3”和辅助绕组4的环绕方向相反，例如一个为正向环绕，另一个为逆向环绕，通过二者的组合也可以更好地对屏蔽绕组的共模噪声抑制能力进行调整，例如调整二者的环绕圈数的比例，达到屏蔽能力的最佳状态。

在另一个优选实施例中，如图4所示，复合屏蔽层200’上的屏蔽绕组3”’包括第三屏蔽段34”’和第四屏蔽段35”’，屏蔽绕组3”’的所述两个端部分别为第三屏蔽绕组引线端31”’和第四屏蔽绕组引线端32”’，所述第三屏蔽段34”’以所述第三屏蔽绕组引线端31”’为起点沿第一方向环绕所述辅助绕组4延伸到第三屏蔽绕组自由端36”’，所述第四屏蔽段35”’以所述第四屏蔽绕组引线端32”’为起点沿第二方向环绕所述辅助绕组4延伸到第四屏蔽绕组自由端 37”’，所述第三屏蔽绕组自由端36”’与所述第四屏蔽绕组自由端37”’之间存在第二空隙38，其中，所述第一方向与所述第二方向相反。本实施例中，第三屏蔽段34”’和第四屏蔽段35”’相加起来环绕辅助绕组4一圈，如前所述，由于二者绕向相反，例如一个为正向环绕，另一个为逆向环绕，二者对于共模噪声的屏蔽作用也是不同的，通过二者的组合可以更好地对屏蔽绕组的共模噪声抑制能力进行调整，例如调整二者的环绕范围的比例，达到屏蔽能力的最佳状态。

本实用新型的平面变压器中，通过设置与磁芯孔2边缘的过孔连接不同层的绕组，并且巧妙设计屏蔽层或复合屏蔽层上的绕组形态，可以有效减小初级绕组引起的共模电流，从而降低平面变压器的共模噪声干扰。

在上述工作的基础上，本实用新型的第二方面提供了一种电源适配器，例如手机充电器、笔记本电脑适配器等，该电源适配器包括本实用新型所提供的平面变压器。本实用新型的电源适配器体积小，可以输出合适的直流电压，并且输出的直流电压的品质好，来自交流侧的干扰噪声少。

此外，本实用新型的第三方面还提供了一种带有电源转换功能的电路板，该电路板包括本实用新型所提供的平面变压器。其中，所述平面变压器的PCB 板与所述电路板的PCB板可以为一体结构，或者，所述平面变压器的PCB板与所述电路板的PCB板为两个不同的PCB板，二者之间电连接组装到一起。同样，本实用新型的电路板具有变压器占用空间小的优点，并且变压器为板上电路供电时输出的直流电压的品质好，交流侧的干扰噪声少。作为非限制性举例，本实用新型的电路板既可以是电源适配器的主板，也可以是其他电气电子产品中的电路板，只要该电路板上带有本实用新型的平面变压器即可。

本领域的技术人员能够理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本实用新型的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本实用新型的权利要求范围内。

Claims (14)

1.一种平面变压器，包括多个绕组、磁芯和多层结构的PCB板，所述多个绕组设置在PCB板的多个层上，所述磁芯的一部分穿过所述PCB板上设置的磁芯孔，并被所述多个绕组环绕，其特征在于，所述PCB板的至少一部分层上，设有排列成一排的过孔，在每个设置有所述过孔的层上，所述过孔设置在所述磁芯孔的边缘，且位于靠近该层上绕组引线端的位置处，所述过孔中填充有导电材料，所述导电材料将两个或多个层上的绕组电连接。

2.根据权利要求1所述的平面变压器，其特征在于，所述过孔按弧形排列，所述弧形与所述过孔所在位置处绕组的形状一致。

3.根据权利要求1所述的平面变压器，其特征在于，所述过孔等间隔地排列。

4.根据权利要求1所述的平面变压器，其特征在于，所述过孔分组排列，每组包括一个或多个过孔，相邻组之间的间隔大于组内相邻过孔之间的间隔。

5.根据权利要求4所述的平面变压器，其特征在于，每组中的全部过孔共同连接两个或多个层上的绕组。

6.根据权利要求1-5任一项所述的平面变压器，其特征在于，所述PCB板的多个层包括屏蔽层，所述多个绕组包括设置在所述屏蔽层上的屏蔽绕组，所述屏蔽绕组具有位于所述绕组引线端的位置处的两个端部，所述两个端部之间存在第一空隙，所述屏蔽层上还设置有绕组转接线段，所述绕组转接线段至少部分地位于所述第一空隙中，且所述绕组转接线段的一个端部与所述过孔中的至少一个电连接。

7.根据权利要求6所述的平面变压器，其特征在于，所述两个端部分别为屏蔽绕组引线端和屏蔽绕组自由端，所述屏蔽绕组自所述屏蔽绕组引线端环绕所述磁芯孔延伸到所述屏蔽绕组自由端。

8.根据权利要求6所述的平面变压器，其特征在于，所述屏蔽绕组包括第一屏蔽段和第二屏蔽段，所述两个端部分别为第一屏蔽绕组引线端和第二屏蔽绕组引线端，所述第一屏蔽段以所述第一屏蔽绕组引线端为起点沿第一方向环绕所述磁芯孔延伸到第一屏蔽绕组自由端，所述第二屏蔽段以所述第二屏蔽绕组引线端为起点沿第二方向环绕所述磁芯孔延伸到第二屏蔽绕组自由端，所述第一屏蔽绕组自由端与所述第二屏蔽绕组自由端之间存在第二空隙，其中，所述第一方向与所述第二方向相反。

9.根据权利要求1-5任一项所述的平面变压器，其特征在于，所述PCB板的多个层包括复合屏蔽层，所述多个绕组包括设置在所述复合屏蔽层上的屏蔽绕组和辅助绕组，所述辅助绕组位于所述屏蔽绕组的径向内侧，所述屏蔽绕组具有位于所述绕组引线端的位置处的两个端部，所述两个端部之间存在第一空隙，所述辅助绕组的一端与所述过孔中的至少一个电连接，所述辅助绕组的另一端经由所述第一空隙延伸到所述屏蔽绕组的径向外侧，形成辅助绕组引线端。

10.根据权利要求9所述的平面变压器，其特征在于，所述屏蔽绕组包括第三屏蔽段和第四屏蔽段，屏蔽绕组的所述两个端部分别为第三屏蔽绕组引线端和第四屏蔽绕组引线端，所述第三屏蔽段以所述第三屏蔽绕组引线端为起点沿第一方向环绕所述辅助绕组延伸到第三屏蔽绕组自由端，所述第四屏蔽段以所述第四屏蔽绕组引线端为起点沿第二方向环绕所述辅助绕组延伸到第四屏蔽绕组自由端，所述第三屏蔽绕组自由端与所述第四屏蔽绕组自由端之间存在第二空隙，其中，所述第一方向与所述第二方向相反。

11.根据权利要求9所述的平面变压器，其特征在于，屏蔽绕组的所述两个端部分别为屏蔽绕组引线端和屏蔽绕组自由端，所述屏蔽绕组自所述屏蔽绕组引线端环绕所述辅助绕组延伸到所述屏蔽绕组自由端；其中，所述辅助绕组自所述辅助绕组引线端为起始点的环绕方向与所述屏蔽绕组以所述屏蔽绕组引线端为起始点的环绕方向相反。

12.一种电源适配器，其特征在于，包括根据权利要求1-11任一项所述的平面变压器。

13.一种带有电源转换功能的电路板，其特征在于，包括根据权利要求1-11任一项所述的平面变压器。

14.根据权利要求13所述的电路板，其特征在于，所述平面变压器的PCB板与所述电路板的PCB板为一体结构，或者，所述平面变压器的PCB板电连接至所述电路板的PCB板。

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