CN216389016U - 平面变压器及开关电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种平面变压器及开关电源。其中，平面变压器包括：原边线圈，所述原边线圈包括第一子原边线圈和第二子原边线圈；多组副边线圈；PCB，所述PCB的中心设有通孔；磁芯，所述磁芯穿设于所述通孔；其中，所述PCB包括十六层子板；所述PCB顶层的两层所述子板用于卷绕所述第一子原边线圈，所述PCB底层的两层所述子板用于卷绕所述第二子原边线圈，所述PCB中间的十二层所述子板用于卷绕多组所述副边线圈。本申请实施例提供的平面变压器能够缩减变压器的体积，进而减少变压器的损耗。

Description

平面变压器及开关电源

技术领域

本实用新型涉及变压器技术领域，尤其涉及一种平面变压器及开关电源。

背景技术

相关技术中，开关电源中的变压器以立方体型为主。这种类型的变压器受限于磁芯的体积，从而导致变压器的整体体积无法缩减，进而增加了变压器的损耗。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种平面变压器，能够缩减变压器的体积，进而减少变压器的损耗。

本实用新型还提出一种具有上述平面变压器的开关电源。

根据本实用新型的第一方面实施例的平面变压器，包括：原边线圈，所述原边线圈包括第一子原边线圈和第二子原边线圈；多组副边线圈；PCB，所述PCB的中心设有通孔；磁芯，所述磁芯穿设于所述通孔；其中，所述PCB包括十六层子板；所述PCB顶层的两层所述子板用于卷绕所述第一子原边线圈，所述PCB底层的两层所述子板用于卷绕所述第二子原边线圈，所述PCB中间的十二层所述子板用于卷绕多组所述副边线圈。

根据本实用新型实施例的平面变压器，至少具有如下有益效果：平面变压器采用PCB替换相关技术中的变压器骨架，采用PCB上的线圈替换相关技术中的绕组绕线，再配合相适配的磁芯，能够实现变压器高度和体积的缩减，进而减少了变压器的损耗。

根据本实用新型的一些实施例，每一组所述副边线圈分别绕设于两层所述子板。

根据本实用新型的一些实施例，多组所述副边线圈包括一组反馈线圈；所述反馈线圈绕设于第七层所述子板和第八层所述子板，所述反馈线圈的卷绕方向与所述原边线圈的卷绕方向相反。

根据本实用新型的一些实施例，多组所述副边线圈的卷绕方向相同。

根据本实用新型的一些实施例，所述原边线圈、多组所述副边线圈呈扁平状。

根据本实用新型的第二方面实施例的开关电源，包括：如第一方面所述的平面变压器；整流模块，用于与市电连接；滤波模块，所述滤波模块的一端与所述整流模块连接，所述滤波模块的另一端与所述原边线圈的一端连接；采样模块，所述采样模块的一端与一组所述副边线圈连接，所述采样模块用于对所述副边线圈的输出电压进行采样；隔离模块，所述隔离模块的一端与所述采样模块的另一端连接；控制模块，所述控制模块的一端与所述隔离模块的另一端连接；开关模块，所述开关模块的一端与所述控制模块的另一端连接，所述开关模块的另一端与所述原边线圈的另一端连接；其中，所述控制模块用于根据所述输出电压控制所述开关模块的导通状态。

根据本实用新型的一些实施例，多组所述副边线圈包括一组反馈线圈；所述采样模块与所述反馈线圈连接。

根据本实用新型的一些实施例，所述开关模块包括MOS管，所述MOS管的栅极与所述控制模块连接，所述MOS管的源极接地，所述MOS管的漏极与所述原边线圈的另一端连接。

根据本实用新型的一些实施例，所述隔离模块包括光耦合器，所述光耦合器的输入端与所述采样模块连接，所述光耦合器的输出端与所述控制模块连接。

根据本实用新型的一些实施例，还包括：辅助供电模块，所述辅助供电模块与所述控制模块连接，所述辅助供电模块用于提供所述控制模块的工作电源。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明，其中：

图1为本实用新型实施例平面变压器的一示意图；

图2为本实用新型实施例开关电源的一电路图；

图3为本实用新型实施例开关电源的另一电路图。

附图标记：

平面变压器100、整流模块200、市电300、滤波模块400、采样模块500、隔离模块600、控制模块700、开关模块800、辅助供电模块900。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

相关技术中，开关电源的变压器以立方体型为主，该类型的变压器受限于磁芯的体积，因此无法对变压器以及开关电源的体积进行调整。其次，由于该变压器由漆包线绕制而成，高压放电和线材的老化对变压器的绝缘性造成影响。并且，由于导线电流的趋肤效应，电荷将分布在导线的表面，导致变压器的等效电阻增大，从而降低了线圈的利用率、增加了线圈的损耗。

基于此，本申请实施例提供了一种平面变压器及开关电源，能够降低变压器的体积，并在一定程度上降低趋肤效应对变压器的影响，从而减少了线圈的损耗。

参照图1，本申请实施例提供了一种平面变压器100。该平面变压器100包括原边线圈、多组副边线圈、PCB和磁芯。其中，原边线圈包括第一子原边线圈和第二子原边线圈；PCB包括十六层子板；PCB顶层的两层子板用于卷绕第一子原边线圈，PCB底层的两层子板用于卷绕第二子原边线圈，PCB中间的十二层子板用于卷绕多组副边线圈。

具体地，本申请实施例提供了一种基于PCB的平面变压器100，该平面变压器100包括第一子原边线圈(即1脚和2脚组成的线圈)、第二子原边线圈(即2脚和3脚组成的线圈)和副边线圈。其中，PCB包括多层子板，该PCB的最外层两层(即顶层的两层子板和底层的两层子板)分别用于卷绕1/2的原边线圈，中间层用于卷绕副边线圈，从而形成原边线圈夹住副边线圈的“三明治”式变压器，进而能够减少漏感，保证了使用该平面变压器100的开关电源的性能。例如，PCB包括十六层子板，十六层子板的中心均设有通孔，磁芯穿设于十六层子板的通孔。其中，第一层子板和第二层子板用于卷绕第一子原边线圈，第十五层子板和第十六层子板用于卷绕第二子原边线圈，第三层子板至第十四层子板用于卷绕多组副边线圈。可以理解的是，PCB可以由一块包括十六层子板的子PCB组成，也可以由多块子PCB组成，例如：由两块子PCB组成，其中一块子PCB包括四层子板，一块子PCB包括十二层子板，对此本申请实施例不作具体限定。

本申请实施例提供的平面变压器100采用PCB替换相关技术中的变压器骨架，采用PCB上的线圈替换相关技术中的绕组绕线，再配合相适配的磁芯，能够实现变压器高度和体积的缩减，进而减少了变压器的损耗。

在一些实施例中，每一组副边线圈分别绕设于两层子板。具体地，将PCB中间的十二层子板进行分组，相邻的两层子板分为一组子板组，一组子板组用于绕设一组副边线圈。即本申请实施例提供的平面变压器100包括六组副边线圈(即5脚和6脚组成的线圈、7脚和8脚组成的线圈、8脚和9脚组成的线圈、16脚和15脚组成的线圈、15脚和14脚组成的线圈、13脚和12脚组成的线圈)，一组副边线圈绕设于PCB中间的两层子板。

进一步地，多组副边线圈包括一组反馈线圈，该反馈线圈绕设于第七层子板和第八层子板，反馈线圈的卷绕方向与原边线圈的卷绕方向相反，多组副边线圈的卷绕方向相同。具体地，六组副边线圈中包括一组反馈线圈，六组副边线圈与原边线圈的卷绕方向均相反。

例如，参照图1，第一层子板和第二层子板用于卷绕第一子原边线圈(即1脚和2脚组成的线圈)。1脚在第一层子板沿顺时针方向从最外圈向里卷绕，卷绕至最内圈后从第一层子板的内圈通孔延伸至第二层子板。在第二层子板中，1脚沿顺时针方向从最内圈向最外圈卷绕，直至卷绕至2脚。

第十五层子板和第十六层子板用于卷绕第二子原边线圈(即2脚和3脚组成的线圈)。2脚在第十五层子板沿顺时针方向从最外圈向里卷绕，卷绕至最内圈后从第十五层子板的内圈通孔延伸至第十六层子板。在第十六层子板中，2脚沿顺时针方向从最内圈向最外圈卷绕，直至卷绕至3脚。由此可知，第一层子板、第二层子板、第十五层子板和第十六层子板形成了一组原边线圈。

参照图1，第七层子板和第八层子板用于卷绕15脚和16脚组成的反馈线圈。其中，16脚和1脚为异名端，因此16脚的卷绕方向与1脚相反。具体地，16脚在第七层子板沿逆时针方向从最外圈向里卷绕，卷绕至最内圈后从第七层子板的内圈通孔延伸至第八层子板。在第八层子板中，16脚沿逆时针方向从最内圈向最外圈卷绕，直至卷绕至16脚。由于15脚和16脚为反馈线圈，因此反馈线圈和原边线圈的匝数比决定了副边线圈的输出电压和耦合到原边线圈的反射电压。其次，该反馈绕组与其余五组副边线圈相互耦合，因此将反馈线圈设置于PCB的中间子板能够增强副边线圈之间的耦合效果。

第三层子板和第四层子板用于卷绕12脚和13脚组成的一组副边线圈，该组副边线圈的输出电源取决于该组副边线圈与反馈线圈的匝数比。其中，13脚和16脚是同名端，因此13脚的卷绕方向与16脚相同。具体地，13脚在第三层子板沿逆时针方向从最外圈向里卷绕，卷绕至最内圈后从第三层子板的内圈通孔延伸至第四层子板。在第四层子板中，13脚沿逆时针方向从最内圈向最外圈卷绕，直至卷绕至12脚。

第五层子板和第六层子板用于卷绕14脚和15脚组成的一组副边线圈，该组副边线圈的输出电源取决于该组副边线圈与反馈线圈的匝数比。其中，15脚和16脚是同名端，因此15脚的卷绕方向与16脚相同。具体地，15脚在第五层子板沿逆时针方向从最外圈向里卷绕，卷绕至最内圈后从第五层子板的内圈通孔延伸至第六层子板。在第六层子板中，15脚沿逆时针方向从最内圈向最外圈卷绕，直至卷绕至14脚。

第九层子板和第十层子板用于卷绕5脚和6脚组成的一组副边线圈，该组副边线圈的输出电源取决于该组副边线圈与反馈线圈的匝数比。其中，6脚和16脚是同名端，因此6脚的卷绕方向与16脚相同。具体地，6脚在第九层子板沿逆时针方向从最外圈向里卷绕，卷绕至最内圈后从第九层子板的内圈通孔延伸至第十层子板。在第十层子板中，6脚沿逆时针方向从最内圈向最外圈卷绕，直至卷绕至5脚。

第十一层子板和第十二层子板用于卷绕7脚和8脚组成的一组副边线圈，该组副边线圈的输出电源取决于该组副边线圈与反馈线圈的匝数比。其中，8脚和16脚是同名端，因此8脚的卷绕方向与16脚相同。具体地，8脚在第十一层子板沿逆时针方向从最外圈向里卷绕，卷绕至最内圈后从第十一层子板的内圈通孔延伸至第十二层子板。在第十二层子板中，8脚沿逆时针方向从最内圈向最外圈卷绕，直至卷绕至7脚。

第十三层子板和第十四层子板用于卷绕8脚和9脚组成的一组副边线圈，该组副边线圈的输出电源取决于该组副边线圈与反馈线圈的匝数比。其中，9脚和16脚是同名端，因此9脚的卷绕方向与16脚相同。具体地，9脚在第十三层子板沿逆时针方向从最外圈向里卷绕，卷绕至最内圈后从第十三层子板的内圈通孔延伸至第十四层子板。在第十四层子板中，9脚沿逆时针方向从最内圈向最外圈卷绕，直至卷绕至8脚。

在一些实施例中，原边线圈和多组副边线圈均为扁平状的铜线，以缩小变压器的体积，并在一定程度上削弱导线的趋肤效应，从而减少变压器的损耗。其次，本申请实施例的平面变压器100没有采用相关技术中的漆包线，因此本申请实施例所提供的平面变压器100提高了变压器的绝缘性能，并缓解了漆包线造成的线路老化问题。

参照图2，本申请实施例还提供了一种开关电源。该开关电源包括如上述任一实施例所描述的平面变压器100、整流模块200、滤波模块400、采样模块500、隔离模块600、控制模块700和开关模块800。整流模块200用于与市电300连接；滤波模块400的一端与整流模块200连接，滤波模块400的另一端与原边线圈的一端连接；采样模块500的一端与一组副边线圈连接，采样模块500用于对副边线圈的输出电压进行采样；隔离模块600的一端与采样模块500的另一端连接；控制模块700的一端与隔离模块600的另一端连接；开关模块800的一端与控制模块700的另一端连接，开关模块800的另一端与原边线圈的另一端连接。其中，控制模块700用于根据输出电压控制开关模块800的导通状态。

具体地，整流模块200对市电300提供的单相交流电压进行整流，以形成脉动直流电压。而后，滤波模块400对该脉动直流电压进行滤波，以形成稳定的直流电压。该稳定的直流电压输入至平面变压器100的原边线圈，其中，平面变压器100的原边线圈作为高压输入端，平面变压器100的六组副边线圈作为隔离后的低压输出端。采样模块500将其中一组副边线圈的输出电压作为主输出进行采样，该输出电压流经隔离模块600后输入至控制模块700。控制模块700根据该输出电压的大小控制开关模块800的导通或关断，从而形成对平面变压器100的闭环控制，进而保证了平面变压器100输出电压的稳定性。

在一些实施例中，采样模块500所连接的副边线圈为设置于PCB第七层和第八层的反馈线圈。

在一些实施例中，参照图3，开关模块800包括MOS管Q1，MOS管Q1的栅极与控制模块700连接，MOS管Q1的源极接地，MOS管Q1的漏极与原边线圈的另一端连接。具体地，滤波模块400包括电容C1，电容C1和MOS管Q1的栅极分别连接原边线圈的两端。控制模块700将反馈线圈的输出电压与预设电压进行比较，根据比较偏差控制MOS管Q1的导通状态，从而控制平面变压器100的输入电压，进而实现对该平面变压器100输出电压的闭环控制。

在一些实施例中，隔离模块600包括光耦合器，光耦合器的输入端与采样模块500连接，光耦合器的输出端与控制模块700连接。通过光耦合器对采样模块500采样得到的输出电压进行隔离，以避免外部信号对输出电压的干扰。

在一些实施例中，开关电源还包括辅助供电模块900，辅助供电模块900与控制模块700连接，辅助供电模块900用于为控制模块700提供工作电源。具体地，辅助供电模块900可以实现远程软启动，以对控制模块700进行电路保护，并提供控制模块700所需的工作电源。

本申请实施例提供的开关电源能够实现多路输出。在多路输出中，每一路的输出都会对其他路输出造成影响，从而使得开关电源的负载调整率变差。相关技术中，多路输出开关电源的变压器为骨架绕组式，该开关电源受变压器绕制缺陷的影响，导致交叉调整率较差。而本申请实施例的开关电源通过采用平面变压器100，使得各路输出之间的耦合紧密，从而能够得到较好的负载交叉调整率，进而提高了开关电源的整体性能。

上面结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.平面变压器，其特征在于，包括：

原边线圈，所述原边线圈包括第一子原边线圈和第二子原边线圈；

多组副边线圈；

PCB，所述PCB的中心设有通孔；

磁芯，所述磁芯穿设于所述通孔；

其中，所述PCB包括十六层子板；所述PCB顶层的两层所述子板用于卷绕所述第一子原边线圈，所述PCB底层的两层所述子板用于卷绕所述第二子原边线圈，所述PCB中间的十二层所述子板用于卷绕多组所述副边线圈。

2.根据权利要求1所述的平面变压器，其特征在于，每一组所述副边线圈分别绕设于两层所述子板。

3.根据权利要求2所述的平面变压器，其特征在于，多组所述副边线圈包括一组反馈线圈；

所述反馈线圈绕设于第七层所述子板和第八层所述子板，所述反馈线圈的卷绕方向与所述原边线圈的卷绕方向相反。

4.根据权利要求1至3任一项所述的平面变压器，其特征在于，多组所述副边线圈的卷绕方向相同。

5.根据权利要求4所述的平面变压器，其特征在于，所述原边线圈、多组所述副边线圈呈扁平状。

6.开关电源，其特征在于，包括：

如权利要求1至5任一项所述的平面变压器；

整流模块，用于与市电连接；

滤波模块，所述滤波模块的一端与所述整流模块连接，所述滤波模块的另一端与所述原边线圈的一端连接；

采样模块，所述采样模块的一端与一组所述副边线圈连接，所述采样模块用于对所述副边线圈的输出电压进行采样；

隔离模块，所述隔离模块的一端与所述采样模块的另一端连接；

控制模块，所述控制模块的一端与所述隔离模块的另一端连接；

开关模块，所述开关模块的一端与所述控制模块的另一端连接，所述开关模块的另一端与所述原边线圈的另一端连接；

其中，所述控制模块用于根据所述输出电压控制所述开关模块的导通状态。

7.根据权利要求6所述的开关电源，其特征在于，多组所述副边线圈包括一组反馈线圈；所述采样模块与所述反馈线圈连接。

8.根据权利要求7所述的开关电源，其特征在于，所述开关模块包括MOS管，所述MOS管的栅极与所述控制模块连接，所述MOS管的源极接地，所述MOS管的漏极与所述原边线圈的另一端连接。

9.根据权利要求8所述的开关电源，其特征在于，所述隔离模块包括光耦合器，所述光耦合器的输入端与所述采样模块连接，所述光耦合器的输出端与所述控制模块连接。

10.根据权利要求6至9任一项所述的开关电源，其特征在于，还包括：

辅助供电模块，所述辅助供电模块与所述控制模块连接，所述辅助供电模块用于提供所述控制模块的工作电源。

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