CN217640925U - 一种变压器及电路板组件 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种变压器及电路板组件。本申请的变压器，包括同轴电缆绕组，同轴电缆绕组由同轴电缆沿第一方向螺旋环绕而成，同轴电缆绕组沿第一方向平行的平面方向上与电路板连接，同轴电缆包括电缆第一端和电缆第二端，同轴电缆绕组包括：靠近且包括电缆第一端的第一半匝线圈，靠近且包括电缆第二端的第二半匝线圈，以及第一半匝线圈与第二半匝线圈之间的多个整匝线圈，实现同轴电缆绕组立体安装于电路板，可以更加充分利用电路板上方的高度空间，减小变压器安装于电路板上时占用的电路板面积。且通过此种安装连接方式，由于同轴线外导体更远离微带电路的地平面，在相同的同轴线长度时具有更高的磁化电感，从而增加了变压器的带宽。

Description

一种变压器及电路板组件

技术领域

本申请涉及变压器领域，特别涉及一种变压器及电路板组件。

背景技术

变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，包括线圈绕组。同轴变压器中的线圈绕组为同轴线线圈绕组，其中，同轴线是由两根同轴的圆柱导体构成的导行系统，结构由外到内依次为护套、外导体层、介质层和内导体。同轴变压器中由于同轴线是封闭结构，几乎完全消除了初、次级耦合导体之间的漏感，因而可以得到近乎理想的变压器特性，适合大功率射频应用。

但现有同轴线变压器大多使用平面布局方式与电路板(PCB)焊接到一起，导致在大功率应用、采用大直径同轴线制作的射频变压器占用的电路板面积大，尤其是在较低的射频频率时，需要增加同轴线长度才能达到预设的磁化电感量，从而导致变压器占用的电路板面积更加可观。

实用新型内容

本申请提供一种变压器，以解决变压器占用的电路板面积大的问题。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种变压器，包括：同轴电缆绕组，所述同轴电缆绕组由同轴电缆沿第一方向螺旋环绕而成，所述同轴电缆绕组沿与所述第一方向平行的平面方向上与电路板连接；所述同轴电缆包括电缆第一端和电缆第二端，所述同轴电缆绕组包括：靠近且包括所述电缆第一端的第一半匝线圈，靠近且包括所述电缆第二端的第二半匝线圈，以及所述第一半匝线圈与所述第二半匝线圈之间的多个整匝线圈。

可选地，所述第一半匝线圈的一端为所述电缆第一端，所述第一半匝线圈另一端与所述整匝线圈连接；所述第二半匝线圈的一端为所述电缆第二端，所述第二半匝线圈另一端与所述整匝线圈连接；在所述第一半匝线圈另一端与所述整匝线圈的连接处、一个所述整匝线圈与另一个所述整匝线圈的连接处、以及所述第二半匝线圈另一端与所述整匝线圈的连接处均设有引出部；所述引出部与所述电路板焊接。

可选地，引出部包括第一外导体引出部和第二外导体引出部，且在所述第一外导体引出部与所述第二外导体引出部间隔设置；所述第一外导体引出部与所述电路板焊接，所述第二外导体引出部与所述电路板焊接。

可选地，所述同轴电缆包括内导体、外导体以及介于所述内导体和所述外导体之间的介质层；所述电缆第一端包括内导体第一端，所述内导体第一穿出所述介质层和所述外导体暴露出。

可选地，每一个所述整匝线圈的半圈位置处设置有中心抽头，且多个所述中心抽头的外导体连接成整体，与所述内导体第一端连接。

可选地，所述电缆第二端包括内导体第二端(1b)和外导体第二端，所述内导体第二端与所述外导体第二端之间通过介质层间隔开；所述内导体第二端与所述电路板连接；所述外导体第二端与所述电路板连接。

可选地，所述第二半匝线圈还包括延长线圈，所述延长线圈使所述电缆第二端与所述电路板连接。

可选地，所述电缆第二端包括内导体第二端和外导体第二端，所述内导体第二端与所述外导体第二端之间通过介质层间隔开；所述内导体第二端与所述电路板焊接；所述外导体第二端与所述电路板焊接。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种电路板组件，包括电路板以及设置于所述电路板一侧表面上的变压器，所述变压器为上述任一项所述的变压器。

可选地，所述电路板包括多个焊盘，所述变压器通过所述焊盘焊接于所述电路板一侧表面上。

本申请的有益效果是：区别于现有技术的情况，本申请提供一种变压器，包括同轴电缆绕组，同轴电缆绕组由同轴电缆沿第一方向螺旋环绕而成，同轴电缆绕组沿第一方向平行的平面方向上与电路板连接，同轴电缆包括电缆第一端和电缆第二端，同轴电缆绕组包括：靠近且包括电缆第一端的第一半匝线圈，靠近且包括电缆第二端的第二半匝线圈，以及第一半匝线圈与第二半匝线圈之间的多个整匝线圈，实现同轴电缆绕组立体安装于电路板，可以更加充分利用电路板上方的高度空间，减小变压器安装于电路板上时占用的电路板面积。且通过此种安装连接方式，由于同轴线外导体更远离微带电路的地平面，在相同的同轴线长度时具有更高的磁化电感，从而增加了变压器的带宽。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例技术方案，下面将对实施例和现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是匝数比1:2的常规变压器的原理示意图；

图2是匝数比1:3的常规变压器的原理示意图；

图3a是本申请提供的变压器一实施例的结构示意图；

图3b是图3a的左视图的结构示意图；

图3c是图3a的右视图的结构示意图；

图3d是图3a的后视图的结构示意图；

图4是本申请提供的变压器一实施例的原理示意图；

图5是本申请提供的同轴电缆的截面示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“第一”、“第二”、“第三”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”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，在不冲突的情况下，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。下面通过具体实施例，分别进行详细的说明。

参阅图1和图2，图1是匝数比1:2的常规变压器的原理示意图，图2是匝数比1:3的常规变压器的原理示意图。在图1和图2中，粗弧线段代表变压器的绕组线圈，每一段圆弧代表半匝线圈，两段连续的圆弧代表1个整匝线圈。其中，1a、1b代表初级绕组的两端引出线，2a、2b代表次级绕组的两端引出线，而2c代表次级绕组的中心抽头引出线。图1和图2的常规变压器中，初级线圈串联连接，次级线圈并联连接。其它匝数比的常规变压器的原理与图1和图2中匝数比1:2和匝数比1：3相同。

图1和图2对应的常规变压器使用同轴线实现时，由于同轴线的封闭特性，要实现初级线圈串联连接与次级线圈并联连接，且同时实现整数匝数比的结构，必然导致初级绕组的两端始终会与次级绕组的两端在空间上靠近，从而不利于变压器安装于电路板上，且不便于电路布版。

本申请提供一种变压器，参阅图3a-图3d和图4，图3a是本申请提供的变压器一实施例的结构示意图，图3b是图3a的左视图的结构示意图，图3c是图3a的右视图的结构示意图，图3d是图3a的后视图的结构示意图。图4是本申请提供的变压器一实施例的原理示意图。需要说明的是，为更好地在附图中体现变压器的立体安装，在图3a-图3d中不仅包括有变压器，还包括有电路板。

本实施例中，变压器10包括同轴电缆绕组11，同轴电缆绕组11由同轴电缆(图未标)沿第一方向x螺旋环绕而成。同轴电缆绕组11沿第一方向x平行的平面方向上与电路板20连接，同轴电缆包括电缆第一端111和电缆第二端112，同轴电缆绕组11包括靠近且包括电缆第一端111的第一半匝线圈113，靠近且包括电缆第二端112的第二半匝线圈114，以及第一半匝线圈113与第二半匝线圈114之间的多个整匝线圈115。

同轴电缆包括电缆第一端111和电缆第二端112，那么由同轴电缆绕设成的同轴电缆绕组11也具有此电缆第一端111和电缆第二端112。

具体地，以匝数比1：3为例，在图4中，粗弧线段代表变压器的绕组线圈，每一段圆弧代表半匝线圈，两段连续的圆弧代表1个整匝线圈。那么同轴电缆绕组11包括位于同轴电缆绕组11两端的两个半匝线圈，分别为第一半匝线圈113与第二半匝线圈114，以及两个半匝线圈之间的两个整匝线圈115。

同轴电缆也可称为同轴线，是由两根同轴的圆柱导体构成。参阅图5，图5是本申请提供的同轴电缆的截面示意图。同轴电缆包括内导体31、外导体32以及介于内导体31和外导体32之间的介质层33。也就是说，同轴电缆的结构由外到内依次为外导体32、介质层33和内导体31。且在外导体32之外，还可以包括有护套34。

由同轴电缆绕设而成的同轴电缆绕组11包括初级绕组和次级绕组，其中，初级绕组对应内导体31，次级绕组对应外导体32。图4中，同轴电缆绕组11中的31a、31b代表初级绕组的两端引出线，32a、32b代表次级绕组的两端引出线，32c代表次级绕组的中心抽头引出线。

本实施例中，通过同轴电缆绕组11沿与第一方向x平行的平面方向上与电路板20连接，实现包括同轴电缆绕组11的变压器10立体安装于电路板20，可以更加充分利用电路板20表面上方的高度空间，减小变压器10安装于电路板20上时占用的电路板20表面面积。且同轴电缆绕组11将一整匝线圈分成了两个半匝线圈分置于整数匝线圈的两端，整个变压器的连接方式仍然是初级线圈串联连接，次级线圈并联连接，通过改变同轴电缆的绕线，使得到的变压器具有与常规变压器相同特性。

由于受到电路板20的宽度w_PCB的限制，变压器10要达到足够的磁化电感需要足够的电缆长度，使用足够长度的同轴电缆绕设成的同轴电缆绕组11，其总的宽度dh可能需要较大的尺寸，以水平方式将变压器10焊接到电路板20上，会使得变压器10占据的电路板20部分区域不便于充分利用。比如，同轴电缆绕组11中除了与电路板20连接的区域，还有线圈包围的非线圈区域，非线圈区域对应的电路板20上部分区域未与变压器10连接，但由于被线圈包围，也不方便用于其他用途，比如不方便连接其他元器件等。

本实施例以垂直立体安装方式将变压器10焊接到电路板20上，变压器10占据的电路板20长度尺寸就变成了宽度dv，一般宽度dv可以为电缆直径的约5倍，而宽度dh变成了变压器10的厚度，在垂直于电路板20的表面的空间上，不影响电路板20表面面积的利用。此种垂直安装的方式，使电路板20表面得以更加充分利用。一般对于大功率变压器10应用所使用的电缆直径，宽度dv远远小于宽度dh，从而减小变压器10占用电路板20的表面面积。另外，立体安装时同轴电缆绕组11一部分电缆是悬空的，这部分电缆由于远离电路板上的微带电路的地平面，所以可以贡献更大的磁化电感，从而可以使用更短的电缆及增加变压器10的工作带宽。

进一步地，第一半匝线圈113的一端为电缆第一端111，第一半匝线圈另一端与整匝线圈115连接。第二半匝线圈114的一端为电缆第二端112，第二半匝线圈114另一端与整匝线圈115连接。在第一半匝线圈113另一端与整匝线圈115的连接处、一个整匝线圈115与另一个整匝线圈115的连接处、以及第二半匝线圈114另一端与整匝线圈115的连接处均设有引出部116，引出部116与电路板20焊接。

由于第一半匝线圈113为同轴电缆绕组11中靠近电缆第一端111的半匝线圈，且包括电缆第一端111，因此第一半匝线圈113的一端则为电缆第一端111，另一端则与整匝线圈115连接，且连接处设有引出部116。同样地，第二半匝线圈114为同轴电缆绕组11靠近电缆第二端112的半匝线圈，且包括电缆第二端112，因此第二半匝线圈114的一端则为电缆第二端112，另一端则与整匝线圈115连接，与整匝线圈115的连接处设有引出部116。

其中，引出部116包括第一外导体引出部1161和第二外导体引出部1162，且第一外导体引出部1161与第二外导体引出部1162间隔设置，第一外导体引出部1161与电路板20焊接，第二外导体引出部1162与电路板20焊接。具体地，第一外导体引出部1161和第二外导体引出部1162分别与电路板20上对应的焊盘焊接。

而电缆第一端111包括内导体第一端1111，内导体第一端1111穿出电缆第一端111对应处的介质层和外导体暴露出。

每一个整匝线圈115的半圈位置处设置有中心抽头1151，且多个中心抽头1151的外导体连接成整体，与内导体第一端1111连接。其中，中心抽头1151是在整个线圈的中心或者中央接出的一段导线，它相对于另外两个端电压或信号强度居中。比如，与第一半匝线圈113相连的整匝线圈115，其一端即为第一半匝线圈113另一端，或者说第一半匝线圈113与整匝线圈115的连接处；其另一端即为此整匝线圈115与另一个整匝线圈115的连接处，在此整匝线圈115的半圈位置处，即从此整匝线圈115的一端到另一端的中点位置处，设置有一中心抽头1151。

具体地，射频变压器的中心抽头位置处是虚拟射频地，通常被用来作为射频功率放大管的直流偏置馈电点，以保证射频信号与电源之间有足够的隔离。

进一步地，电缆第二端112还包括内导体第二端1121和外导体第二端1122，内导体第二端1121与外导体第二端1122之间通过介质层间隔开。内导体第二端1121与电路板20连接，外导体第二端1122与电路板20连接。

在一个具体实施例中，第二半匝线圈114还包括延长线圈(图未标)，延长线圈使电缆第二端112与电路板20连接。参阅图3c，在没有延长线圈时，第二半匝线圈114理论的末端是在中心抽头1151对应位置处，而中心抽头1151处为同轴电缆绕组11远离电路板20的平面上，此时需要使用飞线连接电缆第二端112和电路板20，也即内导体第二端1121与电路板20通过引线连接，外导体第二端1122与电路板20通过引线连接。而增加了延长线圈，使第二半匝线圈114理论的末端由中心抽头1151对应位置处延伸至同轴电缆绕组11靠近电路板20的平面上，使内导体第二端1121和外导体第二端1122分别可以通过焊接方式与电路板20连接，以方便变压器与电路板20的连接，避免额外的飞线。且为了使多个焊盘区之间保持适当的距离，方便焊接，避免焊盘短路，可以适当增加延长线圈的长度，使其与电路板20的焊接区能够与其他焊接区保持适当的间距。

其中，飞线(Jump wire)也称跳线，一般指印刷电路板上因设计缺陷、测试目的或是其他设计考量，将电路板上的两个节点直接用电线连通的一种方法。

在本实施例中，内导体第一端1111与中心抽头1151直接焊接在一起，避免了需要飞线才能接地。但初级线圈与次级线圈之间不再是直流隔离，中心抽头1151处的直流电压也存在于内导体第二端1121，在内导体第二端1121与外接电路之间需要隔直流时，则需要在内导体第二端1121与外接电路之间设置隔直电容30。

需要说明的是，在本实施例中，图3a-图3d中变压器的结构示意图中的各端引出，可以与图4中各端引出对应。具体的，内导体第一端1111对应初级绕组的一端引出线31a，内导体第二端1121初级绕组的一端引出线31b，第一外导体引出部1161对应次级绕组的一端引出线32a，第二外导体引出部1162对应次级绕组的一端引出线32b，中心抽头1151对应次级绕组的中心抽头引出线32c。

另外，本实施例中以匝数比1:3的变压器进行详细的说明，而匝数比为1:2或其他比例的变压器，均可以按照本申请中内导体31和外导体32的引出设置以及与电路板20的对应焊接，实现本实施例以垂直立体安装方式将变压器10焊接到电路板20上，变压器10占据的电路板20长度尺寸就变成了宽度dv，一般宽度dv可以为电缆直径的约5倍，而宽度dh变成了变压器10的厚度，在垂直于电路板20的表面的空间上，不影响电路板20表面面积的利用。此种垂直安装的方式，使电路板20表面得以更加充分利用。一般对于大功率变压器10应用所使用的电缆直径，宽度dv远远小于宽度dh，从而减小变压器10占用电路板20的表面面积。另外，立体安装时同轴电缆绕组11一部分电缆是悬空的，这部分电缆由于远离电路板上的微带电路的地平面，所以可以贡献更大的磁化电感，从而可以使用更短的电缆及增加变压器10的工作带宽。

同轴电缆绕组11包括有多个焊接处，与电路板20的焊接。对应的，电路板20上也包括有焊盘，以实现与同轴电缆绕组11的焊接固定。

本申请还提供一种电路板组件，同样可以参阅图3a-图3d，电路板组件包括电路板20以及设置于电路板20一侧表面上的变压器10。电路板20包括多个焊盘，变压器10通过多个焊盘与变压器10通过多个焊盘焊接于电路板20一侧表面。

具体地，电路板20包括焊盘21、焊盘22、焊盘23、焊盘24、焊盘25，以及电路板介质层26和远离变压器10一侧的导电层27。其中，5a～5e为通过照相/制版/腐蚀工艺制作的焊盘。导电层27为电路板20上的微带电路的大规模背面。变压器的外导体端头，第一外导体引出部1161和第二外导体引出部1162分别与电路板20上对应的焊盘21和焊盘22焊接连接。变压器的外导体第二端1122与电路板20上对应的焊盘23焊接连接，焊盘23通常作为外部电源的馈电点，在此情况下，外部电源的电压通过此变压器10的内、外导体，最终也出现在内导体第二端1121。变压器的内导体第二端1121与电路板20上对应的焊盘24焊接连接，并通过隔直电容30与焊盘25连接，由于隔直电容30的存在，内导体第二端321处具有的直流电压不会出现在焊盘25上。

以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种变压器，其特征在于，包括：

同轴电缆绕组，所述同轴电缆绕组由同轴电缆沿第一方向螺旋环绕而成，所述同轴电缆绕组沿与所述第一方向平行的平面方向上与电路板连接；

所述同轴电缆包括电缆第一端和电缆第二端，所述同轴电缆绕组包括：靠近且包括所述电缆第一端的第一半匝线圈，靠近且包括所述电缆第二端的第二半匝线圈，以及所述第一半匝线圈与所述第二半匝线圈之间的多个整匝线圈。

2.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述第一半匝线圈的一端为所述电缆第一端，所述第一半匝线圈另一端与所述整匝线圈连接；

所述第二半匝线圈的一端为所述电缆第二端，所述第二半匝线圈另一端与所述整匝线圈连接；

在所述第一半匝线圈另一端与所述整匝线圈的连接处、一个所述整匝线圈与另一个所述整匝线圈的连接处、以及所述第二半匝线圈另一端与所述整匝线圈的连接处均设有引出部；

所述引出部与所述电路板焊接。

3.根据权利要求2所述的变压器，其特征在于，所述引出部包括第一外导体引出部和第二外导体引出部，且在所述第一外导体引出部与所述第二外导体引出部间隔设置；

所述第一外导体引出部与所述电路板焊接，所述第二外导体引出部与所述电路板焊接。

4.根据权利要求2所述的变压器，其特征在于，所述同轴电缆包括内导体、外导体以及介于所述内导体和所述外导体之间的介质层；

所述电缆第一端包括内导体第一端，所述内导体第一端穿出所述介质层和所述外导体暴露出。

5.根据权利要求4所述的变压器，其特征在于，每一个所述整匝线圈的半圈位置处设置有中心抽头，且多个所述中心抽头的外导体连接成整体，与所述内导体第一端连接。

6.根据权利要求5所述的变压器，其特征在于，所述电缆第二端包括内导体第二端和外导体第二端，所述内导体第二端与所述外导体第二端之间通过介质层间隔开；

所述内导体第二端与所述电路板连接；所述外导体第二端与所述电路板连接。

7.根据权利要求5所述的变压器，其特征在于，所述第二半匝线圈还包括延长线圈，所述延长线圈使所述电缆第二端与所述电路板连接。

8.根据权利要求7所述的变压器，其特征在于，所述电缆第二端包括内导体第二端和外导体第二端，所述内导体第二端与所述外导体第二端之间通过介质层间隔开；

所述内导体第二端与所述电路板焊接；所述外导体第二端与所述电路板焊接。

9.一种电路板组件，其特征在于，包括电路板以及设置于所述电路板一侧表面上的变压器，所述变压器为权利要求1-8任一项所述的变压器。

10.根据权利要求9所述的电路板组件，其特征在于，所述电路板包括多个焊盘，所述变压器通过所述焊盘焊接于所述电路板一侧表面。

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