CN217719264U

CN217719264U - 一种平面变压器及直流-直流隔离转换电路

Info

Publication number: CN217719264U
Application number: CN202221729935.XU
Authority: CN
Inventors: 张文根; 谢春晖; 张帝
Original assignee: Hunan Lidel Intelligent Sensing Technology Research Institute Co ltd
Current assignee: Hunan Lidel Intelligent Sensing Technology Research Institute Co ltd
Priority date: 2022-07-06
Filing date: 2022-07-06
Publication date: 2022-11-01
Anticipated expiration: 2032-07-06

Abstract

本申请涉及一种平面变压器及直流‑直流隔离转换电路，包括：印制电路板、磁芯，印制电路板上设置有通孔，印制电路板上印制有由扁平状导线绕制而成的初级线圈和次级线圈，初级线圈和次级线圈层叠并环绕穿设有磁芯的通孔，由于初级线圈和次级线圈均是采用扁平状的导线印制在电路板上，扁平的几何形状降低了电流频率较高时集肤效应和邻近效应引起的线圈损耗，增大了电流密度，提高了有效输出功率以及功率密度；由于初级线圈和次级线圈是层叠并环绕穿设有磁芯的通孔，初级线圈产生的磁力线极大部分都可以通过次级线圈，因此平面变压器的漏感低；由于平面变压器不需要绕组骨架，增加了散热面积，因此比传统的变压器体积更小且散热效果更好。

Description

一种平面变压器及直流-直流隔离转换电路

技术领域

本申请属于电力电子技术领域，特别是涉及一种平面变压器及直流-直流隔离转换电路。

背景技术

变压器是利用电磁感应原理，以相同的频率，在初级线圈和次级线圈之间变换电压或电流的一种能量转换电气设备。

传统的变压器一般是包括初级线圈、次级线圈、磁芯，其中初级线圈和次级线圈均是使用包裹绝缘材料的圆柱形导线绕制在铁氧体磁芯上，当变压器连接在高频和大电流的电路中，由于导线中的集肤效应和导线之间的邻近效应引起涡流，会降低线圈导线的有效传导性能，使线圈损耗显著增加，从而降低了变压器的次级线圈输出的有效功率，而且会引起变压器的内部温度升高，限制了变压器的功率密度的提升。

因此，如何提供一种可以降低线圈损耗的变压器，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本申请的目的为提供一种平面变压器；本申请提供的平面变压器，降低了线圈损耗，增大了电流密度，提高了有效输出功率以及功率密度，而且漏感低、体积更小、散热效果更好。

本申请提供的技术方案如下：

一种平面变压器，包括：印制电路板、磁芯；

所述印制电路板上设置有通孔，所述磁芯穿过所述通孔设置；

所述印制电路板上印制有由扁平状导线绕制而成的初级线圈和次级线圈，所述初级线圈和所述次级线圈层叠并环绕所述通孔设置；

所述初级线圈和所述次级线圈上均设置有用于与外部电路连接的端子。

优选地，所述初级线圈包括至少三层由上而下依次层叠设置的初级绕组，每层所述初级绕组之间通过敷铜的过孔连接；

所述次级线圈包括至少三层由上而下依次层叠设置的次级绕组，每层所述次级绕组之间通过敷铜的过孔连接；

所述端子包括分别设置在所述初级线圈的第一层初级绕组和第三层初级绕组上的第一端子和第二端子，以及分别设置在所述次级线圈的第一层次级绕组和第三层次级绕组上的第三端子和第四端子；

所述初级线圈和所述次级线圈之间经由绝缘材料实现电气隔离。

优选地，所述初级线圈的总匝数小于所述次级线圈的总匝数。

优选地，所述初级线圈的总匝数大于所述次级线圈的总匝数。

优选地，每层所述初级绕组的匝数相同。

优选地，每层所述次级绕组的匝数相同。

优选地，所述磁芯为E型或RM型铁氧化磁芯。

本申请还提供一种直流-直流隔离转换电路，包括：转换电路和整形及滤波电路；其中，所述转换电路包括：如上述任一项所述的平面变压器；其中：

所述转换电路，用于接收输入的第一直流电压，将所述第一直流电压接入所述的平面变压器中的初级线圈，以使在所述初级线圈中生成振荡电流，在所述平面变压器中的次级线圈中获得经隔离变压的交流电压；

所述整形及滤波电路，用于接收所述次级线圈输出的所述交流电压，并将所述交流电压整形、滤波成第二直流电压输出。

优选地，所述转换电路还包括控制器和第二滤波电路，其中：

所述控制器的输出端连接所述初级线圈的第一层初级绕组上的第一端子；

所述第一直流电压分别连接所述控制器的电源输入端、第二滤波电路的输入端、所述初级线圈的第三层初级绕组上的第二端子；

所述第二滤波电路的输出端连接所述控制器的启动端，当所述第二滤波电路的输出电压大于所述控制器的启动端的阈值电压时所述控制器启动，所述控制器的输出端向所述第一端子发送脉冲宽度调制信号。

优选地，所述转换电路还包括肖特基二极管、第二二极管、第一电阻，其中：

所述肖特基二极管的正极分别连接所述第一直流电压和所述第二端子；

所述肖特基二极管的负极连接所述第二二极管的负极；

所述第二二极管的正极分别连接所述控制器的输出端、所述第一端子、所述第一电阻的第一端；

所述第一电阻的第二端连接所述控制器的稳压端。

与现有技术相比较，本申请提供的平面变压器，包括：印制电路板、磁芯，印制电路板上设置有通孔，印制电路板上印制有由扁平状导线绕制而成的初级线圈和次级线圈，初级线圈和次级线圈层叠并环绕穿设有磁芯的通孔，由于初级线圈和次级线圈均是采用扁平状的导线印制在电路板上，扁平的几何形状降低了电流频率较高时集肤效应和邻近效应引起的线圈损耗，增大了电流密度，提高了有效输出功率以及功率密度；由于初级线圈和次级线圈是层叠并环绕穿设有磁芯的通孔，初级线圈产生的磁力线极大部分都可以通过次级线圈，因此平面变压器的漏感低；由于平面变压器不需要绕组骨架，增加了散热面积，因此比传统的变压器体积更小且散热效果更好。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或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他的附图。

图1为本申请实施例公开的一种平面变压器的结构示意图；

图2为本申请实施例公开的一种平面变压器的结构爆炸分解图；

图3为本申请实施例公开的一种直流-直流隔离转换电路的结构框图；

图4为本申请实施例公开的一种直流-直流隔离转换电路的电路图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，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，所描述的实施例仅仅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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

如图1和图2所示，本申请实施例提供了一种平面变压器100，包括：印制电路板110、磁芯120；印制电路板110上设置有通孔111，磁芯120穿过通孔111设置；印制电路板110上印制有由扁平状导线绕制而成的初级线圈 112和次级线圈113，初级线圈112和次级线圈113层叠并环绕通孔111设置；初级线圈112和次级线圈113上均设置有用于与外部电路连接的端子114。

与现有技术相比较，本申请提供的平面变压器100，印制电路板110、磁芯120，印制电路板110上设置有通孔111，印制电路板110上印制有由扁平状导线绕制而成的初级线圈112和次级线圈113，初级线圈112和次级线圈113 层叠并环绕穿设有磁芯120的通孔111，由于初级线圈112和次级线圈113均是采用扁平状的导线印制在电路板上，扁平的几何形状降低了电流频率较高时集肤效应和邻近效应引起的线圈损耗，增大了电流密度，提高了有效输出功率以及功率密度；由于初级线圈112和次级线圈113是层叠并环绕穿设有磁芯120的通孔111，初级线圈112产生的磁力线极大部分都可以通过次级线圈113，因此平面变压器100的漏感低；由于平面变压器100不需要绕组骨架，增加了散热面积，因此比传统的变压器体积更小且散热效果更好。

作为一种优选的实施方式，本申请实施例中，如图2所示，初级线圈112 包括至少三层由上而下依次层叠设置的初级绕组115，每层初级绕组115之间通过敷铜的过孔连接；次级线圈113包括至少三层由上而下依次层叠设置的次级绕组116，每层次级绕组116之间通过敷铜的过孔连接；端子114包括分别设置在初级线圈112的第一层初级绕组115和第三层初级绕组115上的第一端子1141和第二端子1142，以及分别设置在次级线圈113的第一层次级绕组 116和第三层次级绕组116上的第三端子1143和第四端子1144；初级线圈112 和次级线圈113之间经由绝缘材料117实现电气隔离。初级线圈112和次级线圈113之间设置的绝缘材料117为规格FR-4的玻璃纤维板，使得初级线圈112 和次级线圈113之间隔离效果好。本实施例中，印制电路板110包括在上面的三层初级绕组115、中间的绝缘材料117玻璃纤维板、下面的三层次级绕组116，其中，第一端子1141设置在印制电路板110的第一层，第二端子1142 设置在印制电路板110的第三层，第三端子1143设置在印制电路板110的第五层，第四端子1144设置在印制电路的第七层。

本实施例中，初级绕组115和次级绕组116均是由扁平状的包裹第二绝缘材料的铜箔绕制而成，每层绕组可以通过调节铜箔的厚度来调节电流的大小。

作为一种优选的实施方式，本申请实施例中，初级线圈112的总匝数小于次级线圈113的总匝数。在初级线圈112的总匝数小于次级线圈113的总匝数时，平面变压器100的作用为升压。

作为一种优选的实施方式，本申请实施例中，初级线圈112的总匝数大于次级线圈113的总匝数。在初级线圈112的总匝数大于次级线圈113的总匝数时，平面变压器100的作用为降压。

作为一种优选的实施方式，本申请实施例中，每层初级绕组115的匝数相同。每层初级绕组115的匝数相同，更有利于电路板的印制和工艺生产。

作为一种优选的实施方式，本申请实施例中，每层次级绕组116的匝数相同。每层次级绕组116的匝数相同，更有利于电路板的印制和工艺生产。

作为一种优选的实施方式，本申请实施例中，如图1和图2所示，磁芯 120为E型或RM型铁氧化磁芯。本实施例采用E型磁芯，该磁芯120是由高频功率铁氧体材料制成，在高频下有较低的损耗。本实施例中，磁芯120 包括底板121、设于底板121上的绕线柱122，以及设于底板121上的一对侧板123，绕线柱122设于一对侧板123之间，绕线柱122穿过印制电路板110 的通孔111，初级线圈112和次级线圈113层叠并环绕通孔111设置，第一端子1141和第二端子1142朝向底板121上未设置有侧板123的两侧中的一侧，第三端子1143和第四端子1144朝向未设置有侧板123的两侧中的另一侧，即第一端子1141和第二端子1142的朝向，与第三端子1143和第四端子1144 的朝向相反；本实施例中，绕线柱122和印制电路板110固定连接。

如图3所示，本申请还提供一种直流-直流隔离转换电路，包括：转换电路200和整形及滤波电路300；其中，转换电路200包括：如上述任一项的平面变压器100；其中：转换电路200，用于接收输入的第一直流电压，将第一直流电压接入的平面变压器100中的初级线圈112，以使在初级线圈112中生成振荡电流，在平面变压器100中的次级线圈113中获得经隔离变压的交流电压；整形及滤波电路300，用于接收次级线圈113输出的交流电压，并将交流电压整形、滤波成第二直流电压输出。本实施例中，采用初级线圈112的总匝数大于次级线圈113的总匝数的降压平面变压器100，通过平面变压器 100的隔离作用，将输入的第一直流电压和输出的第二直流电压隔离，保证各部分电路安全工作，在输出端可以获得隔离和降压后的电压。

如图4所示，本实施例中，整形及滤波电路300包括第三二极管D3、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一双向瞬态二极管D4、第二电阻 R2，其中：第三二极管D3的正极连接次级线圈113上的第三端子1143，第三二极管D3的负极连接第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一双向瞬态二极管D4、第二电阻R2并联后的第一端后，连接第二直流电压的输出端口VOUT；次级线圈113上的第四端子1144连接第一电容C1、第二电容 C2、第三电容C3、第一双向瞬态二极管D4、第二电阻R2并联后的第二端后接地。第三二极管D3用于将输入的交流电压整形为直流电压，再通过第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3进行滤波；第一双向瞬态二极管D4用于对输出的第二直流电压进行过压保护；第二电阻R2为泄放电阻，用于给第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3提供一个消耗能量的通路，使电路受到安全保护。

作为一种优选的实施方式，本申请实施例中，转换电路200包括控制器 400、第二滤波电路500、平面变压器100，其中：控制器400的输出端4脚连接初级线圈112的第一层初级绕组115上的第一端子1141；第一直流电压分别连接控制器400的电源输入端5脚、第二滤波电路500的输入端、初级线圈112的第三层初级绕组115上的第二端子1142；第二滤波电路500的输出端连接控制器400的启动端1脚，当第二滤波电路500的输出电压大于控制器400的启动端1脚的阈值电压时控制器400启动，控制器400的输出端4 脚向第一端子1141发送脉冲宽度调制信号。本实施例中，控制器400采用型号EN8F202的单片机U1，根据单片机U1需要达到的功能，预先在单片机 U1中烧录软件程序；第二滤波电路500包括第二双向瞬态二极管D5、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第三电阻R3、第四电阻R4，其中：第一直流电压的端口VIN分别连接第二双向瞬态二极管D5、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6并联后的第一端，以及第三电阻R3的第一端；第一直流电压的端口VIN还连接单片机U1的5脚，给单片机U1提供供电电压；第二双向瞬态二极管D5的第二端分别连接第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6并联后的第二端，以及第四电阻R4的第一端和单片机U1的2脚后接地；第三电阻R3的第二端和第四电阻R4的第二端连接后，接入至控制器 400的启动端即单片机U1的1脚，用于给单片机U1的1脚提供滤波降压后的启动电压，当该启动电压大于单片机U1的1脚的阈值电压时单片机U1启动，单片机U1的4脚向第一端子1141发送脉冲宽度调制信号，而且由于第一直流电压的端口VIN还连接初级线圈112上的第二端子1142，因此在初级线圈112可以生成振荡电流。

本实施例中，第二双向瞬态二极管D5用于对输入的直流电压进行过压保护，端口VIN可以是直流电压源的输出端口，也可以是其他电路提供第一直流电压的端口。

作为一种优选的实施方式，本申请实施例中，转换电路200还包括肖特基二极管D1、第二二极管D2、第一电阻R1，其中：肖特基二极管D1的正极分别连接第一直流电压和第二端子1142；肖特基二极管D1的负极连接第二二极管D2的负极；第二二极管D2的正极分别连接控制器400的输出端 4脚、第一端子1141、第一电阻R1的第一端；第一电阻R1的第二端连接控制器400的稳压端3脚。本实施例中，肖特基二极管D1的正极分别连接第一直流电压的端口VIN和初级线圈112上的第二端子1142；肖特基二极管D1 的负极连接第二二极管D2的负极；第二二极管D2的正极分别连接单片机 U1的4脚、初级线圈112上的第一端子1141、第一电阻R1的第一端；第一电阻R1的第二端连接单片机U1的3脚；其中，肖特基二极管D1和第二二极管D2反向串联，用于给输入初级线圈112的电压提供抗电磁干扰保护；第一电阻R1用于将初级线圈112的电压通过单片机U1的3脚反馈给单片机U1，再通过单片机U1来控制稳定初级线圈112的电压。

本实施例中，直流-直流隔离转换电路200还包括第七电容C7，第七电容C7的第一端连接第二双向瞬态二极管D5的第二端，以及第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6并联后的第二端，以及第四电阻R4的第一端和单片机 U1的2脚后接地；第七电容C7的第二端连接次级线圈113上的第四端子1144，以及第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一双向瞬态二极管D4、第二电阻R2并联后的第二端后接地；第七电容C7用于限流。

本实施例中，直流-直流隔离转换电路200还包括第八电容C8，第八电容 C8的第一端连接单片机U1的3脚，第八电容C8的第二端连接第七电容C7 的第一端；第八电容C8用于旁路或去耦。

综上，本申请的优势在于：本申请提供的平面变压器100，降低了线圈损耗，增大了电流密度，提高了有效输出功率以及功率密度，而且漏感低、体积更小、散热效果更好。

本说明书中各实施例采用递进方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例不同之处，各个实施例之间相同或相似部分相互参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种平面变压器，其特征在于，包括：印制电路板、磁芯；

2.根据权利要求1所述的平面变压器，其特征在于，

所述初级线圈包括至少三层由上而下依次层叠设置的初级绕组，每层所述初级绕组之间通过敷铜的过孔连接；

3.根据权利要求2所述的平面变压器，其特征在于，所述初级线圈的总匝数小于所述次级线圈的总匝数。

4.根据权利要求2所述的平面变压器，其特征在于，所述初级线圈的总匝数大于所述次级线圈的总匝数。

5.根据权利要求4所述的平面变压器，其特征在于，每层所述初级绕组的匝数相同。

6.根据权利要求5所述的平面变压器，其特征在于，每层所述次级绕组的匝数相同。

7.根据权利要求1所述的平面变压器，其特征在于，所述磁芯为E型或RM型铁氧化磁芯。

8.一种直流-直流隔离转换电路，其特征在于，包括：转换电路和整形及滤波电路；其中，所述转换电路包括：如权利要求1至7中任一项所述的平面变压器；其中：

9.根据权利要求8所述的直流-直流隔离转换电路，其特征在于，所述转换电路还包括控制器和第二滤波电路，其中：

10.根据权利要求9所述的直流-直流隔离转换电路，其特征在于，所述转换电路还包括肖特基二极管、第二二极管、第一电阻，其中：

所述肖特基二极管的负极连接所述第二二极管的负极；

所述第一电阻的第二端连接所述控制器的稳压端。