CN218447480U - 一种中心抽头式pcb变压器及电源模块 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种中心抽头式PCB变压器及电源模块，中心抽头式PCB变压器包括第一磁芯中柱、第二磁芯中柱、初级PCB绕组、第一次级PCB绕组和第二次级PCB绕组；初级PCB绕组的两端为变压器的电流输入端，第一次级PCB绕组的第一端为变压器的第一电流输出端，第二次级PCB绕组的第一端为变压器的第二电流输出端，两次级PCB绕组相互连接，且连接处为变压器的中心抽头，第一磁芯中柱沿其周向的横截面积与第二磁芯中柱沿其周向的横截面积相等；初级PCB绕组围绕第一磁芯中柱和第二磁芯中柱的外围绕制；第一次级PCB绕组围绕第一磁芯中柱和/或第二磁芯中柱绕制；第二次级PCB绕组围绕第二磁芯中柱和/或第一磁芯中柱绕制；第一次级PCB绕组和第二次级PCB绕组的缠绕圈数一致。

Description

一种中心抽头式PCB变压器及电源模块

技术领域

本公开涉及电子电路技术领域，特别是涉及一种中心抽头式PCB变压器及电源模块。

背景技术

随着电子器件的小型化、高功率高密度化，电源领域对于磁器件的体积要求越来越高，即希望磁器件的体积越小越好，从而可以降低整个电源模块的体积。由于PCB板(Printed Circuit Board，中文名称为印制电路板，又称印刷线路板)式的平面变压器呈平板状，面积小，高度低，符合电源小体积的要求，因此，越来越多的磁器件采用PCB绕组的平面功率器件来实现。

在变压器设计中，次级绕组常常需要用到中心抽头的设计，中心抽头设计使得两个次级绕组的输出端的电压绝对值相等但是相位相反。在PCB变压器中，绕组是覆铜板经过蚀刻形成的导线，不存在绕线工艺问题，能够更好的适用于中心抽头设计。因此，在一些应用中，需要采用中心抽头PCB变压器以满足电源电路的设计需求。

如图1所示，其为传统的中心抽头PCB变压器的绕组结构示意图。在图1中，该PCB变压器一共设置了六层PCB绕组11，六层PCB绕组11均围绕磁芯中柱12绕制，其中，第一层PCB绕组111和第二层PCB绕组112为第一初级绕组，第三层PCB绕组113为第一次级绕组，第四层PCB绕组114为第二次级绕组，第五层PCB绕组115和第六层PCB绕组116为第二初级绕组，第一次级绕组和第二次级绕组的绕制圈数一致，形成中心抽头式变压器。但是，该传统的中心抽头PCB变压器的初级绕组和次级绕组的绕制圈数较多，PCB变压器的体积依旧较大，并且由于初级绕组绕制圈数较多，还存在较大的导体损耗。

实用新型内容

基于此，本公开的目的在于，提供一种中心抽头式PCB变压器及电源模块，中心抽头式PCB变压器具有线圈绕制圈数较少，体积小，导体损耗小的优点。

根据本公开实施例的第一方面，提供了一种中心抽头式PCB变压器，包括第一磁芯中柱、第二磁芯中柱、初级PCB绕组、第一次级PCB绕组和第二次级PCB绕组；

所述初级PCB绕组的两端为变压器的电流输入端，所述第一次级PCB绕组的第一端为变压器的第一电流输出端，所述第二次级PCB绕组的第一端为变压器的第二电流输出端，所述第一次级PCB绕组的第二端和所述第二次级PCB绕组的第二端相互连接，两次级PCB绕组的连接处为变压器的中心抽头，所述第一磁芯中柱沿其周向的横截面积与所述第二磁芯中柱沿其周向的横截面积相等；所述初级PCB绕组围绕所述第一磁芯中柱和第二磁芯中柱的外围绕制；所述第一次级PCB绕组围绕所述第一磁芯中柱和/或第二磁芯中柱绕制；所述第二次级PCB绕组围绕所述第二磁芯中柱和/或第一磁芯中柱绕制；所述第一次级PCB绕组和所述第二次级PCB绕组的缠绕圈数一致。

根据本公开实施例的第二方面，提供了一种电源模块，包括电源输入端、电源输出端、以及如上任意一项实施例的PCB变压器。

应用本公开实施例的上述技术方案，通过将PCB变压器的磁芯中柱平均分为第一磁芯中柱和第二磁芯中柱实现分数匝设计，能够降低初级PCB绕组的绕制圈数，并降低次级PCB绕组的绕制圈数，从而有效减少线圈缠绕圈数，降低了PCB使用面积；通过将匝数一致的第一次级PCB绕组和第二次级PCB绕组缠绕于两个磁芯中柱上，并于两个次级PCB绕组的连接处形成中心抽头，从而降低了中心抽头式变压器的实现难度，且两个磁芯中柱上均绕制有次级PCB绕组有助于进一步减少PCB使用面积。因此，该中心抽头式PCB变压器具有线圈绕制圈数较少，体积小，导体损耗小的优点。

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和解释性的，并不能限制本公开。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本公开。

附图说明

图1为现有技术中传统PCB变压器的绕组缠绕示意图；

图2为本公开一个实施例1示出的初级线圈和次级线圈的绕制示意图；

图3为本公开一个实施例示出的磁芯中柱和磁芯边柱的结构示意图；

图4为本公开一个实施例示出的各个磁感应回路的结构示意图；

图5为本公开一个实施例2示出的初级线圈和次级线圈的绕制示意图；

图6为本公开一个实施例3示出的初级线圈和次级线圈的绕制示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

在本公开的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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公开和简化描述，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公开的限制。在本公开的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本公开提供一种中心抽头式PCB变压器及电源模块，中心抽头式PCB变压器具有线圈绕制圈数较少，体积小，导体损耗小的优点，有助于降低整体电源模块的体积。

以下结合附图对本申请的技术方案进行说明。

请同时参阅图2和图3，图2为本公开一个实施例1示出的初级线圈和次级线圈的绕制示意图；图3为本公开一个实施例示出的磁芯中柱和磁芯边柱的结构示意图。

本实施例中，第一磁芯中柱21、第二磁芯中柱22、初级PCB绕组23、第一次级PCB绕组24和第二次级PCB绕组25。

所述初级PCB绕组23的两端为变压器的电流输入端，所述第一次级PCB绕组24的第一端为变压器的第一电流输出端，所述第二次级PCB绕组25的第一端为变压器的第二电流输出端，所述第一次级PCB绕组24的第二端和所述第二次级PCB绕组25的第二端相互连接，两次级PCB绕组的连接处为变压器的中心抽头，从而实现中心抽头式PCB变压器。

所述第一磁芯中柱21和第二磁芯中柱22并排设置。第一磁芯中柱21沿其周向的横截面积与所述第二磁芯中柱22沿其周向的横截面积相等。将磁芯中柱一分为二成两个横截面积相同的磁芯中柱可以实现相同匝比的分数匝，从而有助于降低初级PCB绕组和次级PCB绕组的绕制圈数，有助于缩小PCB面积，进而降低变压器整体体积，节约材料，降低生产成本。

所述初级PCB绕组23围绕所述第一磁芯中柱21和第二磁芯中柱22的外围绕制，以实现变压器输入端的匝比；所述第一次级PCB绕组24围绕所述第一磁芯中柱21和/或第二磁芯中柱22绕制，以实现变压器输出端的分数匝匝比；所述第二次级PCB绕组25围绕所述第二磁芯中柱22和/或第一磁芯中柱21绕制，以实现变压器输出端的分数匝匝比。所述第一次级PCB绕组24和所述第二次级PCB绕组25的缠绕圈数一致，实现中心抽头式分数匝。

本实施例中，通过将PCB变压器的磁芯中柱平均分为第一磁芯中柱和第二磁芯中柱实现分数匝设计，能够降低初级PCB绕组的绕制圈数，并降低次级PCB绕组的绕制圈数，从而有效减少线圈缠绕圈数，降低了PCB使用面积；通过将匝数一致的第一次级PCB绕组和第二次级PCB绕组缠绕于两个磁芯中柱上，并于两个次级PCB绕组的连接处形成中心抽头，从而降低了中心抽头式变压器的实现难度，且两个磁芯中柱上均绕制有次级PCB绕组有助于进一步减少PCB使用面积。因此，该中心抽头式PCB变压器具有线圈绕制圈数较少，体积小，导体损耗小的优点。

在一个可选的实施例中，由于本实施例中的变压器为PCB平面式变压器，初级绕组和次级绕组均为蚀刻于PCB各个层上的导线，各个层之间的导线需要通过通孔实现电气连接。

因此，初级PCB绕组23可以包括若干层初级PCB绕组23，若干层初级PCB绕组23通过PCB变压器的层间通孔相互串联。

同时，所述第一次级PCB绕组24可以包括若干层第一次级PCB绕组24，若干层第一次级PCB绕组24通过PCB变压器的层间通孔连接；所述第二次级PCB绕组25可以包括若干层第二次级PCB绕组25，若干层第二次级PCB绕组25通过PCB变压器的层间通孔连接。并且第一次级PCB绕组24和第二次级PCB绕组25相互并联以实现变压器的两个输出电压。

如图4所示，图4为本公开一个实施例示出的各个磁感应回路的结构示意图。

所述PCB变压器包括磁芯上盖26、磁芯下盖27、第一磁边柱28和第二磁边柱29；当变压器通电时，可以形成第一初级感应回路和第二初级感应回路，所述第一次级感应磁回路沿所述第一磁芯中柱21、所述磁芯上盖26，所述第一磁边柱28、所述磁芯下盖27辐射并回到所述第一磁芯中柱21；所述第二次级感应磁回路沿所述第二磁芯中柱22、所述磁芯上盖26，所述第二磁边柱29、所述磁芯下盖27辐射并回到所述第二磁芯中柱22。

在一个可选的实施例中，当中心抽头双绕组分别缠绕在两个横截面积相同的磁芯中柱上时，为了减少面积误差带来的影响，本申请的绕组缠绕方式可以选用交叉式缠绕方式，从而更好的保证中心抽头变压器的两端电压输出一致性。

请参阅图5和图6，图5为本公开一个实施例2示出的初级线圈和次级线圈的绕制示意图；图6为本公开一个实施例3示出的初级线圈和次级线圈的绕制示意图。

所述第一次级PCB绕组24包括第一分绕组241和第二分绕组242，所述第一分绕组241和所述第二分绕组242分别缠绕于所述第一磁芯中柱21和所述第二磁芯中柱22上，且所述第一分绕组241和第二分绕组242的缠绕圈数一致。所述第二次级PCB绕组25包括第三分绕组251和第四分绕组252，所述第三分绕组251和所述第四分绕组分252别缠绕于所述第一磁芯中柱21和所述第二磁芯中柱22上，且所述第三分绕组251和第四分绕组252的缠绕圈数一致。所述第一分绕组241和所述第二分绕组242相互串联，所述第三分绕组251和第四分绕组252相互串联。

若两个磁芯中柱的面积比存在误差时，可以通过上述绕组缠绕方式来弥补，以保证中心抽头变压器的两个次级输出端输出电压的一致性。

具体的，如图5所示，次级绕组缠绕方式可以为：所述第一分绕组241和第三分绕组251相互交错缠绕于所述第一磁芯中柱21上，所述第二分绕组242和第四分绕组252相互交错缠绕于所述第二磁芯中柱22上。次级绕组缠绕方式可以为：所述第一分绕组241和第三分绕组251相互交错缠绕于所述第二磁芯中柱22上，所述第二分绕组242和第四分绕组252相互交错缠绕于所述第一磁芯中柱21上。

由于存在制作误差，若两个磁芯中柱的面积比无法完全一致，可能导致两个次级绕组的输出电压不一致，上述两种交叉式缠绕方式均可以弥补电压不一致的问题。

如图6所示，所述第一分绕组241和第二分绕组242可以位于PCB变压器的同一层，所述第三分绕组251和第四分绕组252可以位于PCB变压器的同一层上。

以下结合图1和图2来看，对PCB变压器的PCB面积尺寸进行对比说明。

图1中传统PCB变压器的设计参数如下表1所示：

匝比

总匝数

串并联

线宽

线距

分布

初级饶阻

20

20

串联

0.6mm

0.25mm

L1/L2/L5/L6各5匝

次级饶阻1

1

4

并联

0.813mm

0.25mm

L3 4匝并联

次级饶阻2

1

4

并联

0.813mm

0.25mm

L4 4匝并联

表1

在图1中，若PCB板每层布线空间为4mm，PCB板边距离导线边缘为0.3mm，PCB板距离磁芯中柱为0.3mm，磁芯中柱的长度为2a，宽度为b，则传统PCB变压器中，可以计算出PCB变压器的板长为2a+4.6*2mm＝2a+9.2mm，板宽为b+4.6*2mm＝b+9.2mm。

图2中PCB变压器的设计参数如下表2所示：

表2

在图2中，若PCB板边距离导线边缘为0.3mm，PCB板距离磁芯中柱距离为0.3mm，可计算得PCB板每层总磁芯外围布线空间为2.3mm，两个磁中柱中间布线空间为1.87mm。本实用新型实施例的设计中，可以计算出PCB变压器的板长为2a+2.3*2+1.87mm＝2a+6.47mm，板宽为b+2.3*2mm＝b+4.6mm。

由以上对比可知，传统PCB变压器的PCB板板长为2a+9.2mm，板宽为＝b+9.2mm；而本实施例的中心抽头式PCB变压器的PCB板板长为2a+6.47mm，宽为b+4.6mm，该尺寸远小于传统PCB变压器的PCB尺寸，有助于缩小变压器的整体体积。

以上，上述各个实施例中，通过将PCB变压器的磁芯中柱平均分为第一磁芯中柱和第二磁芯中柱实现分数匝设计，能够降低初级PCB绕组的绕制圈数，并降低次级PCB绕组的绕制圈数，从而有效减少线圈缠绕圈数，降低了PCB使用面积；通过将匝数一致的第一次级PCB绕组和第二次级PCB绕组缠绕于两个磁芯中柱上，并于两个次级PCB绕组的连接处形成中心抽头，从而降低了中心抽头式变压器的实现难度，且两个磁芯中柱上均绕制有次级PCB绕组有助于进一步减少PCB使用面积。因此，该中心抽头式PCB变压器具有线圈绕制圈数较少，体积小，导体损耗小的优点。

根据本公开实施例的第二方面，提供了一种电源模块，包括电源输入端、电源输出端、以及如任意一项实施例记载的PCB变压器。

所述PCB变压器的初级PCB绕组的两端为电源模块的电源输入端，PCB变压器的第一次级PCB绕组的第一端为电源模块的第一电源输出端，PCB变压器的第二次级PCB绕组的第一端为电源模块的第二电源输出端。

本实施例中，中心抽头式PCB变压器具有线圈绕制圈数较少，体积小导体损耗小的优点。本实施例中未记载的内容可以参照上述变压器实施例记载的内容。

以上实施例仅表达了本公开的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对公开专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本公开的保护范围。

Claims (10)

1.一种中心抽头式PCB变压器，其特征在于，包括：第一磁芯中柱、第二磁芯中柱、初级PCB绕组、第一次级PCB绕组和第二次级PCB绕组；

所述初级PCB绕组的两端为变压器的电流输入端，所述第一次级PCB绕组的第一端为变压器的第一电流输出端，所述第二次级PCB绕组的第一端为变压器的第二电流输出端，所述第一次级PCB绕组的第二端和所述第二次级PCB绕组的第二端相互连接，两次级PCB绕组的连接处为变压器的中心抽头，

所述第一磁芯中柱沿其周向的横截面积与所述第二磁芯中柱沿其周向的横截面积相等；

所述初级PCB绕组围绕所述第一磁芯中柱和第二磁芯中柱的外围绕制；

所述第一次级PCB绕组围绕所述第一磁芯中柱和/或第二磁芯中柱绕制；

所述第二次级PCB绕组围绕所述第二磁芯中柱和/或第一磁芯中柱绕制；

所述第一次级PCB绕组和所述第二次级PCB绕组的缠绕圈数一致。

2.根据权利要求1所述的中心抽头式PCB变压器，其特征在于，所述第一磁芯中柱和第二磁芯中柱并排设置。

3.根据权利要求1所述的中心抽头式PCB变压器，其特征在于，所述初级PCB绕组包括若干层初级PCB绕组，若干层初级PCB绕组通过PCB变压器的层间通孔相互串联。

4.根据权利要求1所述的中心抽头式PCB变压器，其特征在于：所述第一次级PCB绕组包括若干层第一次级PCB绕组，若干层第一次级PCB绕组通过PCB变压器的层间通孔连接；

所述第二次级PCB绕组包括若干层第二次级PCB绕组，若干层第二次级PCB绕组通过PCB变压器的层间通孔连接。

5.根据权利要求1所述的中心抽头式PCB变压器，其特征在于，所述PCB变压器还包括磁芯上盖、磁芯下盖、第一磁边柱和第二磁边柱；

所述第一次级感应磁回路沿所述第一磁芯中柱、所述磁芯上盖，所述第一磁边柱、所述磁芯下盖辐射并回到所述第一磁芯中柱；

所述第二次级感应磁回路沿所述第二磁芯中柱、所述磁芯上盖，所述第二磁边柱、所述磁芯下盖辐射并回到所述第二磁芯中柱。

6.根据权利要求1所述的中心抽头式PCB变压器，其特征在于，

所述第一次级PCB绕组包括第一分绕组和第二分绕组，所述第一分绕组和所述第二分绕组分别缠绕于所述第一磁芯中柱和所述第二磁芯中柱上，且所述第一分绕组和第二分绕组的缠绕圈数一致；

所述第二次级PCB绕组包括第三分绕组和第四分绕组，所述第三分绕组和所述第四分绕组分别缠绕于所述第一磁芯中柱和所述第二磁芯中柱上，且所述第三分绕组和第四分绕组的缠绕圈数一致。

7.根据权利要求6所述的中心抽头式PCB变压器，其特征在于，

所述第一分绕组和第三分绕组相互交错缠绕于所述第一磁芯中柱上，所述第二分绕组和第四分绕组相互交错缠绕于所述第二磁芯中柱上，或者

所述第一分绕组和第三分绕组相互交错缠绕于所述第二磁芯中柱上，所述第二分绕组和第四分绕组相互交错缠绕于所述第一磁芯中柱上。

8.根据权利要求7所述的中心抽头式PCB变压器，其特征在于，所述第一分绕组和第二分绕组位于PCB变压器的同一层上，所述第三分绕组和第四分绕组位于PCB变压器的同一层上。

9.根据权利要求6至8任意一项所述的中心抽头式PCB变压器，其特征在于，所述第一分绕组和所述第二分绕组相互串联，所述第三分绕组和第四分绕组相互串联。

10.一种电源模块，其特征在于，包括电源输入端、电源输出端、以及如权利要求1至9任意一项所述的PCB变压器。

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