CN220189414U - 一种平面变压器、电子设备及集成电路板 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种平面变压器、电子设备及集成电路板，该平面变压器包括：第一磁芯，包括沿第一方向延伸的中柱和两个边柱，两个边柱关于中柱对称设置；第一绕组和第二绕组，沿第一方向依次层叠设置，第二绕组环绕中柱设置，第一绕组包括沿第二方向平行设置的第一子绕组和第二子绕组，分别环绕两个边柱设置，第二方向垂直于第一方向；其中第一绕组和第二绕组并联设置。本申请通过多重层叠设置第一绕组和第二绕组，使得平面变压器的原副边的线圈成交叉设置，能够大大降低平面变压器产生的交流损耗，同时提高平面变压器的组装效率。

Description

一种平面变压器、电子设备及集成电路板

技术领域

本申请涉及平面变压器技术领域，特别是涉及一种平面变压器、电子设备及集成电路板。

背景技术

当今社会，各行各业中的电子产品中都离不开开关电源的使用，作为高效率供电设备，开关电源的应用备受关注。而变压器、电感等是开关电源中不可或缺的磁性器件。近年来，电力电子设备不断朝着小体积、高功率密度和高效率的方向发展，变压器作为其中体积较大的关键器件，其小型化，高效率更加备受关注。平面变压器因为可以做得更加轻薄，体积更小，被开始广泛应用于各种电源领域。

在现有技术中，由于大功率的变压器需要通过非常大的电流，即需要大大增加变压器铜线的线径，导致变压器的组装非常困难。同时，由于变压器存在一定的交流损耗，当变压器的功率越大时，其产生的交流损耗也越大。

实用新型内容

本申请至少提供一种平面变压器、电子设备及集成电路板，用于解决现有技术中的上述问题。

本申请第一方面提供了一种平面变压器，该平面变压器包括：

第一磁芯，包括沿第一方向延伸的中柱和两个边柱，两个边柱关于中柱对称设置；

第一绕组和第二绕组，沿第一方向依次层叠设置，第二绕组环绕中柱设置，第一绕组包括沿第二方向平行设置的第一子绕组和第二子绕组，分别环绕两个边柱设置，第二方向垂直于第一方向；其中第一绕组和第二绕组并联设置。

可选地，平面变压器包括至少两组第一绕组和至少一组第二绕组，第一磁芯包括底板，底板设置于第一磁芯的一侧，用于连接中柱和两个边柱，第一绕组或者第二绕组与底板靠近中柱和两个边柱的一侧紧密设置。

可选地，中柱在底板上的投影面积为边柱在底板上的投影面积的一半，且两个边柱在底板上的投影面积相等。

可选地，第二绕组为多层PCB板结构，第二绕组上设置有连接孔与PIN针，相邻设置的两组第二绕组通过PIN针与连接孔彼此连接。

可选地，底板在第二方向上的宽度介于42mm和63mm之间，底板在第一方向上的宽度介于6mm和9mm之间，底板在第三方向上的宽度介于38.4mm和57.6mm之间，第三方向垂直于第一方向和第二方向；

中柱在第二方向上的宽度介于14mm和21mm之间，中柱在第一方向上的宽度介于20mm和30mm之间；

边柱在第二方向上的宽度介于6mm和9mm之间，边柱在第一方向上的宽度介于20mm和30mm之间。

可选地，中柱在第一方向上的最高点与边柱在第一方向上的最高点，在第二方向上的间隔距离介于8mm和12mm之间；

中柱在第一方向上的最低点与底板在第一方向上的最高点，在第三方向上的间隔距离介于3.2mm和4.8mm之间。

可选地，中柱设置有倒角结构，倒角结构的直径介于1.6mm和2.4mm之间。

可选地，平面变压器还包括第二磁芯，第二磁芯设置于中柱远离第一磁芯的一侧，且连接中柱和两个边柱。

可选地，第二磁芯在第二方向上的宽度介于42mm和63mm之间，第二磁芯在第一方向上的宽度介于6mm和9mm之间，第二磁芯在第三方向上的宽度介于38.4mm和57.6mm之间，第三方向垂直于第一方向和第二方向。

本申请第二方面提供了一种电子设备，该电子设备包括供电电路、负载电路和如上述的平面变压器，供电电路连接第一绕组，负载电路连接第二绕组，供电电路通过第一绕组和第二绕组向负载电路输出供电电压。

本申请第三方面提供了一种集成电路板，该集成电路板包括电路板本体、供电电路、负载电路和如上述的平面变压器，供电电路、负载电路和平面变压器均设置在电路板本体上，供电电路连接第一绕组，负载电路连接第二绕组，供电电路通过第一绕组和第二绕组向负载电路输出供电电压。

本申请的有益效果是：区别于现有技术，本申请通过多重层叠设置第一绕组和第二绕组，使得平面变压器的原副边的线圈成交叉设置，能够大大降低平面变压器产生的交流损耗，同时提高平面变压器的组装效率。

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，而非限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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是现有技术中DC-DC电路的原理图；

图2是本申请平面变压器一实施例的第一结构示意图；

图3是本申请平面变压器一实施例的第二结构示意图；

图4是本申请平面变压器一实施例的第三结构示意图；

图5是本申请平面变压器一实施例的第四结构示意图；

图6是图2中的第一磁芯的正视图；

图7是图2中的第一磁芯的俯视图；

图8是图2中的第二磁芯的正视图；

图9是图2中的第二磁芯的俯视图；

图10是图2中的第一绕组和第二绕组的俯视图；

图11是本申请电子设备一实施例的结构示意图；

图12是本申请集成电路板一实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请所提供的平面变压器、电子设备及集成电路板做进一步详细描述。可以理解的是，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。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的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”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。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他步骤或单元。

本申请提供一种平面变压器，以解决现有技术中大功率变压器所存在的组装困难以及交流损耗大的问题。

请参阅图2和图3，图2是本申请平面变压器一实施例的第一结构示意图，图3是本申请平面变压器一实施例的第二结构示意图。如图2和图3所示，本申请平面变压器1包括第一磁芯10、第一绕组20、第二绕组30以及第二磁芯40。

具体地，第一磁芯10包括沿第一方向X延伸的中柱11和两个边柱12，以及连接中柱11和两个边柱12的底板13，底板13设置于第一磁芯10的一侧，且中柱11和两个边柱12设置于底板13的同一侧上，即第一磁芯10呈现E型设置。其中，两个边柱12关于中柱11对称设置，具体可关于中柱11的中轴线对称设置。其中，第一方向X垂直于第二方向Y，且第三方向Z垂直于第一方向X和第二方向Y。

结合图2和图3，进一步参阅图6和图7，图6是图2中的第一磁芯的正视图，图7是图2中的第一磁芯的俯视图，中柱11、边柱12以及底板13在各个方向上的尺寸均如下所述。

具体地，中柱11在第二方向Y上的宽度11b介于14mm和21mm之间，具体地，中柱11在第二方向Y上的宽度11b为17.5mm；中柱11在第一方向X上的宽度11a介于20mm和30mm之间，具体地，中柱11在第一方向X上的宽度11a为25mm；中柱11在第三方向Z上的宽度11c介于32mm和48mm之间，具体地，中柱11在第三方向Z上的宽度11c为40mm。

其中，中柱11的四个顶角设置有倒角结构，倒角结构的直径R介于1.6mm和2.4mm之间，具体地，倒角结构的直径R为2mm。

边柱12在第二方向Y上的宽度12b介于6mm和9mm之间，具体地，边柱12在第二方向Y上的宽度12b为7.5mm；边柱12在第一方向X上的宽度12a介于20mm和30mm之间，具体地，边柱12在第一方向X上的宽度12a为25mm。即，在本实施例中，中柱11和边柱12在第一方向X上的宽度相等，便于一次加工，减少加工次数。

底板13在第二方向Y上的宽度13b介于42mm和63mm之间，具体地，底板13在第二方向Y上的宽度13b为52.5mm；底板13在第一方向X上的宽度13a介于6mm和9mm之间，具体地，底板13在第一方向X上的宽度13a为7.5mm；底板13在第三方向Z上的宽度13c介于38.4mm和57.6mm之间，具体地，底板13在第三方向Z上的宽度13c为48mm。特别地，在本实施例中，边柱12在第三方向Z上的宽度12c也可为48mm，即边柱12和底板13在第三方向Z上的宽度相等，便于一次加工，减少加工次数。

进一步地，中柱11在第一方向X上的最高点与边柱12在第一方向X上的最高点，在第二方向Y上的间隔距离10a介于8mm和12mm之间，具体地，该间隔距离10a为10mm。

中柱11在第一方向X上的最低点与底板13在第一方向C上的最高点，在第三方向Z上的间隔距离10b介于3.2mm和4.8mm之间，具体地，该间隔距离10b为4mm。其中，中柱11在第三方向Z上的两侧与底板13在第三方向Z上的两侧之间的距离相等。

两个边柱12靠近中柱一侧的侧壁之间的间隔距离10c介于30mm和45mm之间，具体地，该间隔距离10c为37.5mm。

如图2和图3所示，第一绕组20和第二绕组30沿第一方向X依次层叠设置，其中第二绕组30环绕中柱11设置，第一绕组20环绕边柱12设置。具体地，第一绕组20包括沿第二方向Y平行设置的第一子绕组21和第二子绕组22，第一子绕组21和第二子绕组22分别环绕两个边柱12设置。

其中，第二绕组30为多层PCB板结构，且第二绕组30上设置有如图10所示的连接孔31与图3所示的PIN针32，相邻设置的两组第二绕组30通过PIN针32与连接孔31彼此连接。其中，同一PCB板上设置有沿第二方向Y依次排布的两个连接孔31。

具体地，图10是图2中的第一绕组和第二绕组的俯视图，连接孔31的各项尺寸数据具体可如下所述。如图10所示，连接孔31在第三方向Z上的宽度31a介于1.6mm和2.4mm之间，具体地，该宽度31a为2mm。连接孔31在第二方向Y上的宽度31b介于8mm和12mm之间，具体地，该宽度31b为10mm。连接孔31的中心在第二方向Y上与第二绕组30最近的一侧壁之间的间隔距离31c介于6.4mm和9.6mm之间，具体地，该间隔距离31c为8mm。两个连接孔31的中心在第二方向Y上的间隔距离31d介于15.2mm和22.8mm之间，具体地，该间隔距离31d为19mm。连接孔31的中心在第三方向Z上与第二绕组30最近的一侧壁之间的间隔距离31e介于2.04mm和3.06mm之间，具体地，该间隔距离31e为2.55mm。连接孔31的中心在第三方向Z上与底板13最近的一侧壁之间的间隔距离31f介于6.52mm和9.78mm之间，具体地，该间隔距离31f为8.15mm。

可选地，本实施例的PCB板可为10层板结构，且其厚度介于2mm-2.4mm之间，即PCB板沿第一方向X的厚度介于2mm-2.4mm之间。PCB板沿第二方向Y的宽度30b介于52mm和78mm之间，具体地，该宽度30b为65mm。PCB板沿第三方向Z的宽度30c介于29.52mm和44.28mm之间，具体地，该宽度30c为36.9mm。

特别地，本实施例PCB板的原材料可为扁平线圈，能够解决大线径铜线难以组装的问题。

其中，第一绕组20可为三层绝缘多股线，且其规格可为0.1mm*50P*15TS，层数可为两层，且第一绕组20可为顺时针绕制。

本申请平面变压器1只需要按照规律叠放第一绕组20和第二绕组30即可，极大提高了组装效率以及平面变压器1的可靠性和一致性。

进一步参阅图1，图1是现有技术中DC-DC电路的原理图。通常来说，现有技术中的DC-DC电路主要包括有输入开关管Q1-Q4、谐振电感Lr、变压器T、输出开关管D1-D4。对于输入部分，通常是高压母线，对于输出部分，通常是低压部分，接低压电池。

对于高压和低压来说，是需要通过变压器的变比来决定其输入输出的，当电池电压是40V-60V时，而输入高电压范围为300V-450V时，需要变压器的变比为7.5：1(450/60＝7.5；300/40＝7.5)。如果采用传统的方法，变压变比需要设置成15:2。即原边15匝，副边2匝的形式才能实现上述的功能。

本实施例第一子绕组21和第二子绕组22的匝数可为7匝加8匝或者8匝加7匝，即第一绕组20的总匝数为15匝，以满足现有技术中对原边线圈匝数的要求。

同时，本实施例的第一子绕组21和第二子绕组22并联设置，且第一子绕组21和第二子绕组22可如图2所示，或者在其他实施例中，第一子绕组21和第二子绕组22的位置可以对调设置。具体地，如图10所示，第一子绕组21和第二子绕组22并联设置，且形成PIN脚1和PIN脚2。

当单独在一个边柱12设置第一绕组20时，会造成巨大的“漏磁”现象。即有相当一部分磁通会通过另外一个边柱12形成磁回路，由于另外一个边柱12上面没有线圈，因此这部分磁通会通过空气漏散出去。因此，为了平衡第一磁芯10的励磁左右，本实施例在两个边柱12上都设置第一绕组20，即第一子绕组21和第二子绕组22，且第一子绕组21和第二子绕组22以并联的方式连接，这样来实现两个边柱12共同励磁总的磁通能量。

同时，由于第一绕组20和第二绕组30放置在不同的磁芯柱上，这样在传递磁通的过程中依然会出现一定的漏磁，从而产生一定的漏感，该漏感可作为图1原理图中所示的电感Lr，实现其对应的功能，则在应用本申请平面变压器1时不需要额外增加电感，能够简化结构以及降低成本。

进一步地，在本实施例中，中柱11沿第一方向X在底板13上的投影面积为边柱12沿第一方向X在底板13上的投影面积的一半，且两个边柱12沿第一方向X在底板13上的投影面积相等。

其中，本实施例平面变压器1满足磁通密度公式，具体如下式所示：

B＝V*t/(Ae*N)

其中，B为第一磁芯10的磁通密度，V为作用在线圈两端的电压，即作用在第一绕组20两个PIN脚之间的电压值，t为单个周期内作用在线圈两端电压的时长；Ae为线圈绕制的磁芯柱的面积；N为绕制在磁芯柱上线圈的匝数。

由于中柱11沿第一方向X在底板13上的投影面积为边柱12沿第一方向X在底板13上的投影面积的一半，则对于单个边柱12来说，其总的励磁能量为中柱能量的1/2。也就是说，由第一绕组20传递至第二绕组30的能量也仅为1/2。

假设第一绕组20的总匝数为15匝，第二绕组30的总匝数为1匝，第一绕组20两端的原边电压V1为360V，第二绕组30两端的副边电压V2为48V，t为2.5us，边柱12的面积Ae1＝400mm^2，中柱11的面积Ae2＝200mm^2。则可计算得到原边磁通B1＝V1*t/(Ae1*1N1)＝0.3T；副边磁通B2＝V2*t/(Ae2*1N2)＝0.3T，即实现了电压比(原边电压：副边电压)为7.5:1的效果。

本申请平面变压器1解决了变压器无法产生分数匝的问题，使变压器可以实现0.5匝的需要，与传统变压器相比，副边可以减少一倍的线圈匝数，即第二绕组30的线圈匝数为现有平面变压器的一般，大大降低了平面变压器1的副边损耗。

如图2和图3所示，第二磁芯40设置于中柱11远离第一磁芯10的一侧，且连接中柱11和两个边柱12。结合图2和图3，进一步参阅图8和图9，图8是图2中的第二磁芯的正视图，图9是图2中的第二磁芯的俯视图，第二磁芯在各个方向上的尺寸如下所述。

具体地，第二磁芯40在第二方向Y上的宽度40b介于42mm和63mm之间，具体地，第二磁芯40在第二方向Y上的宽度40b为52.5mm。第二磁芯40在第一方向X上的宽度40a介于6mm和9mm之间，具体地，第二磁芯40在第一方向X上的宽度40a为7.5mm。第二磁芯40在第三方向Z上的宽度40c介于38.4mm和57.6mm之间，具体地，第二磁芯40在第三方向Z上的宽度40c为48mm。

结合图2和图3，进一步参阅图4，图4是本申请平面变压器一实施例的第三结构示意图。本实施例平面变压器1包括至少两组第一绕组20和至少一组第二绕组30。

具体地，第一绕组20与底板13靠近中柱11和两个边柱12的一侧紧密设置。可选地，第一绕组20可包括4个第一子绕组21和4个第二绕组22，且第二绕组30的数量可为3个。

本申请平面变压器1采用多重三明治结构，即原边、副边、原边、副边依次层叠设置的结构，使原副边的线圈交叉放置，大大降低了平面变压器1所产生的交流损耗。

结合图2和图3，进一步参阅图5，图5是本申请平面变压器一实施例的第四结构示意图。区别于第三实施例，本实施例的第二绕组30与底板13靠近中柱11和两个边柱12的一侧紧密设置，且第二绕组30和第一绕组20依次层叠设置。

可选地，可选地，第一绕组20可包括3个第一子绕组21和3个第二绕组22，且第二绕组30的数量可为4个。

可选地，本申请平面变压器1还可设置由壳体50，壳体50可设置于第一绕组20远离中柱11的一侧，用于保护第一绕组20，防止第一绕组20遭受外力进行产生变形或划损等问题。

本申请还提供一种电子设备，请参阅图11，图11是本申请电子设备一实施例的结构示意图。如图11所示，本实施例电子设备100包括供电电路101、平面变压器102和负载电路103，其中，平面变压器102为上述任一实施例所述的平面变压器1。

具体地，供电电路101连接平面变压器102，用于向平面变压器102提供供电电压，平面变压器102进一步连接负载电路103，平面变压器102对供电电压进行电压转换，以使输出至负载电路103的电压为其对应的工作电压。

其中，供电电路101连接第一绕组20，负载电路103连接第二绕组30，供电电路101通过第一绕组20和第二绕组30向负载电路103输出供电电压。

本申请还提供一种集成电路板，请参阅图12，图12是本申请集成电路板一实施例的结构示意图。如图12所示，本实施例集成电路板200包括电路板本体201、供电电路202、平面变压器203和负载电路204，其中，平面变压器203为上述任一实施例所述的平面变压器1。

具体地，供电电路202、平面变压器203和负载电路204均设置在电路板本体201上，其中供电电路202、平面变压器203和负载电路204通过焊接的方式固定于电路板本体201。

供电电路202连接平面变压器203，用于向平面变压器203提供供电电压，平面变压器203进一步连接负载电路204，平面变压器203对接收的供电电压进行电压转换，以使输出至负载电路204的电压为其对应的工作电压。

其中，供电电路202连接第一绕组20，负载电路204连接第二绕组30，供电电路202通过第一绕组20和第二绕组30向负载电路204输出供电电压。

以上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 (11)

1.一种平面变压器，其特征在于，包括：

第一磁芯，包括沿第一方向延伸的中柱和两个边柱，所述两个边柱关于所述中柱对称设置；

第一绕组和第二绕组，沿所述第一方向依次层叠设置，所述第二绕组环绕所述中柱设置，所述第一绕组包括沿第二方向平行设置的第一子绕组和第二子绕组，分别环绕两个所述边柱设置，所述第二方向垂直于所述第一方向；其中所述第一绕组和所述第二绕组并联设置。

2.根据权利要求1所述的平面变压器，其特征在于，所述平面变压器包括至少两组所述第一绕组和至少一组所述第二绕组，所述第一磁芯包括底板，所述底板设置于第一磁芯的一侧，用于连接所述中柱和所述两个边柱，所述第一绕组或者所述第二绕组与所述底板靠近所述中柱和所述两个边柱的一侧紧密设置。

3.根据权利要求2所述的平面变压器，其特征在于，所述中柱在所述底板上的投影面积为所述边柱在所述底板上的投影面积的一半，且两个所述边柱在所述底板上的投影面积相等。

4.根据权利要求2所述的平面变压器，其特征在于，所述第二绕组为多层PCB板结构，所述第二绕组上设置有连接孔与PIN针，相邻设置的两组第二绕组通过所述PIN针与所述连接孔彼此连接。

5.根据权利要求2所述的平面变压器，其特征在于，所述底板在所述第二方向上的宽度介于42mm和63mm之间，所述底板在所述第一方向上的宽度介于6mm和9mm之间，所述底板在第三方向上的宽度介于38.4mm和57.6mm之间，所述第三方向垂直于所述第一方向和所述第二方向；

所述中柱在所述第二方向上的宽度介于14mm和21mm之间，所述中柱在所述第一方向上的宽度介于20mm和30mm之间；

所述边柱在所述第二方向上的宽度介于6mm和9mm之间，所述边柱在所述第一方向上的宽度介于20mm和30mm之间。

6.根据权利要求5所述的平面变压器，其特征在于，所述中柱在所述第一方向上的最高点与所述边柱在所述第一方向上的最高点，在所述第二方向上的间隔距离介于8mm和12mm之间；

所述中柱在所述第一方向上的最低点与所述底板在所述第一方向上的最高点，在所述第三方向上的间隔距离介于3.2mm和4.8mm之间。

7.根据权利要求1所述的平面变压器，其特征在于，所述中柱设置有倒角结构，所述倒角结构的直径介于1.6mm和2.4mm之间。

8.根据权利要求2所述的平面变压器，其特征在于，所述平面变压器还包括第二磁芯，所述第二磁芯设置于所述中柱远离所述第一磁芯的一侧，且连接所述中柱和所述两个边柱。

9.根据权利要求8所述的平面变压器，其特征在于，所述第二磁芯在所述第二方向上的宽度介于42mm和63mm之间，所述第二磁芯在所述第一方向上的宽度介于6mm和9mm之间，所述第二磁芯在第三方向上的宽度介于38.4mm和57.6mm之间，所述第三方向垂直于所述第一方向和所述第二方向。

10.一种电子设备，其特征在于，包括供电电路、负载电路和如权利要求1-9任一项所述的平面变压器，所述供电电路连接所述第一绕组，所述负载电路连接所述第二绕组，所述供电电路通过所述第一绕组和所述第二绕组向所述负载电路输出供电电压。

11.一种集成电路板，其特征在于，包括电路板本体、供电电路、负载电路和如权利要求1-9任一项所述的平面变压器，所述供电电路、所述负载电路和所述平面变压器均设置在所述电路板本体上，所述供电电路连接所述第一绕组，所述负载电路连接所述第二绕组，所述供电电路通过所述第一绕组和所述第二绕组向所述负载电路输出供电电压。