TWI821032B - 平面變壓器 - Google Patents

Abstract

本案為一種平面變壓器，包含：磁芯組件，包含第一磁芯及第二磁芯；至少一印刷電路板，設置於第一磁芯及第二磁芯之間，且包含第一繞組；以及至少一繞組模組，設置於第一磁芯及第二磁芯之間，且包含第二繞組及注塑層，注塑層包覆第二繞組的外表面；其中印刷電路板及繞組模組分別為獨立元件。

Description

平面變壓器

本案屬於一種變壓器領域，尤指一種平面變壓器。

平面變壓器與常規變壓器相比，磁芯尺寸大幅度縮小，特別是高度縮小很多，這一特色對電源設備(如充電器)中在空間受到嚴格限制的場合下具有相當大的吸引力，從而可成為許多電源設備中首選的磁性元件。

目前傳統平面變壓器為單一片電路板與磁芯的組合結構，其中單一片電路板為多層結構，且由於傳統平面變壓器的所有繞組形成在單一片電路板上，故該單一電路板須由例如六層板以上的電路板構成，然由於電路板的層數越多，則電路板的製程越繁雜，導致傳統平面變壓器的生產週期過長。再者，電路板的層數越多，其製程工藝也越高而容錯率越低，因此造成傳統平面變壓器的生產成本提高。更甚者，當傳統平面變壓器需例如變動電路板的層間電容大小及/或繞組圈數等，則必須對電路板的設計進行調整，但重新設計的時間長而耗時，換言之，即須使用新的電路板，然而由於傳統平面變壓器所使用的多層電路板的生產週期過長，因此傳統平面變壓器在生產上必須耗費過多時間去等待新的電路板，這也導致傳統平面變壓器的可調性很低。

因此，如何發展一種克服上述缺失之平面變壓器，實為目前最為迫切需解決的課題。

本案之目的在於提供一種平面變壓器，其包含分別為獨立元件的印刷電路板及繞組模組，且印刷電路板包含第一繞組而繞組模組包含第二繞組，藉此使得本案的平面變壓器達到生產週期變短、容錯率高、生產成本變低及可調性高的優點。

為達上述目的，本案之一較廣義實施樣態為提供一種平面變壓器，包含：磁芯組件，包含第一磁芯及第二磁芯；至少一印刷電路板，設置於第一磁芯及第二磁芯之間，且包含一第一繞組；以及至少一繞組模組，設置於第一磁芯及第二磁芯之間，且包含第二繞組及注塑層，注塑層包覆第二繞組的外表面；其中印刷電路板及繞組模組分別為獨立元件。

1、1a、1b:平面變壓器

2:磁芯組件

3:印刷電路板

4:繞組模組

20:第一磁芯

21:第二磁芯

30:第一繞組

40、40a:第二繞組

41:注塑層

22:第一邊柱

23:第二邊柱

24:中柱

31:第一中空孔洞

42:第二中空孔洞

43:容置槽

44:第一腳座區

5:第一導電接腳

32:容置孔

45:第二腳座區

46、46a:第二導電接腳

400:表面

401:凹陷部

6:導電膠

460:第一彎折部

461:第二彎折部

462:U型結構

33:輔助繞組

34:屏蔽結構

第1圖為本案第一較佳實施例之平面變壓器的組合結構示意圖；第2圖為第1圖所示之平面變壓器的爆炸結構示意圖；第3圖為第1圖所示之平面變壓器的第二繞組的結構示意圖； 第4圖為第1圖所示之平面變壓器的印刷電路板的內部佈線示意圖；第5圖為第1圖所示之平面變壓器的第二繞組的一變化例的結構示意圖；第6圖為本案第二較佳實施例之平面變壓器的組合結構示意圖；第7圖為第6圖所示之平面變壓器的爆炸結構示意圖；第8圖為本案第三較佳實施例之平面變壓器的爆炸結構示意圖。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上當作說明之用，而非架構於限制本案。

請參閱第1圖、第2圖、第3圖、第4圖及第5圖，其中第1圖為本案第一較佳實施例之平面變壓器的組合結構示意圖，第2圖為第1圖所示之平面變壓器的爆炸結構示意圖，第3圖為第1圖所示之平面變壓器的第二繞組的結構示意圖，第4圖為第1圖所示之平面變壓器的印刷電路板的內部佈線示意圖。如第1圖至第4圖所示，本實施例的平面變壓器1可滿足電路薄型化高頻需求，且適合全自動化組合和測試，平面變壓器1包含磁芯組件2、至少一印刷電路板3及至少一繞組模組4。

磁芯組件2包含第一磁芯20及第二磁芯21，第一磁芯20及第二磁芯21位於平面變壓器1的相對兩側。

印刷電路板3的個數可為一個或複數個，第2圖則例示了一個印刷電路板3，印刷電路板3設置於第一磁芯20及第二磁芯21之間，且包含第一繞組30(如第4圖所示)，第一繞組30形成於印刷電路板3內，且可由印刷電路板3內的跡線或導體所構成。

繞組模組4的個數可為一個或複數個，第2圖則例示了一個繞組模組4，繞組模組4設置於第一磁芯20及第二磁芯21之間，並位於印刷電路板3及第二磁芯21之間，此外，繞組模組4更包含第二繞組40及注塑層41。第二繞組40可為但不限於由導電片，例如銅片，以沖壓方式所形成。注塑層41可利用塑料注塑方式而形成於第二繞組40上，並包覆第二繞組40的外表面的至少部分，注塑層41可使平面變壓器1達到安規防護要求。另外，在本實施例中，印刷電路板3及繞組模組4兩者更分別為獨立元件，即印刷電路板3及繞組模組4並非一體成形。

由上可知，本案的平面變壓器1包含分別為獨立元件的印刷電路板3及繞組模組4，其中印刷電路板3包含第一繞組30，繞組模組4包含第二繞組40，因此本案的平面變壓器1實將變壓器所需的繞組採分離設計而形成第一繞組30及第二繞組40，並分別位於兩個獨立元件上，如此一來，本案的平面變壓器1可因第二繞組40位於繞組模組4上而減少印刷電路板3的層數，使印刷電路板3的層數相較於傳統平面變壓器的單一電路板的層數少，進而使本案的平面變壓器1的生產週期較短，且使印刷電路板3的製程工藝較低而容錯率高，進而減少平面變壓器1的生產成本，更甚者，本案的平面變壓器1的可調性較佳。

於一些實施例中，第一繞組30構成平面變壓器1之初級側繞組及次級側繞組兩者的其中之一，第二繞組40構成平面變壓器1之初級側繞組及次級 側繞組兩者的其中另一。另外，第二繞組40的厚度可大於或等於0.01mm，且小於或等於1.5mm，且第二繞組40的匝數為兩圈以上。再者，第一繞組30及第二繞組40之間的安規防護間距為0.4mm，而此安規防護間距可由注塑層41的厚度來實現，或由印刷電路板3的厚度來實現。又注塑層41的厚度可大於或等於0.4mm，並小於或等於0.8mm。

於一些實施例中，磁芯組件2更包含第一邊柱22、第二邊柱23及中柱24。第一邊柱22及第二邊柱23位於磁芯組件2的相對兩側，中柱24位於第一邊柱22及第二邊柱23之間，且第一邊柱22、第二邊柱23及中柱24位於第一磁芯20及第二磁芯21之間。另外，如第2圖所示，第一邊柱22、第二邊柱23及中柱24可分別由兩個子磁柱所構成，第一邊柱22的其中之一子磁柱、第二邊柱23的其中之一子磁柱及中柱24的其中之一子磁柱連接於第一磁芯20，第一邊柱22的另一子磁柱、第二邊柱23的另一子磁柱及中柱24的另一子磁柱連接於第二磁芯21。當然，於其它實施例中，第一邊柱22、第二邊柱23及中柱24可分別為單一結構所構成而連接於第一磁芯20或連接於第二磁芯21。

於一些實施例中，印刷電路板3包含第一中空孔洞31，繞組模組4包含第二中空孔洞42，其中第一中空孔洞31貫穿印刷電路板3，第二中空孔洞42貫穿繞組模組4，且第一中空孔洞31及第二中空孔洞42分別與磁芯組件2的中柱24相對應位置設置，當磁芯組件2的第一磁芯20及第二磁芯21由平面變壓器1的相對兩側分別扣合於印刷電路板3及繞組模組4上時，中柱24會穿設第一中空孔洞31及第二中空孔洞42。

於其它實施例中，注塑層41對應於印刷電路板3的位置更包含容置槽43，容置槽43由注塑層41的表面內凹所形成，容置槽43的形狀及大小與印刷電路板3的形狀及大小相對應，容置槽43可提供定位功能，使印刷電路板3設置並限位於注塑層41的容置槽43內。

於一些實施例中，注塑層41包含第一腳座區44，位於注塑層41的第一側，且包含第一上表面及第一下表面，第一上表面及第一下表面大致與印刷電路板3平行。平面變壓器1更包含至少一第一導電接腳5，第一導電接腳5可於注塑層41以注塑方式形成於第二繞組40上時同步設置於注塑層41之第一腳座區44的位置，其中第一導電接腳5大致與第一腳座區44的第一上表面及第一下表面垂直，且第一導電接腳5係部分被注塑層41包覆，此外，第一導電接腳5更暴露於第一腳座區44的第一上表面及第一下表面而朝垂直第一腳座區44的方向延伸，其中第一導電接腳5暴露於第一腳座區44的部分可與印刷電路板3的跡線或導體以焊接方式導電連接，例如與第一繞組30以焊接方式導電連接，且第一導電接腳5可插設於系統板(未圖示)上。

於一些實施例中，印刷電路板3包含至少一容置孔32，容置孔32由印刷電路板3上與第一腳座區44較相鄰的的一側邊向內凹所形成，且與對應的第一導電接腳5相對位置設置，每一容置孔32可容置對應的第一導電接腳5的至少部分，且使第一導電接腳5的至少部分與印刷電路板3的跡線或導體電連接。另外，容置孔32可為半圓形結構，但不以此為限，可依實際需求有不同的形狀。

於其它實施例中，注塑層41包含第二腳座區45，位於注塑層41的第二側，其中注塑層41的第一側與第二側為相對，且第二腳座區45包含第二上表 面及第二下表面，第二腳座區45的第二上表面及第二下表面大致與印刷電路板3平行。此外，繞組模組4更包含至少一第二導電接腳46，例如第3圖所示兩個第二導電接腳46，第二導電接腳46至少部分設置於第二腳座區45內，其中每一第二導電接腳46的一端與第二繞組40對應的端部連接，並設置於第二腳座區45內，每一第二導電接腳46的另一端則外露於第二腳座區45的第二上表面或第二下表面的上表面或下表面而朝垂直第二腳座區45的方向延伸，兩個第二導電接腳46可插設於系統板上。於一些實施例中，兩個第二導電接腳46可分別與第二繞組40的兩個相對端部為一體成型結構，換言之，即兩個第二導電接腳46可分別由第二繞組40的兩個相對端部直接延伸所形成，且為了使第二導電接腳46的另一端暴露於第二腳座區45的第二上表面或第二下表面並朝垂直第二腳座區45的方向延伸，每一第二導電接腳46可由第二繞組40對應的端部以90度彎折至少一次。

於一些實施例中，由導電片構成的第二繞組40更包含表面400及凹陷部401，其中凹陷部401從表面400內凹形成，藉由凹陷部401的設計，可減少肌膚效應，進而增加平面變壓器1的轉換效率。於其它實施例中，當第二導電接腳46與第二繞組40的對應端部為一體成型結構時，第二導電接腳46的表面可同樣有凹陷部。

於一些實施例中，如第1圖所示，平面變壓器1更包含導電膠6，設置於磁芯組件2與印刷電路板3之間，使磁芯組件2與印刷電路板3可藉由導電膠6而相互導通。於一些實施例中，導電膠6大抵設置於磁芯組件2的中間與印刷電路板3的接地端之間。

請再參閱第4圖，於一些實施例中，印刷電路板3除了包含第一繞組30外，更包含至少一輔助繞組33及至少一屏蔽結構34，其中每一輔助繞組33及每一屏蔽結構34的設置位置可為印刷電路板3內的任意一層或多層的空間處，不局限於設置如第4圖所示的位置，其中輔助繞組33與第一繞組30共同為平面變壓器1的初級側繞組或是次級側繞組，且輔助繞組33可做為電路的控制訊號線，此外，輔助繞組33的線徑小於或等於第一繞組30的線徑。屏蔽結構34為金屬導體結構，用以抑制EMI電磁干擾。於一些實施例中，印刷電路板3的至少一層包含第一繞組30，另外，印刷電路板3的每一層可包含第一繞組30、輔助繞組33及屏蔽結構34三者中的至少一種。

請參閱第5圖，其為第1圖所示之平面變壓器的第二繞組的一變化例的結構示意圖。於一些實施例中，如第5圖所示，至少一第二導電接腳46可包含第一彎折部460及第二彎折部461。第一彎折部460連接於第二繞組40對應的端部及第二彎折部461之間，且至少部分設置於第二腳座區45內，此外，第一彎折部460係由第二繞組40的一端部至少彎折一次而形成。第二彎折部461至少部分外露於第二腳座區45的第二上表面或第二下表面而朝垂直第二腳座區45的方向延伸，且第二彎折部461係由第一彎折部460的一端部彎折一次而形成，使第二彎折部461於彎折處會包含U型結構462，藉由U型結構462的形成，可增加第二繞組40整體的引線長度。

請參閱第6圖及第7圖，其中第6圖為本案第二較佳實施例之平面變壓器的組合結構示意圖，第7圖為第6圖所示之平面變壓器的爆炸結構示意圖。如第6圖及第7圖所示，本實施例的平面變壓器1a的結構相似於第1圖所示的平面變壓器1，且相同的元件標號代表相同的元件、結構與功能，於此不再贅述。惟 相較於第1圖所示的繞組模組4的第二繞組40由導電片所構成，本實施例的繞組模組4的第二繞組40a改由繞線所構成，然注塑層41仍利用注塑方式而成型於第二繞組40a上，並包覆第二繞組40a的外表面的至少部分。另外，繞組模組4的每一第二導電接腳46a的一端與第二繞組40a對應的端部連接，且每一第二導電接腳46a可與第二繞組40的對應的端部為一體成型結構。

請參閱第8圖，其係為本案第三較佳實施例之平面變壓器的爆炸結構示意圖。如第8圖所示。本實施例的平面變壓器1b的結構相似於第1圖所示的平面變壓器1，且相同的元件標號代表相同的元件、結構與功能，惟相較於第1圖所示的平面變壓器1包含的印刷電路板3為一個，本實施例的平面變壓器1b所包和的印刷電路板3的個數為兩個，其中之一印刷電路板3介於第一磁芯20及繞組模組4之間，另一印刷電路板3介於第二磁芯21及繞組模組4之間。

當然，參酌前述的內容可知，本案的平面變壓器的印刷電路板的個數及繞組模組的個數實可依實際需求任意變化，例如包含兩個繞組模組及一個印刷電路板。

綜上所述，本案為一種平面變壓器，其包含分別為獨立元件的印刷電路板及繞組模組，且印刷電路板包含第一繞組而繞組模組包含第二繞組，藉此使得本案的平面變壓器達到生產週期變短、容錯率高、生產成本變低及可調性高的優點。

1:平面變壓器

3:印刷電路板

4:繞組模組

20:第一磁芯

21:第二磁芯

40:第二繞組

41:注塑層

22:第一邊柱

23:第二邊柱

24:中柱

31:第一中空孔洞

42:第二中空孔洞

43:容置槽

44:第一腳座區

5:第一導電接腳

32:容置孔

45:第二腳座區

46:第二導電接腳

Claims (13)

1. 一種平面變壓器，包含：一磁芯組件，包含一第一磁芯及一第二磁芯；至少一印刷電路板，設置於該第一磁芯及該第二磁芯之間，且包含一第一繞組；以及至少一繞組模組，設置於該第一磁芯及該第二磁芯之間，且包含一第二繞組及一注塑層，該注塑層包覆該第二繞組的外表面的至少部分；其中該印刷電路板及該繞組模組分別為獨立元件，且該第二繞組的厚度大於或等於0.01mm，且小於或等於1mm。
2. 如請求項1所述的平面變壓器，其中該第一繞組構成該平面變壓器之一初級側繞組及一次級側繞組兩者的其中之一，該第二繞組構成該平面變壓器之該初級側繞組及該次級側繞組兩者的其中另一。
3. 如請求項1所述的平面變壓器，其中該注塑層的厚度大於或等於0.4mm，小於或等於0.8mm。
4. 如請求項1所述的平面變壓器，其中該注塑層包含一容置槽，與該印刷電路板相對應位置設置，且由該注塑層的一表面內凹所形成，其中該印刷電路板設置並限位於該容置槽內。
5. 如請求項1所述的平面變壓器，其中該注塑層包含一第一腳座區，位於該注塑層的一第一側，且包含一第一上表面及一第一下表面，該第一上表面及該第一下表面與該印刷電路板平行，而該平面變壓器更包含至少一第一導電接腳，該第一導電接腳係設置於該第一腳座區而部分被該注塑層包覆，且該 第一導電接腳更暴露於該第一腳座區的第一上表面及第一下表面而朝垂直該第一腳座區的方向延伸，其中該第一導電接腳與該第一繞組導電連接。
6. 如請求項5所述的平面變壓器，其中該印刷電路板包含至少一容置孔，該容置孔由該印刷電路板上與該第一腳座區較相鄰的的一側邊向內凹所形成，該容置孔用以容置對應的該第一導電接腳的至少部分。
7. 如請求項5所述的平面變壓器，其中該注塑層包含一第二腳座區，位於與該注塑層的該第一側相對的一第二側，且該第二腳座區包含一第二上表面及一第二下表面，該第二上表面及該第二下表面與該印刷電路板平行，而該繞組模組更包含至少一第二導電接腳，該第二導電接腳係設置於該第二腳座區而部分被該注塑層包覆，且該第二導電接腳更暴露於該第二腳座區的該第二上表面或該第二下表面而朝垂直該第二腳座區的方向延伸，其中該第二導電接腳與該第二繞組導電連接。
8. 如請求項7所述的平面變壓器，其中該第二導電接腳包含一第一彎折部及一第二彎折部，該第一彎折部連接於該第二繞組及該第二彎折部之間，且至少部分設置於該第二腳座區內，其中該第一彎折部係由該第二繞組的一端部至少彎折一次而形成，該第二彎折部至少部分外露於該第二腳座區的該第二上表面或該第二下表面而朝垂直該第二腳座區的方向延伸，且該第二彎折部係由該第一彎折部的一端部彎折一次而形成，其中該第二彎折部於彎折處包含一U型結構。
9. 如請求項1所述的平面變壓器，其中該第二繞組由一導電片以沖壓方式所形成。
10. 如請求項9所述的平面變壓器，其中該第二繞組更包含一表面及凹陷部，其中該凹陷部從該第二繞組的該表面內凹形成。
11. 如請求項1所述的平面變壓器，其中該平面變壓器更包含導電膠，設置於該磁芯組件與該印刷電路板的一接地端之間。
12. 如請求項1所述的平面變壓器，其中該印刷電路板包含至少一層，且該印刷電路板包含至少一輔助繞組及至少一屏蔽結構，其中該輔助繞組與該第一繞組共同為該平面變壓器的一初級側繞組或是一次級側繞組，且該輔助繞組構成一控制訊號線，該屏蔽結構為一金屬導體結構，其中，該印刷電路板的該至少一層包含該第一繞組，且該印刷電路板的每一該層包含該第一繞組、該輔助繞組及該屏蔽結構三者中的至少一種。
13. 如請求項1所述的平面變壓器，其中該第二繞組由一繞線所構成。