TWM556398U - Pcb板變壓器及其線圈板 - Google Patents

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Zeng-Yi Lu
Jin-Fa Zhang
Shi-Wei Liu
Jian Zhou
dao-fei Xu
jian-wei Song
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Abstract

本案公開了一種PCB板變壓器及其線圈板，PCB板變壓器包含PCB板變壓器線圈板及磁芯，PCB板變壓器線圈板包含PCB板、初級側線圈和次級側線圈，初級側線圈和次級側線圈均繞設於磁芯的一磁柱上，且各自具有與其對應的至少一個連接通孔，連接通孔設於PCB板上，在初級側線圈和次級側線圈中，匝數較少的線圈所對應的連接通孔設置於匝數較多的線圈的內側與磁芯的磁柱之間。

Description

PCB板變壓器及其線圈板
本案係關於一種變壓器，尤指一種PCB板變壓器及其線圈板。
變壓器的設計是開關電源設計的核心。近年來，隨著對開關電源小型化的要求越來越高，開關電源向高頻化發展，變壓器漏感對開關電源效率的影響也越來越大，此限制了開關電源對高效率的追求。為適應開關電源小型化和高效率的發展，人們已將變壓器的結構設計由傳統的繞線式改進到PCB平板式。
儘管PCB平板式變壓器相對於傳統繞線式變壓器，體積和漏感都有所減小，但仍可以通過優化PCB平板式變壓器的結構，來進一步減小變壓器的體積和漏感，以適應開關電源小型化和高效率的發展趨勢。
為了克服上述現有技術存在的問題，本案的目的在於提供一PCB板變壓器，通過優化連接變壓器線圈的連接通孔的位置，可以進一步減小變壓器的體積，同時可以減小次級側環路或初級側環路的大小，以減小漏感。
為達前述目的，本案提供一種PCB板變壓器，包含PCB板變壓器線圈板及磁芯，該PCB板變壓器線圈板包含PCB板、初級側線圈和次級側線圈，該初級側線圈和該次級側線圈均繞設於該磁芯的一磁柱上，且各自具有與其對應的至少一個連接通孔，該連接通孔設於該PCB板上，其中，該初級側線圈和該次級側線圈中，匝數較少的線圈所對應的連接通孔設置於匝數較多的線圈的內側與該磁柱之間。
上述的PCB板變壓器，其中，該PCB板變壓器線圈板包括多層結構，其中，該次級側線圈位於第一層和最後一層，該初級側線圈位於中間層，並且該次級側線圈的匝數少於該初級側線圈的匝數。
上述的PCB板變壓器，其中，該次級側線圈的各層之間通過其所對應的連接通孔連接。
上述的PCB板變壓器，其中，該次級側線圈的連接通孔設置於該初級側線圈的內側與該磁柱之間。
上述的PCB板變壓器，其中，該次級側線圈上設置有次級側同步整流管。
上述的PCB板變壓器，其中，該次級側線圈上設置有次級側整流二極體。
上述的PCB板變壓器，其中，該PCB板變壓器線圈板包括多層結構，其中，該初級側線圈位於第一層和最後一層，該次級側線圈位於中間層，並且該初級側線圈的匝數少於該次級側線圈的匝數。
上述的PCB板變壓器，其中，該初級側線圈的各層之間通過其所對應的連接通孔連接。
上述的PCB板變壓器，其中，該初級側線圈的連接通孔設置於次級側線圈的內側與該磁柱之間。
上述的PCB板變壓器，其中，該初級側線圈上設置有初級側同步整流管。
上述的PCB板變壓器，其中，該PCB板變壓器為用於反激式變換器的變壓器。
本案還提供一種PCB板變壓器線圈板，包含PCB板、初級側線圈和次級側線圈，該初級側線圈和該次級側線圈各自具有與其對應的至少一個連接通孔，該連接通孔設於該PCB板上，該PCB板包括與一磁芯的一磁柱對應的通孔，且該初級側線圈及該次級側線圈均繞設於該磁柱上，其特徵在於，該初級側線圈和該次級側線圈中，匝數較少的線圈所對應的連接通孔設置於匝數較多的線圈的內側與該通孔之間。
上述的PCB板變壓器線圈板，其中，該PCB板變壓器線圈板包括多層結構，其中，該次級側線圈位於第一層和最後一層，該初級側線圈位於中間層，且該次級側線圈的匝數少於該初級側線圈的匝數。該次級側線圈的各層之間通過其所對應的連接通孔連接。該連接通孔設置於初級側線圈的內側與該通孔之間。
上述的PCB板變壓器線圈板，其中，該次級側線圈上還設置有次級側同步整流管。
上述的PCB板變壓器線圈板，其中，該次級側線圈上還設置有次級側整流二極體。
上述的PCB板變壓器線圈板，其中，該PCB板變壓器線圈板包括多層結構，其中，該初級側線圈位於第一層和最後一層，該次級側線圈位於中間層，並且該初級側線圈的匝數少於該次級側線圈的匝數。該初級側線圈的各層之間通過其所對應的連接通孔連接。該連接通孔設置於次級側線圈的內側與該通孔之間。
上述的PCB板變壓器線圈板，其中，該初級側線圈上設置有初級側功率開關管。
與現有技術相比，本案具有以下有益的技術效果：通過將初級側線圈和次級側線圈中，匝數較少的線圈所對應的連接通孔設置於匝數較多的線圈的內側與磁芯的磁柱之間，可以在物理結構上減小由其構成的環路的大小，從而減小漏感，並且可以減小PCB板變壓器線圈板的面積，有利於電子元件的小型化。
茲有關本案的詳細內容及技術說明，現以一較佳實施例來作進一步說明，但不應被解釋為本案實施的限制。
隔離型開關電源，通常包括變壓器、初級側功率開關管、輸入母線電容、次級側同步整流管及輸出電容。以如圖1所示的反激式變換器為例，其包括變壓器110、初級側功率開關管S1、輸入母線電容Cin、次級側同步整流管S2及輸出電容Cout，其中變壓器110包括初級側線圈PRI及次級側線圈SEC。在傳統的線圈式變壓器的設計中，人們常常只關心變壓器線圈的排布關係對漏感的影響， 由此發展出了三明治、交錯式（Interleave）等繞線方法以減小漏感。但對開關電源效率產生影響的漏感，不僅僅包括由於初次級側線圈耦合不充分帶來的漏感，還包括由輸入母線電容、初級側功率開關管以及初級側線圈圍成的環路帶來的漏感，和由輸出電容、次級側同步整流管以及次級側線圈圍成的環路帶來的漏感。
請參照圖2及圖3A-3F，圖2為現有PCB板變壓器的線圈示意圖，圖3A-3F為現有PCB板變壓器線圈板的分層示意圖。如圖2及圖3A-3F所示，PCB板變壓器線圈板包含與磁芯的一磁柱對應的通孔、初級線圈PRI及次級線圈SEC。初級側線圈PRI和次級側線圈SEC均繞設於上述磁柱上，連接次級側線圈的連接通孔k位於初級側線圈PRI的外側。在上述結構中，磁芯、次級側同步整流管同時作為次級側器件，由於連接不同層級線圈的連接通孔k的存在，使得次級側同步整流管不能更進一步靠近磁芯。一方面，不能進一步減小PCB板的面積、進而減小整個模組的體積；另一方面，不能進一步減小次級側的環路大小、進而減小變壓器的漏感。對於初級線圈PRI位於第一層和最後一層的PCB板變壓器，其原理和問題亦如上該，在此不再詳述。
請參照圖4A至圖6A-6G，圖4A為本案PCB板變壓器的爆炸圖；圖4B為本案PCB板變壓器的PCB中線圈的爆炸圖，圖5為本案一實施例中PCB板變壓器的線圈示意圖；圖6A-6G為圖5的PCB板變壓器線圈板的分層示意圖。如圖4A至圖6A-6G所示，本案的PCB板變壓器包含PCB板變壓器線圈板及磁芯，PCB板變壓器線圈板包含PCB板11、初級側線圈PRI和次級側線圈SEC；初級側線圈PRI、次級側線圈SEC設於該PCB板11中，並且PCB板11上開設有和初級側線圈PRI與次級側線圈SEC各自對應的至少一個連接通孔；磁芯具有磁柱，PCB板11上還設置有與該磁柱對應的通孔111，初級側線圈PRI和次級側線圈SEC均繞設於該磁柱上。需要說明的是，磁芯亦可以具有多個磁柱，多個磁柱上可分別繞設有一組初級側線圈和次級側線圈，本案不以此為限。
如圖5所示，次級側線圈SEC的匝數少於初級側線圈PRI的匝數，將次級側線圈SEC設置於第一層和最後一層，初級側線圈PRI位於中間層。需要說明的是，圖5僅是為了示意次級側線圈SEC的匝數少於初級側線圈PRI的匝數，並不代表實際的線圈匝數。進一步，請參考圖6A-6G的PCB板變壓器線圈板的分層示意圖，PCB板變壓器線圈板包括多層結構，次級側線圈SEC的第一匝L1位於第一層，如圖6A所示；次級側線圈SEC的第二匝L6位於最後一層，如圖6F所示；次級側線圈SEC的第一匝L1與次級側線圈SEC的第二匝L6之間通過其所對應的連接通孔S連接；初級側線圈PRI的各匝L2至L5位於中間層；連接通孔S設置於初級側線圈PRI的內側與通孔111之間；如此可減小PCB板變壓器線圈板的體積，以適應開關電源小型化的發展趨勢。
更進一步地，PCB板變壓器上還設置有次級側同步整流管12，次級側同步整流管12可靠近次級側線圈SEC設置，如圖6F中示出次級側同步整流管12設置於次級側線圈SEC一側，如此可使次級側同步整流管12更靠近磁芯，進而減小輸出電容Cout、次級側同步整流管12以及次級側線圈SEC圍成的環路，如此減小環路帶來的漏感，提高變換器的效率，但本案並不以此為限。進一步地，還可將次級側同步整流管12直接設置於次級側線圈SEC上，如圖6G中示出，以進一步減小輸出電容Cout、次級側同步整流管12以及次級側線圈SEC圍成的環路，如此減小環路帶來的漏感，提高變換器的效率，並同時使開關電源小型化。根據應用場合、電路拓撲等的不同，PCB板變壓器上還可設置其他的次級側功率器件，本案並不以此為限，例如，圖6中的次級側同步整流管12亦可被替換為次級側整流二極體。
請參照圖7，圖7為圖5的一種線圈結構示意圖。如圖7所示，以PCB板變壓器為用於反激式變換器的變壓器為例，具體說明本案的PCB板變壓器的線圈結構。其中，初級側線圈PRI具有20匝，次級側線圈SEC具有2匝，按6層板PCB線圈板結構設計：第一層和第六層為次級側線圈SEC，每層一匝，經由與其對應的連接通孔S串聯；第二至五層為初級側線圈PRI，每層五匝，初級側各層線圈經由與其對應的另一個連接通孔串聯。
雖然上述實施例的連接通孔S設計是針對次級側線圈SEC，但本案並不以此為限，於環路對漏感影響的特性可知，構成環路的主功率線圈的匝數越少，環路對漏感的影響越大。 因此，對於PCB板變壓器的設計，通過將匝數少的主功率線圈的連接通孔移動到匝數多的主功率線圈內側和磁柱（與磁柱對應的通孔）之間，可以在物理結構上減小由其對應側構成的環路的大小，從而減小漏感。如上述實施例所示，通過將次級側線圈SEC的連接通孔移動到初級側線圈PRI內側和磁柱（與磁柱對應的通孔）之間，可以在物理結構上減小由次級側構成的環路的大小，從而減小漏感。
請參照圖8及圖9A-9G，圖8為本案另一實施例中PCB板變壓器的線圈示意圖；圖9A-9G為圖8的PCB線圈板分層示意圖。圖8及圖9A-9G所示的PCB板變壓器的結構與圖5及圖6A-6G所示的PCB板變壓器的結構大致相同，線圈分層結構也大致與圖6A-6G相同，因此現僅對不同之處進行說明。圖8及圖9A-9G所示的PCB板變壓器線圈板包括多層結構，初級側線圈PRI的匝數少於次級側線圈SEC的匝數，並且初級側線圈PRI位於第一層和最後一層，次級側線圈SEC位於中間層，初級側線圈PRI的各層之間通過其所對應的連接通孔S’連接；PCB板11’上還設置有與磁芯的磁柱對應的通孔111’；連接通孔S’設置於次級側線圈SEC的內側與通孔111’之間。如此可減小PCB板變壓器線圈板的體積，以適應開關電源小型化的發展趨勢。同樣的，圖8及圖9A-9G所示的PCB板變壓器的PCB板11’還上還可設置有初級側功率開關管13，初級側功率開關管13靠近初級側線圈PRI，如圖9F中示出初級側功率開關管13設置於初級側線圈PRI一側，如此可使初級側功率開關管13更靠近磁芯，進而輸入母線電容Cin、初級功率開關管13以及初級側線圈PRI圍成的環路，如此減小環路帶來的漏感，提高變換器的效率，但本案並不以此為限。進一步地，還可將初級側功率開關管13直接設置於初級側線圈PRI上，如圖9G中所示,以進一步減小輸入母線電容Cin、初級側功率開關管13以及初級側線圈PRI圍成的環路，如此減小環路帶來的漏感，提高變換器的效率，並同時使開關電源小型化。
需要說明的是：以上實施例僅僅用以說明本案，而並非限制本案所描述的技術方案；同時，儘管本說明書參照上述實施例對本案進行了詳細的說明，但是，本領域的普通技術人員應當理解，仍然可以對本案進行修改或等同替換；因此，一切不脫離本案的精神和範圍的技術方案及其改進，均應涵蓋在本案所附權利要求的保護範圍之內。
11、11’‧‧‧PCB板
111、111’‧‧‧通孔
12‧‧‧次級側同步整流管
13‧‧‧初級側功率開關管
Cin‧‧‧輸入母線電容
Cout‧‧‧輸出電容
k、S、S’‧‧‧連接通孔
S1‧‧‧初級側功率開關管
S2‧‧‧次級側同步整流管
PRI‧‧‧初級側線圈
SEC‧‧‧次級側線圈
L1、L2、L3、L4、L5、L6‧‧‧層數
圖1為本案技術反激式變換器的原理圖；
圖2為本案PCB變壓器線圈示意圖；
圖3A-3F為圖2的PCB板變壓器線圈板的分層示意圖；
圖4A為本案PCB板變壓器的爆炸圖；
圖4B為本案PCB板變壓器的PCB中線圈的爆炸圖；
圖5為本案一實施例中PCB板變壓器的線圈示意圖；
圖6A-6G為圖5的PCB板變壓器線圈板的分層示意圖；
圖7為圖5的線圈結構示意圖；
圖8為本案另一實施例中PCB板變壓器的線圈示意圖；
圖9A-9G為圖8的PCB板變壓器線圈板的分層示意圖。

Claims (21)

  1. 一種PCB板變壓器，包含一PCB板變壓器線圈板及一磁芯，其中該PCB板變壓器線圈板包含一PCB板、一初級側線圈和一次級側線圈，該初級側線圈和該次級側線圈均繞設於該磁芯的一磁柱上，且各自具有與其對應的至少一個連接通孔，該連接通孔設於該PCB板上，其特徵在於，該初級側線圈和該次級側線圈中，匝數較少的線圈所對應的連接通孔設置於匝數較多的線圈的內側與該磁柱之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之PCB板變壓器，其中該PCB板變壓器線圈板包括一多層結構，其中該次級側線圈位於第一層和最後一層，該初級側線圈位於中間層，並且該次級側線圈的匝數少於該初級側線圈的匝數。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之PCB板變壓器，其中該次級側線圈的各層之間通過其所對應的連接通孔連接。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之PCB板變壓器，其中該次級側線圈的連接通孔設置於該初級側線圈的內側與該磁柱之間。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之PCB板變壓器，其中該次級側線圈上設置有一次級側同步整流管。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之PCB板變壓器，其中該次級側線圈上設置有一次級側整流二極體。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之PCB板變壓器，其中該PCB板變壓器線圈板包括一多層結構，其中該初級側線圈位於第一層和最後一層，該次級側線圈位於中間層，並且該初級側線圈的匝數少於該次級側線圈的匝數。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之PCB板變壓器，其中該初級側線圈的各層之間通過其所對應的連接通孔連接。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之PCB板變壓器，其中該初級側線圈的連接通孔設置於該次級側線圈的內側與該磁柱之間。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之PCB板變壓器，其中該初級側線圈上設置有一初級側功率開關管。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之PCB板變壓器，其中該PCB板變壓器為用於一反激式變換器的變壓器。
  12. 一種PCB板變壓器線圈板，包含一PCB板、一初級側線圈和一次級側線圈，其中該初級側線圈和該次級側線圈各自具有與其對應的至少一個連接通孔，該連接通孔設於該PCB板上，該PCB板包括有一與一磁芯的一磁柱對應的通孔，且該初級側線圈及該次級側線圈均繞設於該磁柱上，其特徵在於，該初級側線圈和該次級側線圈中，匝數較少的線圈所對應的連接通孔設置於匝數較多的線圈的內側與該通孔之間。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之PCB板變壓器線圈板，其中該PCB板變壓器線圈板包括一多層結構，其中該次級側線圈位於第一層和最後一層，該初級側線圈位於中間層，且該次級側線圈的匝數少於該初級側線圈的匝數。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之PCB板變壓器線圈板，其中該次級側線圈的各層之間通過其所對應的連接通孔連接。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之PCB板變壓器線圈板，其中該次級側線圈的連接通孔設置於初級側線圈的內側與該通孔之間。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之PCB板變壓器線圈板，其中該次級側線圈上設置有一次級側同步整流管。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之PCB板變壓器線圈板，其中該次級側線圈上設置有一次級側整流二極體。
  18. 如申請專利範圍第12項所述之PCB板變壓器線圈板，其中該PCB板變壓器線圈板包括一多層結構，其中該初級側線圈位於第一層和最後一層，該次級側線圈位於中間層，並且該初級側線圈的匝數少於該次級側線圈的匝數。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之PCB板變壓器線圈板，其中該初級側線圈的各層之間通過其所對應的連接通孔連接。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之PCB板變壓器線圈板，其中該初級側線圈的連接通孔設置於該次級側線圈的內側與該通孔之間。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之PCB板變壓器線圈板，其中該初級側線圈上設置有一初級側功率開關管。
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