CN106409480A - 一种环绕型平面变压器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环绕型平面变压器，包括磁芯组件和卷绕绕组组件，所述卷绕绕组组件由卷绕为柱状的PCB绕组板体以及嵌入在PCB绕组板体中的夹层板体组成一个整体，卷绕绕组组件的中间部分开设有通孔，磁芯贯穿通孔相互贴合，且与卷绕绕组组件构成完整平面变压器；本发明的一种环绕型平面变压器，初级绕组板体和次级绕组板体均由PCB电路板卷绕成柱状体，初级绕组线圈嵌入在次级绕组线圈内部，保证初级绕组线圈与次级绕组线圈紧密结合，使得平面变压器的功率密度达到最大化，且具有很低的漏感和涡流损耗，初级绕组线圈和次级绕组线圈之间具有很弱的容性效应，降低了电磁干扰，进而提高平面变压器的整体质量。

Description

一种环绕型平面变压器及其制造方法

技术领域

本发明属于平面变压器技术领域，尤其涉及一种环绕型平面变压器及其制造方法。

背景技术

为了适应节能和环保的要求，微电子电路正在使用越来越低的工作电压，以要求电路中损耗的能量越来越少。目前的这种朝更低的供电电压和更小型的转变正在迅速地改变着电源的供应和包装技术。另一方面，由于直流开关电源正在朝轻薄短小发展，随着功率半导体和信号半导体器件变得越来越小，如何减小由于电源供应***中扮演关键角色的功率磁性器件外形尺寸变得至关重要。因为功率变压器和电感器的小型化是最大的难点，一直以来都受到国内外专家们的普遍关注。

平面变压器是一种新铁氧体电感元件，由于平面变压器适合于平面贴装，是电子产品实现轻薄小型化的主要产品。与常规的变压器相比，平面变压器不但有结构上的优势，而且还具有功率密度高、效率高、漏电低、散热性好以及成本低等优点。随着电子技术的不断发展，平面变压器的应用已经从单一的通讯领域迅速扩展到笔记本电脑、汽车电子、医疗电子、安全***、工业控制、数码像机、数字化电视、变频器、逆变器、各种AC/DC、DC/DC变换器以及军用雷达等多种领域。

与传统的变压器采用铜导线作为绕组线圈相比，由于平面变压器的绕组线圈采用的是双层印刷电路板或预制成平面的铜板构成，同时也由于平面磁芯的开发获得了成功，从而平面化的变压器设计得以实现。在功率密度得到大大提高的同时，体积却大大的缩小，只相当于常规变压器的20％，所以平面变压器的厚度远低于传统的变压器，只相当于其20％至40％的高度。由于平面变压器的各种明显优势，采用平面变压器代替传统骨架式变压器是当前开关电源的发展趋势之一。

现有的平面变压器(尤其是大电流、高功率场合)，大多以铜皮作为原/副边绕组，将多个这种绕组堆叠在一起，然后与磁芯一起组成变压器。由于目前的平面变压器结构设计较为复杂，板片之间往往并不是完全贴合，导致平面变压器的功率密度不能达到最大化，产生了较大的漏感和涡流损耗，同时叠加的板片具有很明显的容性效应，容易产生电磁干扰，进而影响平面变压器的整体质量，且应用范围较窄，不能广泛的进行普及使用，影响了平面变压器的推广应用。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种环绕型平面变压器，包括磁芯组件和卷绕绕组组件，在卷绕绕组组件的中间部分开设有通孔，磁芯贯穿通孔后相互贴合，且与卷绕绕组组件构成完整平面变压器；本发明的一种环绕型平面变压器，初级绕组板体和次级绕组板体均由PCB电路板卷绕成柱状体，初级绕组线圈嵌入在次级绕组线圈内部，保证初级绕组线圈与次级绕组线圈紧密结合，使得平面变压器的功率密度达到最大化，且具有很低的漏感和涡流损耗，初级绕组线圈和次级绕组线圈之间具有很弱的容性效应，降低了电磁干扰，进而提高平面变压器的整体质量。

本发明解决技术问题，所采用的技术方案是：一种环绕型平面变压器，包括磁芯组件和卷绕绕组组件，所述磁芯组件呈圆饼状，由一对能够相互对应贴合的磁芯构成，所述磁芯包括呈瓶盖状的芯体和设置在芯体中央的芯柱；两个相互对应贴合的磁芯的贴合方式采用胶粘，通过粘接剂进行粘接固定；

所述卷绕绕组组件，由卷绕为圆环状的PCB绕组板体以及嵌入在PCB绕组板体中的夹层板体构成，在卷绕绕组组件的中心部分开设有通孔，两块磁芯的芯柱从两端分别贯穿卷绕绕组组件中间的通孔后相互贴合；

所述PCB绕组板体由置于内圈的初级绕组板体和置于外圈的次级绕组板体组成，所述夹层板体有多块，分别设置在初级绕组板体和次级绕组板体之间，以及PCB绕组板体与磁芯组件之间。

进一步地，所述初级绕组板体由设有初级绕组线圈的印刷电路板卷绕而成，所述次级绕组板体由设有次级绕组线圈的印刷电路板卷绕而成，所述夹层板体由具有绝缘性能的夹层板卷绕而成。

优选的，所述初级绕组板体通过卷绕形成柱状体，初级绕组板体的中轴形成一个贯穿柱状体的通孔，该通孔与磁芯的芯柱的形状与尺寸相配，芯柱能完全贯穿初级绕组板体中部的通孔。

上述环绕型平面变压器，所述卷绕绕组组件从内向外依次由初级绕组板体、夹层板体、次级绕组板体和夹层板体组成。

上述环绕型平面变压器，所述初级绕组板体和次级绕组板体上均设有圈绕铜电路，所述圈绕铜电路的首尾部均设有接触点，所述接触点通过导线或导体引出PCB绕组板体，接触点的引出端作为平面变压器的接线端。

进一步地，所述夹层板体为用于隔阻初级绕组板体与次级绕组板体之间，以及PCB绕组板体与磁芯组件之间的绝缘板。

优选的，上述夹层板体的材质采用树脂绝缘板材。

进一步的，所述PCB绕组板体的接合处设有两根引线，两根引线分别从两端处引出；所述初级绕组板体的两端也各引出一根引线，两根引线与初级绕组板体构成初级回路；所述次级绕组板体的两端也各引出一根引线，两根引线与次级绕组板体构成次级回路。

加工上述环绕型平面变压器的制造方法，包括如下步骤：

S1：加工制作构成磁芯组件和卷绕绕组组件的各个零部件；

S2：对构成卷绕绕组组件的夹层板和PCB绕组板体进行卷绕成型；

S3：对卷绕成柱状体的初级绕组板体、夹层板体和次级绕组板体进行嵌入式组装，构成完整的卷绕绕组组件；

S4：将加工完成的磁芯组件和组装完成的卷绕绕组组件进行工艺组装，构成完整的平面变压器；

S5：将组装完成的平面变压器进行试验调试，所述试验调试内容为变压器工作效率、漏感、热传导、工作频率、工作温度和绝缘性能，其中工作效率达到99％、漏感低于0.1％、工作频率50千赫兹至20兆赫兹、工作温度-60至150℃和10000V绝缘隔离，调试完成包装入库。

更进一步地，在上述步骤S2中，首先对初级绕组板体进行卷绕成型，然后在初级绕组板体的基础上再进行夹层板体的卷绕成型，最后在夹层板体的基础上进行次级绕组板体的卷绕成型。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明提出的一种环绕型平面变压器，其初级绕组板体和次级绕组板体均由PCB电路板卷绕成柱状体，初级绕组线圈嵌入在次级绕组线圈内部，保证了初级绕组线圈与次级绕组线圈紧密结合，使得平面变压器的功率密度达到最大化，具有很低的漏感和涡流损耗，初级绕组线圈和次级绕组线圈之间具有很弱的容性效应，降低了电磁干扰，进而提高了平面变压器的整体质量，同时，该平面变压器具有体积小和高度低的优点，大大提高了平面变压器的应用场合和普及范围。

附图说明

图1为示出根据本发明示例性实施例的变压器的示意性分解透视图；

图2为示出根据本发明示例性实施例的变压器的示意性侧视图；

图3为示出根据本发明示例性实施例的变压器的PCB绕组板展开结构图；

图4为示出根据本发明示例性实施例的变压器制造方法流程图。

图中：1、磁芯组件，2、卷绕绕组组件，3、PCB绕组板体，4、夹层板体，5、通孔，6、初级绕组板体，7、次级绕组板体，8、芯体，9、芯柱，10、圈绕铜电路，11、引线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图3，本发明提供一种环绕型平面变压器的技术方案，该环绕型平面变压器包括磁芯组件1和卷绕绕组组件2；磁芯组件1呈圆饼状，由一对能够相互对应贴合的磁芯构成，所述磁芯包括呈瓶盖状的芯体8和设置在芯体8中央的呈圆柱状的芯柱9；两个相互对应贴合的磁芯的贴合方式采用胶粘，磁芯芯柱9相对的面上均匀涂覆薄层粘接剂，通过粘接剂进行粘接固定，贴合方式还可以选用外包裹式，外部支架固定是的磁芯相互贴合，外部固定的支架优选非金属材质，形成平面变压器完整的磁芯芯柱9。

卷绕绕组组件2由卷绕为圆环状的PCB绕组板体3以及嵌入在PCB绕组板体3中的夹层板体4构成，在卷绕绕组组件2的中心部分开设有通孔5，两块磁芯的芯柱9从两端分别贯穿卷绕绕组组件2中间的通孔5后相互贴合；且与卷绕绕组组件2构成完整平面变压器；PCB绕组板体3通过卷绕机进行卷绕为柱状体，卷绕机在对PCB绕组板体3进行卷绕为柱状时，需在PCB绕组板体3的板面上加装一次保护膜，保护膜用于保护PCB绕组板体3表面的电路及器件，卷绕为柱状体的PCB绕组板体3两端形成一个接合处(构成柱状的连接缝)，PCB绕组板体3的接合处设有两根引线11，两根引线11分别从两端处引出，初级绕组板体6的两端各引出一根引线11，两根引线11与初级绕组板体6构成初级回路，次级绕组板体7的两端各引出一根引线11，两根引线11与次级绕组板体7构成次级回路。

PCB绕组板体3由置于内圈的初级绕组板体6和置于外圈的次级绕组板体7组成，所述夹层板体4有多块，所述夹层板体4为绝缘隔断层，分别设置在初级绕组板体6和次级绕组板体7之间，以及PCB绕组板体3与磁芯组件1之间。初级绕组板体6、次级绕组板体7和夹层板体4构成柱状卷绕绕组组件2，夹层板体4也通过卷绕机进行卷绕成柱状体，夹层板体4的体积根据PCB绕组板体3的大小选择。

平面变压器一般采用小尺寸的E型、RM型或环型铁氧体磁芯，通常是由高频功率铁氧体材料制成，在高频下有较低的磁芯损耗。在本实施方式中，优选使用环型磁芯，优选的磁芯的高度为0.5cm-5cm，优选的磁芯直径为1cm-10cm，环型磁芯的上下两个部分组装合成时，可以完全包覆内部的卷绕绕组组件2。

在本实施方式中，所述初级绕组板体6由设有初级绕组线圈的印刷电路板卷绕而成，所述次级绕组板体7由设有次级绕组线圈的印刷电路板卷绕而成，所述夹层板体4由具有绝缘性能的夹层板卷绕而成。所述初级绕组线圈为印刷在电路板上的电路构成，该线圈为多根平行且间隔的圈绕铜电路10构成，所述次级绕组线圈与初级绕组线圈的布线格式相同，但根据平面变压器的变比来确定圈绕铜电路10之间的线条粗细和线条密度，具体参阅图3。

所述初级绕组板体6通过卷绕形成柱状体，初级绕组板体6的中轴形成一个贯穿柱状体的通孔5，该通孔5与磁芯的芯柱9的形状与尺寸相配，芯柱9能完全贯穿初级绕组板体6中部的通孔5。

在本实施方式中，所述卷绕绕组组件2从内向外依次由初级绕组板体6、夹层板体4、次级绕组板体7和夹层板体4组成。所述初级绕组板体6和次级绕组板体7均设有圈绕铜电路10，圈绕铜电路10的首尾部设有接触点，所述接触点通过导线或导体引出PCB绕组板体3，接触点的引出端作为平面变压器的接线端。

所述夹层板体4为用于隔阻初级绕组板体6与次级绕组板体7之间，以及PCB绕组板体3与磁芯组件1之间的绝缘板，并优选该绝缘板的材质为树脂绝缘板材。

PCB绕组板体3可省去绕组骨架，能增大散热面积，线圈为直接印刷在PCB板上，而非传统的导线绕制，能减小在高频工作时由集肤效应和邻近效应所引起的涡流损耗，也能增大电流密度，其电流密度最高可达40A/mm²，功率大，工艺简单，使用PCB具有较好的窗口利用率，可达0.4～0.5，且具有体积小的优点；PCB型变压器其功率可高达40kW，频率可达兆赫数量级；采用高精度的平面技术，多层PCB卷绕后夹在磁芯之间，薄型高效铁氧体平面变压器，高度可达10～20mm，工作频率为500～1000kHz，工作温度为-400～1300℃。

请参阅图4，加工环绕型平面变压器的制造方法，包括如下步骤：

S1：加工制作构成磁芯组件1和卷绕绕组组件2的各个部件；

S2：对构成卷绕绕组组件2的夹层板4和PCB绕组板体3进行卷绕成型；

S3：对卷绕成柱状体的初级绕组板体6、夹层板体4和次级绕组板体7进行嵌入式组装，构成完整的卷绕绕组组件2；

S4：将加工完成的磁芯组件1和组装完成的卷绕绕组组件2进行工艺组装，构成完整的平面变压器；

S5：将组装完成的平面变压器进行试验调试，所述试验调试内容为变压器工作效率、漏感、热传导、工作频率、工作温度和绝缘性能，其中工作效率达到99％、漏感低于0.1％、热传导良好、工作频率50千赫兹至20兆赫兹、工作温度-60至150℃和10000V绝缘隔离，调试完成包装入库。

其中，在上述步骤S2中，首先对初级绕组板体6进行卷绕成型，然后在初级绕组板体6的基础上再进行夹层板体4的卷绕成型，最后在夹层板体4的基础上进行次级绕组板体7的卷绕成型。

综上所述，本发明提出的一种环绕型平面变压器，初级绕组板体6和次级绕组板体7均由PCB电路板卷绕成柱状体，初级绕组线圈嵌入在次级绕组线圈内部，保证了初级绕组线圈与次级绕组线圈紧密结合，使得平面变压器的功率密度达到最大化，具有很低的漏感和涡流损耗，初级绕组线圈和次级绕组线圈之间具有很弱的容性效应，降低了电磁干扰，进而提高了平面变压器的整体质量，同时，该平面变压器具有体积小和高度低的优点，大大提高了平面变压器的应用场合和普及范围。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种环绕型平面变压器，包括磁芯组件(1)和卷绕绕组组件(2)，其特征在于：

所述磁芯组件(1)呈圆饼状，由一对能够相互对应贴合的磁芯构成，所述磁芯包括呈瓶盖状的芯体(8)和设置在芯体(8)中央的芯柱(9)；两个相互对应贴合的磁芯的贴合方式采用胶粘，通过粘接剂进行粘接固定；

所述卷绕绕组组件(2)，由卷绕为圆环状的PCB绕组板体(3)以及嵌入在PCB绕组板体(3)中的夹层板体(4)构成，在卷绕绕组组件(2)的中心部分开设有通孔(5)，两块磁芯的芯柱(9)从两端分别贯穿卷绕绕组组件(2)中间的通孔(5)后相互贴合；

所述PCB绕组板体(3)由置于内圈的初级绕组板体(6)和置于外圈的次级绕组板体(7)组成，所述夹层板体(4)有多块，分别设置在初级绕组板体(6)和次级绕组板体(7)之间，以及PCB绕组板体(3)与磁芯组件(1)之间；

所述初级绕组板体(6)通过卷绕形成柱状体，初级绕组板体(6)的中轴形成一个贯穿柱状体的通孔(5)，该通孔(5)与磁芯的芯柱(9)的形状与尺寸相配，芯柱(9)能完全贯穿初级绕组板体(6)中部的通孔(5)；

所述初级绕组板体(6)和次级绕组板体(7)上均设有圈绕铜电路(10)，所述圈绕铜电路(10)的首尾部均设有接触点，所述接触点通过导线或导体引出PCB绕组板体(3)，接触点的引出端作为平面变压器的接线端。

2.根据权利要求1所述的一种环绕型平面变压器，其特征在于：所述初级绕组板体(6)由设有初级绕组线圈的印刷电路板卷绕而成，所述次级绕组板体(7)由设有次级绕组线圈的印刷电路板卷绕而成，所述夹层板体(4)由具有绝缘性能的夹层板卷绕而成。

3.根据权利要求1所述的一种环绕型平面变压器，其特征在于：所述卷绕绕组组件(2)从内向外依次由初级绕组板体(6)、夹层板体(4)、次级绕组板体(7)和夹层板体(4)组成。

4.根据权利要求1所述的一种环绕型平面变压器，其特征在于：所述夹层板体(4)为用于隔阻初级绕组板体(6)与次级绕组板体(7)之间，以及PCB绕组板体(3)与磁芯组件(1)之间的绝缘板。

5.根据权利要求4所述的一种环绕型平面变压器，其特征在于：所述夹层板体(4)的材质采用树脂绝缘板材。

6.根据权利要求1所述的一种环绕型平面变压器，其特征在于：所述PCB绕组板体(3)的接合处设有两根引线(11)，两根引线(11)分别从两端处引出；所述初级绕组板体(6)的两端也各引出一根引线(11)，两根引线(11)与初级绕组板体(6)构成初级回路；所述次级绕组板体(7)的两端也各引出一根引线(11)，两根引线(11)与次级绕组板体(7)构成次级回路。

7.权利要求1至4中任一项所述的环绕型平面变压器的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：加工制作构成磁芯组件(1)和卷绕绕组组件(2)的各个部件；

S2：对构成卷绕绕组组件(2)的夹层板(4)和PCB绕组板体(3)进行卷绕成型；

S3：对卷绕成柱状体的初级绕组板体(6)、夹层板体(4)和次级绕组板体(7)进行嵌入式组装，构成完整的卷绕绕组组件(2)；

S4：将加工完成的磁芯组件(1)和组装完成的卷绕绕组组件(2)进行工艺组装，构成完整的平面变压器；

S5：将组装完成的平面变压器进行试验调试，所述试验调试内容为变压器工作效率、漏感、热传导、工作频率、工作温度和绝缘性能，其中工作效率达到99％、漏感低于0.1％、工作频率50千赫兹至20兆赫兹、工作温度-60至150℃和10000V绝缘隔离，调试完成包装入库。

8.根据权利要求7所述的一种环绕型平面变压器的制造方法，其特征在于：在步骤S2中，首先对初级绕组板体(6)进行卷绕成型，然后在初级绕组板体(6)的基础上再进行夹层板体(4)的卷绕成型，最后在夹层板体(4)的基础上进行次级绕组板体(7)的卷绕成型。