CN112271058A

CN112271058A - 一种平面变压器

Info

Publication number: CN112271058A
Application number: CN202011350231.7A
Authority: CN
Inventors: 马克俊; 汪发根
Original assignee: Shenzhen Hehuiyuan Electronic Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Hehuiyuan Electronic Technology Co ltd
Priority date: 2020-11-26
Filing date: 2020-11-26
Publication date: 2021-01-26

Abstract

本发明提供一种平面变压器，包括依次电磁连接的顶层磁芯、顶层聚集绝缘导热片、PCB线路板、底层绝缘导热片及电磁连接的底层磁芯，所述PCB线路板至少为六层，所述顶层绝缘导热片和底层绝缘导热片分别设置在顶层PCB线路板和底层PCB线路板的内侧，所述PCB线路板采用1OZ、2OZ、3OZ、4OZ规格的任一种尺寸，本发明平面变压器的绕制部分采用PCB设计制造，顶层和底层采用次边设计，PCB线路板隔离高低压，对比于绝缘油漆的安全防护等级更高，本发明平面变压器节约电子材料，漏感控制较好，降低了产品的温升，平面变压器的体积相比传统变压器缩小约30%，滤波电容的容量减小为25%，功率密度提升为传统变压器的四倍。

Description

一种平面变压器

技术领域

本发明涉及开关电源领域，特别是涉及一种平面变压器。

背景技术

随着便携式电子设备的日益普及，用于提供电源的传统变压器的弊端越来越明显，传统变压器为绕线型变压器，是将线圈绕在骨架上并用磁芯组装而成，或者直接在磁环上进行绕线，此类产品结构复杂，产品体积较大；降成本能力低；产品一致性、稳定性差、潜在失效风险高。

近年来业界发展的平面变压器致力于解决上述传统变压器的不足，解决的核心是设计一种高效率、高可靠性、大电流的平面储能元件，目前市面的平面变压器存在功率密度低，耗能高，电流小，发热严重等不足。

有鉴于此，本发明提出一种高效率、高可靠性、大电流的平面变压器。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效率、高可靠性、大电流的平面变压器，本发明的技术方案是：

一种平面变压器，包括依次电磁连接的顶层磁芯、顶层绝缘导热片、PCB线路板、底层绝缘导热片及电磁连接的底层磁芯。

进一步的，所述PCB线路板至少为六层。

进一步的，所述顶层绝缘导热片和底层绝缘导热片分别设置在顶层PCB线路板和底层PCB线路板的内侧。

进一步的，所述PCB线路板采用1OZ、2OZ、3OZ、4OZ规格的任一种尺寸。

本发明平面变压器节约电子材料，漏感控制较好，层间布线电容稳定，降低了产品的温升，平面变压器的体积相比传统变压器缩小约30%，滤波电容的容量减小为25%，功率密度提升为传统变压器的四倍。

附图说明

图1：本发明平面变压器的结构示意图。

图2：本发明平面变压器第一屏蔽层示意图。

图3：本发明平面变压器第一初级层示意图。

图4：本发明平面变压器第二初级层示意图。

图5：本发明平面变压器第三初级层示意图。

图6：本发明平面变压器第四初级层示意图。

图7：本发明平面变压器第五初级层示意图。

图8：本发明平面变压器第二屏蔽层示意图。

图示标号说明：顶层磁芯1；顶层绝缘导热片 2；PCB线路板3；底层绝缘导热片4；电磁连接的底层磁芯5；磁芯中柱孔6；定位孔7；绕组8。

具体实施方式

请参考图1本发明平面变压器的结构示意图，本发明的平面变压器包括包括依次电磁连接的顶层磁芯1、顶层绝缘导热片2、至少六层的PCB线路板3、底层绝缘导热片4及电磁连接的底层磁芯5，其中磁芯1的中心位置设置磁芯中柱孔6。

在组装时，首先将PCB线路板3的顶层PCB和底层PCB设计为平面变压器输出的次边，同时，在平面变压器的顶层PCB线路板和底层PCB线路板的内侧分别设置绝缘导热片2，将平面变压器的磁芯1与次极进行安全有效隔离，杜绝安全隐患。

对平面变压器的顶层磁芯1，根据设计需求、输出电流和电流密度公式及趋肤效应定律，采用1OZ（35um）、2OZ（70um）、3OZ（105um）、4OZ（140um）等规格的PCB尺寸，便于制造生产，平面变压器本体加顶层绝缘导热片2和底层绝缘导热片2一同散热等，既解决平面变压器输出大电流必须使用编制线或利兹线的高要求和制造复杂度，又克服了变压器的大电流输出产生的温升而导致的磁热饱和。

进一步参考图2和图8本发明平面变压器第一屏蔽层示意图和第二屏蔽层示意图，以及如图3至图7本发明平面变压器第一初级层示意图至第五初级层示意图，其中第一初级层至第五初级层的每层均设置定位孔7及绕组8，每个初级层与层之间提供线圈绕组建立电连接。

相比较传统的平面变压器设计，本发明平面变压器的绕制部分采用PCB设计制造，顶层和底层采用次边设计，PCB线路板隔离高低压，对比于绝缘油漆的安全防护等级更高，防止产品在制造过程中存在的隐患可能性。

本发明平面变压器的耦合搭配紧密，漏感准确、稳定，极小化层间的布线电容不受绕制工艺的限制，PPM极的一致性稳定和可控，将次边设计在平面变压器的顶层和底层，更利于散热，解决了平面变压器的热岛核心效应，有效控制次边的大电流损耗引起的温升。

从顶层向下为辅助绕组设计，其走线可以依据电源产品的EMI设计要求而确定方向，起到了供电，检测和屏蔽的多重作用；从辅助绕组向下是原边主绕组设计，本发明的平面变压器至少为6层PCB结构，高电压通过PCB线路板层隔离安全可靠，高频有功功率电磁耦合更方便，高频电磁骚扰信号更易屏蔽，绕组间布线电容最小。

从原边主绕组而下是屏蔽绕组，满足电磁兼容的要求。

辅助绕组和屏蔽绕组的位置参数可以根据电磁兼容的要求改变匝数和排序，原边主绕组的匝数和层数可以依据开关频率的不同而改变，提升设计的灵活性，在满足效率功率密度EMC的情况下可以采用合理的绕组匝数和层数组合，本发明对此不做限制。

由于传统变压器的工作频率约65KHz，其要求输入的滤波储能电容约为2uF/W，开关电源才能稳定的工作，本发明的平面变压器的开关频率在200K-300KHz，可以轻松的让使用平面高频变压器的开关电源输入储能电容约0.56uF/W而稳定的工作。

本发明的平面变压器采用盎司微米级的铜皮，在同等开关工作条件下趋附深度约为铜线的2倍，根据公式P_loss=I²*R计算，其损耗是电流的平方，PCB线路板的板层间布线电容和漏感稳定可靠，在正常的应用环境下基本不受外部影响，当平面变压器的铜损或线圈等直流损耗与铁损或变压器的磁损平衡相等时变压器的效率达到最佳，且温升达到最低，通过以上的调试过程达到减小平面变压器的体积，提升平面变压器的功率密度达到传统变压器的四倍。

采用本发明的平面变压器设计，节约材料，漏感控制较好，层间布线电容稳定，降低了产品的温升，平面变压器的体积相比传统变压器缩小约30%，滤波电容的容量减小为25%，功率密度提升为传统变压器的四倍。

Claims

1.一种平面变压器，其特征在于，包括依次电磁连接的顶层磁芯、顶层绝缘导热片、PCB线路板、底层绝缘导热片及电磁连接的底层磁芯。

2.根据权利要求1所述的平面变压器，其特征在于，所述PCB线路板至少为六层。

3.根据权利要求1所述的平面变压器，其特征在于，所述顶层绝缘导热片和底层绝缘导热片分别设置在顶层PCB线路板和底层PCB线路板的内侧。

4.根据权利要求1所述的平面变压器，其特征在于，所述PCB线路板采用1OZ、2OZ、3OZ、4OZ规格的任一种尺寸。