CN218939408U - 平面变压器、电源转换电路及适配器 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种平面变压器、电源转换电路及适配器。平面变压器包括初级线圈和与初级线圈相对设置的次级线圈。初级线圈和次级线圈中的至少一者包括绕组线圈，绕组线圈由金属薄片弯折而成，弯折后形成两个相对设置的绕组层和连接两个绕组层的连接桥。至少两个绕组线圈沿第一方向堆叠设置，第一方向垂直于绕组层所在面，其中一个绕组线圈的两个绕组层设于另一个绕组线圈的两个绕组层之间。如此可以减少线圈的焊接连接，减小因焊接对电源转换电路产生的负面影响，避免焊接不良引发的事故，并且实现平面变压器在适配器中的立式安装。

Description

平面变压器、电源转换电路及适配器

技术领域

本申请涉及变压器技术领域，尤其涉及一种平面变压器、电源转换电路及适配器。

背景技术

随着电子技术飞速发展，轻量化、高效化和可靠性日渐成为电子设备的发展方向，这也推动了电子***所采用的开关电源向小体积、高转换率方向改进。开关电源中的传统变压器占用空间大、功耗大，是制约开关电源发展的关键因素之一。为使开关电源能达到轻型、高效、高可靠性的目标要求，变压器的设计优化十分重要。和传统变压器相比，平面变压器呈扁平状，尺寸尤其是高度大幅缩小，在开关电源中得到了广泛应用。

平面变压器中的绕组为平面结构，多采用薄铜片或蚀刻在印刷电路板上的扁铜线，制成螺旋式线圈，再行堆叠而成。线圈和线圈之间串联时，需要应用焊接工艺进行连接，增大了线圈之间的电阻，增加了平面变压器的制造工艺难度，也存在焊接不良的风险，并且平面变压器均设置为卧式安装，应有场景受限。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种平面变压器、电源转换电路及适配器，既可降低绕组层间的电阻值，又可避免因焊接缺陷引发平面变压器故障，提升可靠性，并且实现平面变压器在适配器中的立式安装。

根据本申请实施例的第一方面，提供一种平面变压器，包括：初级线圈和与初级线圈相对设置的次级线圈；

初级线圈和次级线圈中的至少一者包括绕组线圈，绕组线圈由金属薄片弯折而成，弯折后形成两个相对设置的绕组层和连接两个绕组层的连接桥；

至少两个绕组线圈沿第一方向堆叠设置，第一方向垂直于绕组层所在面，其中一个绕组线圈的两个绕组层设于另一个绕组线圈的两个绕组层之间。

本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

两个绕组层直接通过连接桥连接，整个绕组线圈的材料始终保持不变，电阻较小。相关技术中，绕组层之间通过焊接连接，焊接的接点处电阻较大，电流损耗高。并且焊接工艺易出现虚焊、焊料堆积、浸润不良等缺陷，影响线圈之间的连接强度和电路的正常工作，本申请通过用金属薄片弯折成一体结构的两个绕组层，无需进行焊接连接，避免因焊接缺陷引发平面变压器故障，提升可靠性。两个绕组线圈如此排布，使得平面变压器的厚度能够尽量小，提升空间利用率，并且能够实现平面变压器的立式安装。

下面进一步对本申请的技术方案进行说明：

在其中一个实施例中，平面变压器还包括底座，采用绝缘材料。

在其中一个实施例中，绕组层设有引脚，底座设有安装孔，引脚可置于安装孔内。

在其中一个实施例中，引脚沿第二方向间隔设置，第二方向垂直于第一方向。

在其中一个实施例中，引脚自底座一侧穿过安装孔至另一侧，并延伸出距离。

在其中一个实施例中，次级线圈为至少两个绕组线圈，初级线圈设置于内侧两个绕组层之间。

根据本申请实施例的第二方面，提供一种电源转换电路，包括：初级电路、次级电路以及如上述任一实施例中的平面变压器，平面变压器设置在初级电路和次级电路之间。

在其中一个实施例中，引脚和初级电路的电位静点或次级电路的电位静点连接。

通过在电源转换电路中应用上述变压器，可以降低电路损耗。

根据本申请实施例的第三方面，提供一种适配器，包括上述任一实施例中的电源转换电路。

在其中一个实施例中，适配器包括PCB板，平面变压器设于PCB板上，绕组层所在面垂直于PCB板所在面。

如此，实现了平面变压器的立式安装，相较于普通变压器，占用PCB板的面积更小，空间利用率更高。

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，并不能限制本申请。

附图说明

图1所示为一实施例中的平面变压器的立体结构示意图；

图2所示为图1所示的平面变压器的立体分解图；

图3所示为一实施例中的金属薄片的结构示意图；

图4所示为图3所示的金属薄片弯折而成的绕组线圈的主视图；

图5所示为图4所示的绕组线圈的左视图；

图6所示为图1所示的平面变压器不带底座的仰视图；

图7所示为图1所示的平面变压器带底座的仰视图；

图8所示为一实施例中的电源转换电路的结构示意图；

图9所示为一实施例中的适配器应用场景的结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。除非另作定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“多个”或者“若干”表示两个及两个以上。除非另行指出，“前部”、“后部”、“下部”和/或“上部”等类似词语只是为了便于说明，而并非限于一个位置或者一种空间定向。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

本申请提供一种平面变压器、电源转换电路及适配器，既可降低绕组层间的电阻值，又可以减少绕组层间的焊接连接，减小因焊接对电源转换电路产生的负面影响，避免焊接不良引发的事故，并且实现平面变压器在适配器中的立式安装。

为方便理解，下面先对本申请实施例中所涉及的技术术语进行解释和描述。

平面变压器(plannar transformer)：区别于传统的变压器结构，平面变压器的磁芯、绕组是平面结构。磁芯一般采用小尺寸的E型、RM型磁芯结构，绕组一般采用多层印刷电路板(printed circuit board,PCB)迭绕而成，这种设计有较低的直流电阻、较小的漏感和分布电容，高度很小，可以有较高的工作频率。

集肤效应：又叫趋肤效应。当导体中有交流电或者交变电磁场时，导体内部的电流分布不均匀，电流集中在导体的“皮肤”部分，也就是说电流集中在导体外表的薄层，越靠近导体表面，电流密度越大，导体内部实际上电流较小。结果使导体的电阻增加，使其损耗功率也增加。

邻近效应：是双线传输线的两导体中，交流电流相互向相邻导体接近的现象。

电位静点：在电路网络中，该网络节点上的电压电位幅值在电路工作过程中保持相对恒定，没有高频的跳跃或震荡。

绕组层：在平面变压器中，绕组层指在绕组中位于同一平面的单匝或多匝线圈。该平面与绕组所围绕的磁芯中轴线垂直，多匝线圈可以由内向外地在同一个平面上平行缠绕。在一个绕组中，可能存在多个绕组层，每个绕组层所在的平面相互平行，垂直于磁芯中轴线排布。相应地，两个相邻的绕组层即两个所在平面平行，且中间不存在另一绕组层的两个绕组层。

下面结合附图，对本申请的平面变压器进行详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。

参照图1至图5所示，本申请提供一种平面变压器10，包括初级线圈110和与初级线圈110相对设置的次级线圈120。初级线圈110和次级线圈120中的至少一者包括绕组线圈130，绕组线圈130由金属薄片131弯折而成，弯折后形成两个相对设置的绕组层132和连接两个绕组层132的连接桥133。如此，两个绕组层132直接通过连接桥133连接，整个绕组线圈130的材料始终保持不变，电阻较小。相关技术中，绕组层之间通过焊接连接，焊接的接点处电阻较大，电流损耗高。并且焊接工艺易出现虚焊、焊料堆积、浸润不良等缺陷，影响线圈之间的连接强度和电路的正常工作，本申请通过用金属薄片131弯折成一体结构的两个绕组层132，无需进行焊接连接，避免因焊接缺陷引发平面变压器10故障，提升可靠性。

由于采用金属薄片131，厚度很小，也可以大幅度减轻集肤效应。

需要说明的是，金属薄片131可采用铜母线。铜母线具有较高的机械性能，良好的导电性、导热性，优良的抗腐蚀性及良好的成型加工性能，适用于平面变压器的需求。金属薄片也可根据实际使用需求采用其他类型的金属材料，本申请对此不作限制。

绕组层132可以设计为圆形、方形等形状，两个绕组层132可相同也可不同，连接桥133可以为长条形。可以通过冲裁、线切割等加工工艺对金属薄片母材进行加工，加工成根据实际需求设计出的绕组层132和连接桥133的形状、尺寸。

进一步地，在一些实施例中，参照图3和图4所示，绕组线圈130的弯折处设有弯折槽134。如此，避免金属薄片131在绕组层132相对于连接桥133折弯时发生撕裂和畸变。

弯折槽134可以为矩形、弧形等形状。弯折槽134的切口宽度一般大于金属薄片的厚度，切口深度一般大于金属薄片厚度的1.5倍。本申请对弯折槽134的形状和尺寸不作限制。

在一些实施例中，参照图5所示，两个绕组层132平行设置，绕组层132和连接桥133垂直设置。如此，两个绕组层132之间处处等距，便于放置规则形状的线包或其他组件。可以通过改变连接桥133的长度从而改变两个绕组层132之间的距离，以满足实际使用需求。

如图2所示，平面变压器10还包括磁芯140，设为分体式结构。磁芯140的中心支腿从初级线圈110和次级线圈120的开口中穿过，并将初级线圈110和次级线圈120夹在中间。绕组层132处于磁芯140的覆盖范围内，连接桥133处于磁芯140的覆盖范围外。

本申请对磁芯140的形状、材质不作限制。例如，磁芯140可以是EC型、EE型、EI型或者RM型。磁芯140可以由氧化铁混合物组成的磁性金属氧化物。例如，磁芯140可以采用锰-锌铁氧体和镍-锌铁氧体材料制作而成。

磁芯140的横截面可以为圆形、椭圆形、矩形、正方形或者不规则形状。

在本申请的实施例中，如图2和图6所示，次级线圈120包括绕组线圈130，初级线圈110设置于两个绕组层132之间，或初级线圈110包括绕组线圈130，次级线圈120设置于两个绕组层132之间。初级线圈110被次级线圈120的两个绕组层132夹住，形成次级夹初级的三明治绕法，使得初级线圈110远离磁芯140，次级电压低，引起的高频干扰小，并且初级线圈110和次级线圈120彼此耦合，减小了平面变压器10的漏感，降低损耗。次级线圈120被初级线圈110的两个绕组层132夹住，形成初级夹次级的三明治绕法，增加了初次级的有效耦合面积，极大地减小了平面变压器10的漏感。

需要说明的是，变压器的变压比K＝初级线圈匝数Np/次级线圈匝数Ns，K>0。在设计变压器时，根据输入输出电压的要求，变压比K选择不同的值，即，在设计变压器时，K值时由设计需求确定的。基于K值，在选择线圈的匝数时，初级线圈的匝数Np和次级线圈的匝数Ns的选择是多样的。例如：设计一个Np/Ns＝2.5的变压器，在满足磁芯不饱和的前提下，Np和Ns有多种组合，例如Np＝20、Ns＝8，或者Np＝10、Ns＝4，或者Np＝5、Ns＝2。为了降低变压器的损耗，常规的变压器绕组的设计，通常会选择较小的Np、Ns，例如上述K＝2.5的变压器设计，在满足磁芯不饱和的前提下，会选择Np＝5、Ns＝2的绕组方案。因此，在本申请的实施例中，如图4所示，绕组层132的匝数为1，可以降低变压器10的损耗。

绕组层132的匝数也可根据应用场景需求和加工条件进行设计，本申请对绕组层132匝数的具体数目不作限制。

需要说明的是，平面变压器10的输出端一般为低压大电流，所以次级线圈120包括绕组线圈130，并采用铜材制成较为合适，如此还可有效降低铜损引起的温升。

在一些实施例中，如图3至图5所示，绕组线圈130还设有引脚135。如此方便和其他线路连接，并且制造工艺简单，减少加工环节，降低成本。同时，引脚135和绕组层132采用同一金属材料，电阻低。

在一些实施例中，引脚135设于绕组层132的起始端和末尾端。如此，便于加工制造。引脚135直接通过冲裁、线切割等工艺加工而成，和绕组层132在同一加工过程中即可完成，效率高，并且加工路径短，更具有经济性。

在一些实施例中，绕组线圈130表面覆有绝缘层(未图示)。如此，可保护绕组线圈130不受机械损伤和化学腐蚀，也可和其他电气组件隔绝开，保证平面变压器10的正常安全使用。

绝缘层可以为绝缘胶布直接贴于绕组层132的两面，绝缘胶布可以采用聚酰胺材料。绝缘层也可包覆于绕组层132的外表面形成保护层。本申请对绝缘层的具体实现方式不作限制。

绕组线圈130的表面绝缘性得到保证，再采用上述三明治结构，初级线圈110和次级线圈120交替装配，由此装配位置关系构成的平面变压器的邻近效应小，进而克服热效应，性能优越。

参照图6所示，本申请还提供一种平面变压器10，至少两个绕组线圈130沿第一方向x堆叠设置，第一方向x垂直于绕组层132所在面，其中一个绕组线圈130的两个绕组层132设于另一个绕组线圈130的两个绕组层132之间。两个绕组线圈130如此排布，使得平面变压器10的厚度能够尽量小，提升空间利用率，并且能够实现平面变压器10的立式安装。

在一些实施例中，次级线圈120为至少两个绕组线圈130，初级线圈110设置于内侧两个绕组层132之间。如此，绕组线圈130均和初级线圈110耦合，次级线圈120产生的安培匝数等于初级绕组产生的安培匝数，绕组电流分布相等，不会影响电路中的其他元件。

在一些实施例中，如图1和图7所示，平面变压器10还包括底座150，采用绝缘材料。底座150对初级线圈110、次级线圈120和磁芯140既可起到支撑作用，也可起到电气隔离的作用，保护电路。绝缘材料可采用常用的环氧树脂。

底座150的大小设计需满足可以完全承托住磁芯140。

进一步地，如图7所示，底座150设有安装孔151，引脚135可置于安装孔151内。如此实现了对引脚135的固定，也可以快速完成绕组线圈130和底座150之间的装配。安装孔151可根据引脚135的形状和尺寸设计，两者之间可以采用过盈或过渡配合。

更进一步地，如图1所示，引脚135自底座150一侧穿过安装孔151至另一侧，并延伸出距离。如此，便于引脚135和其他电路连接。此距离根据实际需求设计制造。

在一些实施例中，引脚135沿第二方向y间隔设置，第二方向y垂直于第一方向x。如此，方便引脚135的排列设置和辨识。

本申请还提供一种电源转换电路20，参照图8所示，包括：初级电路210、次级电路220以及上述平面变压器10，平面变压器10设置在初级电路210和次级电路220之间。通过在电源转换电路20中应用上述变压器10，可以降低电路损耗。初级线圈110的一端用于与初级电路210的电位静点相连，次级线圈120用于与次级电路220的电位静点连接。

在一些实施例中，引脚135和初级电路210的电位静点或次级电路220的电位静点连接。如此，将变压器10接入电源转换电路20中。

本申请还提供一种适配器30，包括上述电源转换电路20。如此，可以提升适配器30的功率密度以及可靠性，增强用户使用体验感。

变压器损耗高会导致适配器功率增加时，热耗密度增加，从而需要适配器满足散热要求，从而制约适配器功率密度的提升。本申请实施例中的适配器30，应用上述损耗低的变压器10，可以有效解决上述问题。

具体地，适配器30可以应用于为设备充电或供电的场景。例如，图9为本申请实施例的一种可能的应用场景的结构示意图。参照图9所示，该应用场景包括外部电源40、适配器30以及待充电设备50。待充电设备50可以包括蜂窝电话、笔记本电脑、电池等，本申请实施例对此不作限制。通常情况下，适配器30可以与外部电源40连接，适配器30包括的电源转换电路用于将外部电源40提供的较高电压转换为符合待充电设备50充电或供电标准的较低电压，并为待充电设备50进行充电或供电。

在一些实施例中，适配器30包括PCB板(未图示)，平面变压器10设于PCB板上，绕组层132所在面垂直于PCB板所在面。如此，实现了平面变压器10的立式安装，相较于普通变压器，占用PCB板的面积更小，空间利用率更高。

在一些实施例中，PCB板上可以设置插口，将平面变压器10通过引脚135***插口内，便于平面变压器10的快速安装和拆卸。也可通过焊接引脚135的方式将平面变压器10固定于PCB板上。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种平面变压器，其特征在于，包括：初级线圈和与所述初级线圈相对设置的次级线圈；

所述初级线圈和所述次级线圈中的至少一者包括绕组线圈，所述绕组线圈由金属薄片弯折而成，弯折后形成两个相对设置的绕组层和连接两个所述绕组层的连接桥；

至少两个所述绕组线圈沿第一方向堆叠设置，所述第一方向垂直于所述绕组层所在面，其中一个所述绕组线圈的两个所述绕组层设于另一个所述绕组线圈的两个所述绕组层之间。

2.如权利要求1所述的平面变压器，其特征在于，所述平面变压器还包括底座，采用绝缘材料。

3.如权利要求2所述的平面变压器，其特征在于，所述绕组层设有引脚，所述底座设有安装孔，所述引脚可置于所述安装孔内。

4.如权利要求3所述的平面变压器，其特征在于，所述引脚沿第二方向间隔设置，所述第二方向垂直于所述第一方向。

5.如权利要求3所述的平面变压器，其特征在于，所述引脚自所述底座一侧穿过所述安装孔至另一侧，并延伸出距离。

6.如权利要求1所述的平面变压器，其特征在于，所述次级线圈为至少两个绕组线圈，所述初级线圈设置于内侧两个所述绕组层之间。

7.一种电源转换电路，其特征在于，包括：初级电路、次级电路以及如权利要求1至6中任一项所述的平面变压器，所述平面变压器设置在所述初级电路和所述次级电路之间。

8.如权利要求7所述的电源转换电路，其特征在于，所述绕组层设有引脚，所述引脚和所述初级电路的电位静点或所述次级电路的电位静点连接。

9.一种适配器，其特征在于，包括如权利要求7或8所述的电源转换电路。

10.如权利要求9所述的适配器，其特征在于，所述适配器包括PCB板，所述平面变压器设于所述PCB板上，所述绕组层所在面垂直于所述PCB板所在面。

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