帶有抽頭的PCB平板變壓器的製作方法

2023-05-29 14:56:51 2

本實用新型涉及PCB平板變壓器。

背景技術：

當今開關電源發展趨勢是小型化、輕型化、多功能化，其主要實現方法是提高功率密度和採用小型化的元器件。因為PCB平面變壓器可降低繞組集膚效應和鄰近效應的損耗，而且可控制漏感等寄生參數的大小，所以其在開關電源設計中的使用越來越廣泛。目前，PCB平板變壓器常採用EE或EI磁芯，變壓器的繞組主要有兩種結構形式：1個初級繞組和1個次級繞組、1個初級繞組和n個次級繞組。現有的PCB平板變壓器主要存在以下問題：

1、現有的平板變壓器繞組不帶抽頭，實現多個電壓變換要增加多個次級繞組，對磁芯的要求加大，設計成本高，電磁幹擾大；

2、功能單一，在一些複雜的電子產品中無法廣泛應用。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題在於提供一種適用於開關電源的帶有抽頭的PCB平板變壓器，其在電路工作時可提供不同輔助電壓，且結構簡單，散熱性好，適合在高頻、大電流的工況下工作。

為解決上述技術問題，本實用新型實施例提供一種帶有抽頭的PCB平板變壓器，包括磁芯、初級繞組、次級繞組以及具有多層結構的PCB板；具有多層結構的PCB板包括多層初級繞組層和多層次級繞組層，初級繞組層設有初級繞組線圈，次級繞組層設有次級繞組線圈；初級繞組由多層初級繞組層上的初級繞組線圈組成，次級繞組由多層次級繞組層上的次級繞組線圈組成；該具有多層結構的PCB板設有多個過孔；其中，多層次級繞組層疊置在一起，且該多層次級繞組層疊置在其中一部分初級繞組層的上方，其餘的初級繞組層疊置在該多層次級繞組層的上方；初級繞組或次級繞組設有抽頭。

本實用新型至少達到以下的有益效果之一：

1、根據本實用新型實施例的帶有抽頭的PCB平板變壓器可從初級繞組或次級繞組上引出抽頭，除了進行初級繞組和次級繞組能量轉換以外，還可產生不同的輔助電壓，給電子產品的其他電路模塊供電；

2、在本實用新型實施例的帶有抽頭的PCB平板變壓器中，將多層初級繞組層分別置於PCB板的頂板和底部，能夠使PCB平板變壓器得到更好的散熱，還可有效減少漏電感和鄰近效應等影響，並且方便抽頭通過過孔與外部的電源模塊實現電氣連接。當該PCB平板變壓器應用在DC/DC高頻變換器中，能夠降低相關功率器件的功耗和溫升，提高產品的工作效率。

附圖說明

圖1示出了根據本實用新型一實施例的帶有抽頭的PCB平板變壓器的結構示意圖。

圖2示出了根據本實用新型一實施例的帶有抽頭的PCB平板變壓器在抽頭設置在初級繞組時的電路原理圖。

圖3示出了根據本實用新型一實施例的帶有抽頭的PCB平板變壓器在抽頭設置在次級繞組時的電路原理圖。

圖4示出了根據本實用新型一實施例的過孔的示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型做出進一步說明。

請參閱圖1至圖3。根據本實用新型一實施例的帶有抽頭的PCB平板變壓器，包括磁芯、初級繞組P、次級繞組S以及具有多層結構的PCB板2。

磁芯貫穿PCB板2。在圖1所示的實施例中，磁芯由兩個E形磁芯組成，其中一個E形磁芯11的開口向下，另一個E形磁芯12開口向上，該兩個E形磁芯相互對接，形成具有閉合磁路的磁芯。在高溫升應用時，該兩個E形磁芯採用帶夾槽的固定方式相互對接，而在溫升不高的應用場合，該兩個E形磁芯可採用樹脂相互粘接。在其它的實施例中，磁芯由一個E形磁芯和一個I形磁芯組成，所述E形磁芯的開口面向I形磁芯，且E形磁芯與I形磁芯相互對接。

具有多層結構的PCB板2包括多層初級繞組層21和多層次級繞組層22。其中，多層次級繞組層22疊置在一起，且該多層次級繞組層22疊置在其中一部分初級繞組層21的上方，其餘的初級繞組層21疊置在該多層次級繞組層22的上方。在圖1中所示的示例中，PCB板2具有兩層初級繞組層21和兩層次級繞組層22，兩層初級繞組層21分別位於PCB板2的頂層和底層，兩層次級繞組層22位於兩層初級繞組層21之間。

初級繞組層21設有初級繞組線圈211，次級繞組層22設有次級繞組線圈221，每一初級繞組層21上的初級繞組線圈211的數量和每一次級繞組層22上的次級繞組線圈221的數量根據實際應用的要求可以設置為一匝或多匝。初級繞組P由多層初級繞組層21上的初級繞組線圈211組成，次級繞組S由多層次級繞組層22上的次級繞組線圈221組成。最好是，次級繞組線圈221的摺疊或者走線的方式與初級繞組線圈211相同。本實施例中，初級繞組P由N匝初級繞組線圈211組成，次級繞組S由M匝次級繞組線圈221組成。初級繞組線圈211和次級繞組線圈221均由絕緣介質層和覆銅層組成，覆銅層設置在絕緣介質層的上表面。

為了在電路工作時可提供不同輔助電壓，初級繞組P或次級繞組S設有抽頭。根據本實用新型實施例的帶有抽頭的PCB平板變壓器可應用在開關電源的DC/DC高頻變換器中，根據不同的DC/DC變化模式，靈活地選擇抽頭的引出方式和位置。在圖2的示例中，從變壓器的初級繞組P引出了n個抽頭，其中n<N，當變壓器應用在反激變換中，開關管截止時，可在變壓器的初級繞組P得到n個不同的輔助電壓，供給其他電路模塊。在圖3的示例中，從變壓器的次級繞組S引出了m個抽頭，其中m<M，當變壓器應用在正激變換中，開關管導通時，可在次級繞組S得到m個不同輔助電壓，供給其他電路模塊。在圖1的示例中，m=1, 是從變壓器的次級繞組S中引出了一個抽頭S3。

具有多層結構的PCB板設有多個過孔23。位於不同初級繞組層21的初級繞組線圈211通過其中一些過孔相互連接成一個整體，位於不同次級繞組層22的次級繞組線圈22通過其中另一些過孔相互連接成一個整體，還有一些過孔是用於實現與初級繞組的端子、次級繞組的端子以及抽頭與外部電源模塊的電氣連接。在圖1中示出了初級繞組P的端子P2、次級繞組S的端子S2以及次級繞組S的抽頭S3。圖1中所示的豎直延伸的虛線X為各個過孔的中心線。實際設計中，過孔的位置出現在整匝線圈的首端或者末端，因此，要想獲得輔助電壓，只需要計算出匝數比，然後找到合適的過孔位置。在本實施例中，多個過孔23中的其中一部分過孔為通孔，其餘過孔為盲孔。

需要說明的是，抽頭S3的引出方式並不局限於圖1中所示的通過過孔引出的方式。例如，與抽頭S3相連的電路模塊如果恰好與抽頭位於同一次級繞組層22上，則不需要將抽頭S3通過過孔引出到PCB板2的頂層，只需要將二者通過導線直接相連就可以。又比如，如果位於PCB板2的頂層的初級繞組層21具有多匝初級繞組線圈211，通過電壓比值計算確定引出抽頭的位置位於其中某一匝線圈的末端，那麼也只需要用導線直接連接該匝線圈的末端就可以了，也不需要通過過孔來實現電氣連接。

對用於開關電源的PCB平板變壓器而言，在反激或者正激升壓電路中，流過初級繞組的電流會比流過次級繞組的電流大，為了承受大電流，初級繞組線圈的寬度也大於次級繞組線圈的寬度。在本實用新型實施例的帶有抽頭的PCB平板變壓器中，將多層初級繞組層分別置於PCB板2的頂板和底部，能夠使PCB平板變壓器得到更好的散熱，還可有效減少漏電感和鄰近效應等影響，並且方便抽頭通過過孔與外部的電源模塊實現電氣連接。

用在開關電源的DC/DC高頻變換器中的PCB平板變壓器還必須考慮過孔產生的寄生參數，如寄生電感和寄生電容等，因此，過孔尺寸選擇尤為重要。圖4示出了過孔的示意圖。過孔由3部分組成：孔231、焊盤區232和阻焊區233。若要得到精確的電壓，要考慮使用合適的孔直徑、焊盤區直徑和阻焊區直徑，以減小阻抗，同時還要兼顧電壓信號的實時性。在本實施例中，PCB平板變壓器為工作頻率大於等於400KHz的高頻變壓器；各過孔的孔徑D0為0.15mm～0.25mm，各過孔的焊盤區的直徑D1為0.41mm～0.51mm，各過孔的阻焊區的直徑D2為0.81mm～0.91mm，從而減少了寄生參數影響，提高了輸出電壓的穩定性和精度。

顯然，本領域的技術人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和範圍。這樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬於本實用新型權利要求及其等同技術的範圍之內，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內。