一種組裝式平面變壓器的製作方法

2023-06-14 09:42:26

專利名稱：一種組裝式平面變壓器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種新型組裝式平面變壓器，屬變壓器技術領域。
背景技術：
變壓器是藉助電磁感應原理，以相同的頻率，在兩個或更多的繞組之間變換電壓或電流的一種靜止能量轉換電氣設 備。變壓器為各式電子裝置，如電源供應器或電源轉換裝置等運作時不可或缺的基本組件，其中又以高頻的變壓器具有體積小、重量輕等的特點，可用於要達到輕薄要求的電源，並且隨著電子裝置朝向小型化、薄型化等的趨勢發展下，變壓器也需朝體積小且結構扁平的方向改良，因此平面變壓器將會是電源變壓器發展的趨勢。傳統的繞線變壓器，一般包括有絕緣材質的線圈支架、纏繞在線圈支架上的線圈、包覆在線圈之外的鐵心以及絕緣膠帶等材料，一般都由人工繞制，大批量生產時，具有差錯率高，一致性差，檢驗困難等缺點，同時會造成整個電子裝置合格率不高。由於傳統變壓器一般是由繞在鐵氧體磁芯上的圓銅導線組成線圈繞組，因此銅導線的利用率不能得到充分利用，這一情況在高頻時尤其明顯，這是因為在高頻工作條件下所產生的電流趨膚效應所致。平面變壓器，其繞組是敷銅在多層印刷電路板上或直接使用銅板形成的一組扁平導電平面，雖然由於趨膚效應電流集中趨向在外表面，但對它來說電流仍流經整個導線，這與圓柱線型導線相比提高了總的電流密度，這樣與常規的線繞變壓器相比，平面變壓器就能獲得更高的轉換效率和功率密度。PCB板自誕生以來，已從單面發展到雙面、多層。它是在絕緣基材上，按預定設計，製成印製線路、印製元件或由兩者結合而成的導電圖形，印製板上敷有銅箔線而作為導線。與傳統的變壓器採用銅導線作為繞組線圈不同，採用印刷電路板(PCB)製作的平面變壓器完全採用機械化生產，具有生產低差錯、性能高、一致性好等特點，同時可以獲得更高的規律密度和相對較低的體積等諸多優點(功率密度大大提高的同時，體積卻大大的縮小)，使得平面變壓器在高端電源設備中獲得大量的應用。由於變壓器變比的要求，平面變壓器必需採用多層印刷電路板，平面PCB變壓器和普通線繞變壓器相比雖然優點突出，但是由於多層印刷線路板的製造成本非常昂貴，製作周期長，設計複雜，而傳統的線繞變壓器具有成本低，製作方便簡單，工藝成熟，周期短、設計簡單等特點，因此現代開關電源大量使用的仍然是線繞變壓器。PCB板主要的加工生產工藝為1、2、4、6、8層板為成熟工藝，加工厚度通常低於2mm,如果要加工平面變壓器所需的12層以上銅層，4mm以上厚度的PCB板，超出很多PCB加工企業的能力，即使能加工生產，成本也難以承受。如何能夠採用目前成熟的PCB板工藝技術，通過適當組合，製作出滿足要求的平面變壓器，極大的有利於平面變壓器的推廣應用。
發明內容本實用新型的目的在於，提供一種高效可自由組裝的平面變壓器，在實際應用中比普通平面變壓器有更多的靈活性和互換性，並能有效的降低材料成本和佔用更少的流動資金。為達上述目的，本實用新型採用如下技術方案一種組裝式平面變壓器，它包括一副上下對稱的平面磁芯，及設置在兩平面磁芯間的繞組板，上、下對稱的兩塊平面磁芯穿過繞組板並粘接在一起，所述繞組板(PCB板)採用多層印刷電路板製作而成；所述繞組板設置一塊或多塊，每塊繞組板至少包含一個線圈繞組，各繞組板的初級繞組互相串聯，次級繞組互相串聯或互相獨立。 本實用新型的進一步設計在於，各繞組板的初級繞組與次級繞組通過半孔工藝引出連結端子，連結端子位於PCB板兩側。每塊繞組板(PCB板)由相同或不同層數的印刷電路板製作而成，每塊繞組板至少具有一個線圈繞組，該線圈繞組為初級繞組或次級繞組，或者同時具有一個初級繞組和一個或多個次級繞組。一塊或多塊繞組板組裝連接在目標電路板上，兩平面磁芯穿過繞組板並粘接在一起。每塊繞組板的多層刷電路板，上、下表層鋪設銅箔為屏蔽層，內部各層鋪設線圈繞組，作為初級繞組或次級繞組，各層的線圈繞組通過內部埋孔串聯。所述平面磁芯為平面型軟磁鐵氧體磁芯。本實用新型相比現有技術具有如下優點本實用新型旨在解決平面變壓器製作過程中遇到的問題，採用現有技術和工藝，通過大量的實驗驗證設計一種能夠和普通線繞變壓器成本相當的平面變壓器，它在滿足技術性能的條件下，解決線繞變壓器大批量生產的技術難關，同時也解決了平面變壓器試驗周期長的缺點。本實用新型可將平面變壓器技術大規模應用低功率應用場合。本實用新型對大規模生產製造開關電源擁有極高推廣價值。繞組板之間初級繞組通過各自連接端子串聯，初級繞組匝數為所有繞組板之和；次級繞組可以相串聯也可以互相獨立，如果相串聯則次級繞組圈數為所有繞組板次級繞組總和，如果獨立，則每個次級繞組就是一個獨立的繞組。本實用新型可採用不同種類的繞組板相組合、連接。可製作多種規格和多用途的平面變壓器。外部連接結構設置於印刷電路板相對的兩邊端部，採用半孔工藝，可以使用表面貼裝技術，方便裝配在任何電子產品上。本實用新型可採用多塊繞組板自由靈活組裝搭配，形成不同的初級、次級線圈匝數，可以滿足不同的輸入輸出電壓要求的系列產品。採用繞組板工藝能夠大幅度減少印刷電路板的製作費用，大大地降低了產品的材料成本、製造成本和生產周期。


圖I為本實用新型繞組板的組裝原理圖一。圖2為本實用新型繞組板的組裝原理圖二。圖3為繞組板的結構示意圖。圖4為本實用新型組裝式平面變壓器結構示意圖。[0032]圖5為本平面變壓器緊密直接接觸組裝方式一俯示圖。圖6為本平面變壓器緊密直接接觸組裝方式一側視圖。圖7為本平面變壓器位於目標板兩側的組裝方式二的俯視圖。圖8為本平面變壓器位於目標板兩側的的組裝方式二的側視圖。圖I、圖2中1-8為繞組板的連接點。圖5-圖8中1_目標板；2_磁芯；Pa_上層PCB板；Pb_下層PCB板。
具體實施方式
印刷電路板(PCB板)內的銅箔線形成線圈，而磁芯環繞在線圈的外圍，連接結構設置在印刷電路板兩邊端部，一端為初級繞組引出端子，另一端為次級繞組引出端子，可直接·焊接在目標電路板上。繞組板通常採用多層(如八層)印刷電路板，每塊印刷電路板通常包含兩個繞組，一個初級繞組，一個次級繞組；印刷電路板的內層為線圈，外兩層為銅箔屏蔽層，層與層之間為PCB絕緣層，實現電氣隔離。每層的線圈匝數可設計為I N (N大小和磁芯的窗口尺寸有關)圈，層間通過內部埋孔連接。通常每塊繞組板的初級繞組為串聯方式，次級繞組相互獨立，連接端子分布於繞組板兩側，可實現多路輸出，由於PCB採用的FR-4玻璃纖維環氧樹脂板，具有很好的絕緣特性，因此可方便製作高隔離的開關電源。每塊繞組板的組裝方式為繞組板緊密直接接觸，或分布在目標電路板兩側並與目標電路板緊密接觸。實施例一採用圖I的安裝方式，兩塊繞組板疊放直接緊密接觸，兩塊繞組板各設有一個初級繞組和一個次級繞組。兩塊繞組板的初級繞組相串聯，次級繞組相互獨立，然後通過繞組板的連結端子焊接於目標電路板上。實施例二 採用圖2的安裝方式，將兩塊繞組板直接焊接到目標電路板的兩側，兩塊繞組板各設有一個初級繞組和一個次級繞組。兩塊繞組板板的初級繞組相串聯，次級繞組相串聯，然後通過繞組板的連結端子焊接於目標電路板上。製作實例一本例設計了兩種繞組板，變壓器僅使用這兩種繞組板，即可組合成六款平面變壓器產品，具體如下本平面變壓器的兩種繞組板P1、P2，均採用8層結構的PCB板，上、下表層用於屏蔽，內層6層用於繞組，其中4層用於初級繞組，2層用於次級別繞組，平面鐵氧體磁芯使用FEE16，磁芯窗口寬度為4mm，每層最大圈數為5圈。繞組板P1，初級繞組20圈，次級繞組4圈；即4層初級繞組每層線圈匝數5圈，2層次級繞組，每層線圈匝數2圈。 繞組板P2，初級繞組20圈，次級繞組5圈。即4層初級繞組每層線圈匝數5圈，2層次級繞組中一層線圈匝數2圈，另一層線圈匝數為3圈。六種平面變壓器的組合方式分別為1、P1與Pl組合，初級繞組串聯(40圈)，次級繞組獨立，第一次級繞組4圈，第二次級繞組4圈；2、PI與PI組合，初級繞組串聯(40圈)，次級繞組串聯，僅一個次級繞組8圈；3、P2與P2組合，初級繞組串聯(40圈)，次級繞組獨立，第一次級繞組5圈，第二次級繞組5圈；4、P2與P2組合，初級繞組串聯(40圈)，次級繞組串聯，僅一個次級繞組10圈；5、P1與P2組合，初級繞組串聯(40圈)，次級繞組獨立，第一次級繞組4圈，第二次級繞組5圈；6、P1與P2組合，初級繞組串聯(40圈)，次級繞組串聯，僅一個次級繞組9圈。
權利要求1.一種組裝式平面變壓器，它包括一副上下對稱的平面磁芯，及設置在兩平面磁芯間的繞組板，上、下對稱的兩塊平面磁芯穿過繞組板並粘接在一起，所述繞組板由採用多層印刷電路板製作而成； 其特徵是所述繞組板設置一塊或多塊，每塊繞組板至少包含一個線圈繞組，各繞組板的初級繞組互相串聯，次級繞組互相串聯或互相獨立。
2.根據權利I所述的組裝式平面變壓器，其特徵是 各繞組板的初級繞組與次級繞組通過半孔工藝引出連結端子，連結端子位於PCB板兩側。
3.根據權利I或2所述的組裝式平面變壓器，其特徵是 每塊繞組板由相同或不同層數的印刷電路板製作而成，每塊繞組板具有的至少一個線圈繞組，該線圈繞組為初級繞組或次級繞組，或者同時具有一初級繞組和一個或多次級繞組。
4.根據權利I所述的組裝式平面變壓器，其特徵是 一塊或多塊繞組板組裝連接在目標電路板上，兩平面磁芯穿過繞組板並粘接在一起。
5.根據權利I所述的組裝式平面變壓器，其特徵是 每塊繞組板的多層印刷電路板結構，上、下表層鋪設銅箔為屏蔽層，內部各層鋪設線圈繞組，作為初級繞組或次級繞組，各層的線圈繞組通過內部埋孔串聯。
6.根據權利1、2、4或5所述的組裝式平面變壓器，其特徵是所述平面磁芯為平面型軟磁鐵氧體磁芯。
專利摘要本實用新型提供一種組裝式平面變壓器，該變壓器包括一副上下對稱的平面磁芯，及設置在兩平面磁芯間的繞組板，上、下對稱的兩塊平面磁芯穿過繞組板並粘接在一起，所述繞組板採用多層印刷電路板製作而成；所述繞組板設置一塊或多塊，各繞組板的初級繞組與初級繞組相串聯，次級繞組與次級繞組相串聯或互相獨立。採用繞組板工藝能夠大幅度減少印刷電路板的製作費用，大大地降低了產品的材料成本、製造成本和生產周期。
文檔編號H05K1/18GK202695101SQ20122037311
公開日2013年1月23日 申請日期2012年7月31日 優先權日2012年7月31日
發明者俞廣志 申請人:南京思立科電子有限公司