一種雙柱磁芯結構的平面變壓器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙柱磁芯結構的平面變壓器，包括“πI”結構的鐵氧體平板變壓器磁芯和多層平面繞組線圈；本發(fā)明既降低了磁芯的整體厚度又保證了整個磁路磁通密度的均衡，同時，有效的解決了平面線圈漏磁的屏蔽；它可將磁路氣隙設置在所有平面線圈繞組之外，避開了處于氣隙平面繞組受氣隙效應造成的影響；本發(fā)明使平板式變壓器不再因受線圈匝數(shù)限制，而一味追求工作頻率的提高，從而導致電源效率降低、電磁兼容很難達標等諸多技術瓶頸。
【專利說明】
一種雙柱磁芯結構的平面變壓器
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種平面變壓器，尤其一種雙柱磁芯結構的平面變壓器。
【背景技術】
[0002]傳統(tǒng)的高頻變壓器通常由高頻磁芯及電磁導線繞組構成，尤其是以鐵氧體高頻磁芯組配的:有骨架漆包圓銅線繞組的變壓器，已成為了當今一種主流結構。就鐵氧體磁芯而言，現(xiàn)今已形成了幾十種不同結構型式的系列。然而，傳統(tǒng)高頻變壓器一直就是電源變換器中的龐然大物；同時，它又是導致高頻電磁輻射干擾的主要發(fā)生源。如何縮小變壓器的體積實現(xiàn)高頻電源變換器的功率密度，一直是業(yè)界的重點研究課題。從電磁學的基本理論可以得知，提高變換器的工作頻率即可大大提高同一變壓器所能傳遞的功率。無疑，這是高頻電源變換器今后發(fā)展的必然方向。同時，也必須清楚地看到變換器是一個系統(tǒng)，變壓器只不過是整個系統(tǒng)中的一個部件，在整個系統(tǒng)所有部件都尚未解決高頻化適用技術的現(xiàn)今，一味追求變換器的高頻化，其結果是:變換器效率降低、電路結構繁雜、成本高昂、電磁污染加劇等諸多后果。這種狀況隨著變換器功率的增大越為突出。為了縮小高頻變壓器的尺寸，近年間變壓器行業(yè)都在關注一種新結構的平面變壓器，它將傳統(tǒng)變壓器繞組從骨架由里到外布置繞制繞組的方法改變?yōu)轭A先制作好片狀平面繞組，選配不同的平面繞組疊片組裝變壓器;板式平面繞組則是:使用現(xiàn)有印刷電路板制作技術，實現(xiàn)變壓器平面繞組甚至線包總成的新工藝。平面變壓器與傳統(tǒng)變壓器相比具有繞組間耦合性能好、效率高、漏磁小。同時，也是實現(xiàn)變壓器薄型化、高頻化的創(chuàng)新結構。近年間，這種平面結構的高頻變壓器已在中小功率DC/DC板卡式電源中得到了廣泛的運用，以印刷板制作的板式平面變壓器在中、小功率DC/DC變換器中已成為了工業(yè)化應用的一項成熟技術。縱觀現(xiàn)今國際上技術頂級的電源公司，最新推出的AC/DC板卡電源總是無法實現(xiàn)DC/DC板卡電源相同功率條件下的模塊厚度，首要原因就是AC/DC變壓器薄型化的困難;就連最廣泛使用并爭相拼比微型化結構手機充電器，也未見采用平面板式變壓器。這種奇怪的現(xiàn)象在非專業(yè)人員看來的確不可思議。其實，幾乎所有的中、小功率AC/DC電源，尤其是被最普遍、最廣泛使用的單端反激電源也無緣使用性能優(yōu)越的平板變壓器。其實，電源設計師都知道現(xiàn)有的平面變壓器結構并不適合有較多繞組匝數(shù)和工作于較低開關頻率要求的AC/DC變換器，尤其是單端反激拓撲的變換器。這還不僅僅是變壓器繞組設計困難的問題，還會導致比傳統(tǒng)繞線變壓器更多的缺陷。為了使平面變壓器能夠適用于各種電源變換器的拓撲的條件下仍舊保持它所特有技術性能，正是本項技術研發(fā)的動力和目標。結構的鐵氧體磁芯系列的發(fā)明為上述目標的實現(xiàn)推出了一種基礎部件。另外印刷電路板加工工藝和覆銅層厚度的局限，單層銅箔所形成成的繞組匝數(shù)和導流截面都十分有限，僅適合一些小功率低壓DC/DC變換器的運用條件。對于要求繞組匝數(shù)較多(如:具有高電壓輸入的AC/DC)或要求較大電流密度的運用場合，只能通過多層的電路板的串、并來達到匝數(shù)和電流密度的要求，這樣一來平面變壓器就需要使用相當多層數(shù)的電路板來疊成，使平板變壓器小、薄的結構特色蕩然無存。雙柱磁芯結構的平面板式繞組線圈設計方法，在保持印刷板式平面變壓器薄型化、低漏磁、高效率等諸多技術特色的條件下，有效解決了在繞組設計、電路板層間過線都形成的技術難度和制造成本飆升，過厚的繞組反而造成變壓器漏磁升高、效率降低、噪聲干擾等一系列的問題。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術的不足，提出了一種雙柱磁芯結構的平面板式變壓器。
[0004]本發(fā)明一種雙柱磁芯結構的平面板式變壓器，包括“πΓ結構的鐵氧體平板變壓器磁芯和多層雙柱磁芯結構平面繞組線圈；
[0005]“311”結構的鐵氧體平板變壓器磁芯包括上磁芯和下磁芯;所述的上磁芯包括一個平板和兩根磁柱，所述的兩根磁柱設置在平板上，兩根磁柱的截面相等，形狀相同，平行排列；所述的下磁芯為一個與上磁芯平板形狀和大小相同的平板;在上磁芯和下磁芯之組合的完整磁路間跟據需要可設置磁路氣隙墊層或不留氣隙。
[0006]所述的兩根磁柱之間的距離大于等于兩倍磁柱的頂端與磁芯的平板的頂端的距離;其中磁柱的頂端到磁芯的平板的頂端的距離與磁柱的底端到磁芯的平板的底端的距離相同，磁柱的側邊與磁芯的平板的側邊的距離等于磁柱的頂端與磁芯的平板的頂端的距離;磁芯的平板在兩磁柱間截面大于等于單根磁柱的平行于磁芯的平板的截面。
[0007]所述的平面繞組線圈為:PCB板串聯(lián)繞組的首、尾端均從PCB板的外邊沿所排布的金屬化孔焊盤引出；PCB板上開有兩個平行排列的磁芯柱安裝通孔；以雙面覆銅基材走線，并形成圍繞兩個芯柱孔的四個繞組;每個芯柱孔邊緣通過銅面走線過孔，使圍繞于同一芯柱的覆銅走線形成繞向相同的“雙層串聯(lián)繞組”；使圍繞于不同芯柱的兩個“雙層串聯(lián)繞組”按繞向相反地進行串聯(lián)即可構成雙柱、四繞組串聯(lián)的整板繞組，即得單層平面繞組線圈，再將得到的單層平面繞組線圈串接;在相鄰單層平面繞組線圈之間設置絕緣墊層;得到適用于雙柱磁芯結構的多層平面繞組線圈；變壓器的一次繞組、二次繞組和其它輔助繞組都用以上方法得到；最后在一次繞組、二次繞組、其它輔助繞組、磁芯上板、磁芯下板間跟據不同的絕緣要求設置不同的絕緣墊層。
[0008]所述的所有多層平面繞組線圈都設置在上磁芯和下磁芯之間，兩根磁柱設置在多層平面繞組線圈的磁柱安裝通孔內。
[0009]所述的每個繞組線路板于芯柱孔邊緣設置有銅面走線過孔。
[0010]上下磁芯組合后上下磁芯的平面平行，上下磁芯平面覆蓋所有平面線圈繞組。
[0011 ]所述的上磁芯和下磁芯的材料為鐵氧體。
[0012]有益效果:
[0013]1、本發(fā)明既降低了磁芯的整體厚度又保證了整個磁路磁通密度的均衡，同時，有效的解決了平面線圈漏磁的屏蔽；
[0014]2、它可將磁路氣隙設置在所有平面線圈繞組之外，避開了處于氣隙平面繞組受氣隙效應造成的影響；
[0015]3、由該結構系列磁性構成的平板式變壓器，通用于現(xiàn)今的各種電源變換的類型與拓撲，尤其適合制作隔離型AC/DC，單端，雙端，正激，反激等各種變換器拓撲；
[0016]4、它特別適合應用于印刷電路板作為平面線圈的超薄型板卡式電源，是現(xiàn)今平板變壓器制作板卡式AC/DC電源的一項關鍵技術；
[0017]5、它的設計符合電磁學理論及相關計算公式，使平板式變壓器不再因受線圈匝數(shù)限制，而一味追求工作頻率的提高，從而導致電源效率降低、電磁兼容很難達標等諸多技術瓶頸；
[0018]6、它與常規(guī)繞線式變壓器有著幾乎完全相同的設計與計算方法，具有良好的替換性，它突破了平板式變壓器結構的諸多技術制約，實現(xiàn)了板卡式電源對通用繞線式變壓器電源的替換；
[0019]7、將印刷電路繞組設計為“雙面繞組基礎板”的標準化結構系列。依各種電源拓撲所要求的變壓器參數(shù)選配相應磁芯和基礎板，通過串、并繞組板層來獲得所需繞組匝數(shù)和繞組電流，即可配組成各種不同類型和規(guī)格的變壓器。一改傳統(tǒng)電路板繞組只能專用的局限；同時，大大降低了印刷電路繞組制作的技術難度和較高的加工成本。使標準化基礎板配組變壓器的靈活工藝變成現(xiàn)實；
[0020]8、本發(fā)明大大降低了板式變壓器的總厚度，是實現(xiàn)板式平面變壓器薄型話的關鍵技術；
【附圖說明】
[0021]圖1為上磁芯的仰視圖；
[0022]圖2為上磁芯主視圖；
[0023]圖3為下磁芯的結構示意圖；
[0024]圖4為平面繞組線圈的上底面結構示意圖；
[0025]圖5為平面繞組線圈的下底面結構示意圖；
[0026]圖6為多層平面繞組線圈的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0027]如圖1、圖2所示，一種雙柱磁芯結構的平面變壓器，包括“3?Γ結構的鐵氧體平板變壓器磁芯和多層平面繞組線圈；
[0028]“311”結構的鐵氧體平板變壓器磁芯包括上磁芯和下磁芯;所述的上磁芯包括一個平板I和兩根磁柱2，所述的兩根磁柱設置在平板上，兩根磁柱的截面相等，形狀相同，平行排列；所述的下磁芯為一個與上磁芯平板形狀尺寸相同的平板;在上磁芯和下磁芯之組合的完整磁路間跟據需要可設置磁路氣隙墊層或不留氣隙。
[0029]所述的兩根磁柱之間的距離大于等于兩倍磁柱的頂端與磁芯的平板的頂端的距離;其中磁柱的頂端到磁芯的平板的頂端的距離與磁柱的底端到磁芯的平板的底端的距離相同，磁柱的側邊與磁芯的平板的側邊的距離等于磁柱的頂端與磁芯的平板的頂端的距離;磁芯的平板在兩磁柱間截面大于等于單根磁柱的平行于磁芯的平板的截面。
[0030]如圖3所示，所述的下磁芯3為一個平板;上磁芯的平板與下磁芯結構和大小相同；上磁芯和下磁芯之間組合成完整磁路，方法與傳統(tǒng)變壓器磁芯的組合方法相同。
[0031]所述的上磁芯和下磁芯的材料為鐵氧體。磁芯材料的參數(shù)與傳統(tǒng)變壓器磁芯材料參數(shù)計算方法一致。
[0032]磁芯氣隙的添加，方法是在上磁芯磁柱與下磁芯平板間跟據需要可設置磁路氣隙墊層或不留氣隙。
[0033]磁芯組合后上下磁芯的平面平行，上下磁芯平面覆蓋所有平面線圈繞組。
[0034]如圖4、圖5、圖6所示，所述的多層平面繞組線圈為:PCB板串聯(lián)繞組的首、尾端均從PCB板的外邊沿所排布的金屬化孔4焊盤引出；PCB板上開有兩個平行排列的磁芯柱安裝通孔5;以及雙面覆銅基材走線6，并形成圍繞兩個芯柱孔的四個繞組;每個芯柱孔邊緣通過多個銅面走線過孔9，使圍繞于同一芯柱的覆銅走線3形成繞向相同的“雙層串聯(lián)繞組”；使圍繞于不同芯柱的兩個“雙層串聯(lián)繞組”按繞向相反地進行串聯(lián)即可構成雙柱、四繞組串聯(lián)的整板繞組，即得單層平面繞組線圈，再將得到的單層平面繞組線圈8串接;得到適用于雙柱磁芯結構的多層平面繞組線圈；在相鄰單層平面繞組線圈之間設置絕緣層；最后在雙柱磁芯結構的多層平面繞組線圈的頂層和底層設置絕緣層7。
[0035]所述的平面繞組線圈設置在上磁芯和下磁芯之間，兩根磁柱設置在平面繞組線圈的磁芯柱安裝通孔內。
【主權項】
1.一種雙柱磁芯結構的平面變壓器，包括”結構的鐵氧體平板變壓器磁芯和多層平面繞組線圈； 其特征在于:“311”結構的鐵氧體平板變壓器磁芯包括上磁芯和下磁芯；所述的上磁芯包括一個平板和兩根磁柱，所述的兩根磁柱設置在平板上，兩根磁柱的截面相等，形狀相同，平行排列;所述的下磁芯為一個與上磁芯平板形狀和大小相同的平板;上磁芯和下磁芯之間黏接，其中磁柱的頂端到磁芯的平板的頂端的距離與磁柱的底端到磁芯的平板的底端的距離相同； 所述的平面繞組線圈為:PCB板串聯(lián)繞組的首、尾端均從PCB板的外邊沿所排布的金屬化孔焊盤引出；PCB板上開有兩個平行排列的磁芯柱安裝通孔；以雙面覆銅基材走線，并形成圍繞兩個芯柱孔的四個繞組;每個芯柱孔邊緣通過銅面走線過孔，使圍繞于同一芯柱的覆銅走線形成繞向相同的“雙層串聯(lián)繞組”；使圍繞于不同芯柱的兩個“雙層串聯(lián)繞組”按繞向相反地進行串聯(lián)即可構成雙柱、四繞組串聯(lián)的整板繞組，即得單層平面繞組線圈，再將得到的單層平面繞組線圈串接;得到適用于雙柱磁芯結構的多層平面繞組線圈；在相鄰單層平面繞組線圈之間設置絕緣層;最后在雙柱磁芯結構的多層平面繞組線圈的頂層和底層設置絕緣層； 所述的多層平面繞組線圈設置在上磁芯和下磁芯之間，兩根磁柱設置在多層平面繞組線圈的磁芯柱安裝通孔內。2.根據權利要求1所述的一種雙柱磁芯結構的平面變壓器，其特征在于:所述的兩根磁柱之間的距離大于等于兩倍磁柱的頂端與磁芯的平板的頂端的距離。3.根據權利要求1所述的一種雙柱磁芯結構的平面變壓器，其特征在于:磁柱的側邊與磁芯的平板的側邊的距離等于磁柱的頂端與磁芯的平板的頂端的距離。4.根據權利要求1所述的一種雙柱磁芯結構的平面變壓器，其特征在于:磁芯的平板在兩磁柱間截面面積大于等于單根磁柱的平行于磁芯的平板的截面面積。5.根據權利要求1所述的一種雙柱磁芯結構的平面變壓器，其特征在于:所述的每個芯柱孔邊緣通過多個銅面走線過孔。6.根據權利要求1所述的一種雙柱磁芯結構的平面變壓器，其特征在于:所述的上磁芯的矩形平板與下磁芯結構和大小相同。7.根據權利要求1所述的一種雙柱磁芯結構的平面變壓器，其特征在于:上下磁芯黏接后上下磁芯的平面平行，上下磁芯平面覆蓋所有平面線圈繞組。8.根據權利要求1所述的一種雙柱磁芯結構的平面板式變壓器，其特征在于:所述的上磁芯和下磁芯的材料為鐵氧體。9.根據權利要求1所述的一種雙柱磁芯結構的平面變壓器，其特征在于:所述的上磁芯的一個或兩個磁柱與下磁芯平板間加入氣隙墊層。
【文檔編號】H01F27/28GK105869855SQ201610341048
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月20日
【發(fā)明人】舒靖文, 宋衡, 王連根
【申請人】浙江求缺科技有限公司