一種平面變壓器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種平面變壓器，包括上磁芯、下磁芯以及設(shè)置在所述上下磁芯之間的多個(gè)扁平線圈，相鄰扁平線圈之間絕緣，所述每個(gè)扁平線圈是由多匝盤繞成螺旋形狀的金屬導(dǎo)體構(gòu)成，所述多個(gè)扁平線圈在空間上垂直投影，且上下重疊，所述多個(gè)扁平線圈一部分構(gòu)成平面變壓器的初級(jí)繞組，另一部分構(gòu)成平面變壓器的次級(jí)繞組，其特征在于：所述每個(gè)扁平線圈的每匝寬度按照每個(gè)線圈中心向外側(cè)方向，以如下列形式改變：W1：W2：……：Wn＝1：a：…：an?1，W為線圈寬度，n為線圈匝數(shù)，n≥1，0.5≤a＜1或1＜a≤1.5，所述每個(gè)扁平線圈的每匝線圈寬度的改變趨勢(shì)彼此一致。通過改變每匝線圈寬度可以改變變壓器的磁場(chǎng)分布，從而改變耦合性能和交流損耗，本實(shí)用新型具有可以按照實(shí)際需求調(diào)整平面變壓器的漏感和交流電阻的特點(diǎn)。
【專利說明】
一種平面變壓器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及變壓器領(lǐng)域，更具體地，涉及一種平面變壓器。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，電力電子設(shè)備不斷朝著更小體積、更高功率密度和更高效率的方向發(fā)展，變壓器作為電力電子設(shè)備中的關(guān)鍵元件之一，也趨向于小型化設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)的繞線變壓器早已不能滿足要求。傳統(tǒng)變壓器工藝復(fù)雜且存在漏感大的問題，成本高，難以滿足目前現(xiàn)有市場(chǎng)需求。
[0003]常規(guī)地，作為變壓器繞組的PCB上印制的所有線圈的寬度是一樣的。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本實(shí)用新型提供了一種平面變壓器，其旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中不能按實(shí)際需求調(diào)整漏感和交流電阻的技術(shù)問題。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，按本實(shí)用新型提供了一種平面變壓器，包括上磁芯、下磁芯以及設(shè)置在所述上下磁芯之間的多個(gè)扁平線圈，相鄰扁平線圈之間絕緣，所述每個(gè)扁平線圈是由多匝盤繞成螺旋形狀的金屬導(dǎo)體構(gòu)成，所述多個(gè)扁平線圈在空間上垂直投影，且上下重疊，所述多個(gè)扁平線圈一部分構(gòu)成平面變壓器的初級(jí)繞組，另一部分構(gòu)成平面變壓器的次級(jí)繞組，其特征在于:所述每個(gè)扁平線圈的每匝線圈寬度按照每個(gè)線圈中心向外側(cè)方向，以如下列形式改變:
[0006]^2^":1=1:&^":&11—1，￥為線圈寬度，11為線圈匝數(shù)，112 1，0.5<&<1或1<&<1.5，所述每個(gè)扁平線圈的每匝線圈寬度的改變趨勢(shì)彼此一致。
[0007]優(yōu)選地，所述初級(jí)繞組每?jī)蓚€(gè)線圈之間匝數(shù)相差小于或等于I，所述次級(jí)繞組每?jī)蓚€(gè)線圈之間匝數(shù)相差小于或等于I。
[0008]優(yōu)選地，所述扁平線圈為多層印制電路板或銅條或銅片或兩者組合或三者組合。
[0009]優(yōu)選地，當(dāng)扁平線圈為多層印制電路板時(shí)，所述每個(gè)扁平線圈是采用銅箔線繞制，且是嵌在所述多層印制電路板的每一層的。
[0010]優(yōu)選地，所述每個(gè)線圈相鄰兩阻線圈的間距滿足]^八丨=0.78*]^(>/300) ； At是每個(gè)扁平線圈相鄰兩匝線圈間的間距，V是實(shí)際使用電壓。
[0011]通過本實(shí)用新型的技術(shù)方案，一方面可以提高磁場(chǎng)耦合性，減小漏感，同時(shí)降低交流損耗，減小交流電阻，另一方面也可以根據(jù)實(shí)際對(duì)變壓器的使用需求，降低磁場(chǎng)耦合性，增大漏感。同時(shí)，采用多層印制電路板作為繞組的平面變壓器與傳統(tǒng)繞線變壓器相比，具有較好的高頻特性，絕緣性能好，散熱佳，繞組間的耦合好，無論在成本、體積重量、性能方面都更勝出一籌。另外，使用銅片替代印制電路板還可以提高通流能力。
[0012]總體而言，通過改變每匝線圈寬度可以改變變壓器的磁場(chǎng)分布，從而改變耦合性能和交流損耗，本實(shí)用新型具有可以按照實(shí)際需求調(diào)整平面變壓器的漏感和交流電阻的特點(diǎn)。
【附圖說明】
[0013]圖1是本實(shí)用新型的實(shí)施例一的平面變壓器構(gòu)造的示意分解圖；
[0014]圖2是本實(shí)用新型的實(shí)施例一的用于為平面變壓器提供繞組的多層印制電路板構(gòu)造上線圈寬度遞增的視圖；
[0015]圖3是本實(shí)用新型的實(shí)施例一的用于為平面變壓器提供繞組的多層印制電路板構(gòu)造上線圈寬度遞減的視圖；
[0016]圖4是本實(shí)用新型的實(shí)施例二的用于為平面變壓器提供繞組的銅片構(gòu)造上線圈寬度遞增的正視圖；
[0017]圖5是本實(shí)用新型的實(shí)施例二的用于為平面變壓器提供繞組的銅片構(gòu)造上上線圈寬度遞增的左視圖；
[0018]在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中:1-磁芯，11-上磁芯，12-下磁芯，2-多層印制電路板，21、22、23、24、25、26-印制線，27、28、29、20、31-通孔，
3-銅片。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。此外，下面所描述的本實(shí)用新型各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0020]實(shí)施例一
[0021]如圖1所示，本實(shí)施例的平面變壓器包括上磁芯、下磁芯和設(shè)置在上下磁芯之間的用于為平面變壓器提供繞組的多層印制電路板2，本實(shí)施例提供的磁芯I包括上磁芯11和下磁芯12，分別在多層印制電路板2的上方和下方。上磁芯11和下磁芯12是一對(duì)EE型平面磁芯，還可以是其它磁芯，諸如EI磁芯，ER磁芯等。本實(shí)施例以每層一個(gè)線圈，每個(gè)線圈三匝為例，如圖2所示，多層印制電路板2的每一層上的印制線21、22、23提供圍繞磁芯I中心部分的一個(gè)線圈，線圈采用銅箔線印制，印制線為扁平形狀。多層印制電路板2提供的初級(jí)繞組和次級(jí)繞組之間具有預(yù)設(shè)的繞組比。
[0022]如圖2所示，多層印制電路板2的其中一層上的印制線21、22、23形成的一個(gè)線圈每匝線圈的寬度依次為W1H，印制線21、22、23的寬度W1U3的關(guān)系為:
[0023]ffi:ff2:ff3 = l:a:a2 (公式 I)
[0024]此時(shí)令Wl = X，，則W2 = xa，W3 = xa2，設(shè)計(jì)變壓器時(shí)，多層印制電路板2的其中一側(cè)寬度bl由磁芯窗口寬度決定，例如EE型平面磁芯一側(cè)窗口寬度為多少，多層印制電路板2的其中一側(cè)寬度bl就為多少。多層印制電路板2每層上相鄰兩匝扁平線圈之間的間距Atl，每層最內(nèi)匝線圈靠近印制電路板2中心窗口的間距為gi，最外匝線圈靠近印制電路板2邊緣的間距為g2，本實(shí)例中為了方便設(shè)計(jì)和控制，將相鄰兩匝扁平線圈之間的間距Atl設(shè)置相等，最內(nèi)匝線圈靠近印制電路板2中心窗口的間距為gjP最外匝線圈靠近印制電路板2邊緣的間距g2設(shè)置也相等。
[0025]常規(guī)地，相鄰兩匝線圈之間的間距At1，最內(nèi)匝線圈靠近印制電路板2中心窗口的間距為81和最外匝線圈靠近印制電路板2邊緣的間距g2都是由電氣參數(shù)決定，如通流強(qiáng)度，絕緣強(qiáng)度，通常這兩個(gè)參數(shù)只要滿足絕緣要求即可，一般按照絕緣強(qiáng)度設(shè)置間距最小，以盡量增大線圈寬度，提高流通能力，當(dāng)間距設(shè)置不相等時(shí)，考慮絕緣強(qiáng)度時(shí)要按照最小間距距離來設(shè)計(jì)，不方便設(shè)計(jì)和控制，總體是不劃算的。一般在工程實(shí)際中每層上相鄰兩匝線圈之間的間距At滿足lgAt = 0.78*lg(V/300)，V是實(shí)際使用電壓。
[0026]此時(shí)，(數(shù)+他+抑)+2厶乜+281 = 131
[0027]即(x+xa+xa2)+2Ati+2gi= bi
[0028]X= (bi_2Ati_2gi)/( 1+a+a2)
[0029]因此，^=(?3?-2Λ?ι-28ι)/(1+&+&2)
[0030]ff2= (bi_2Ati_2gi)/(l+a+a2)a[0031 ] ff3= (bi_2Ati_2gi)/(l+a+a2)a2
[0032]故，在通常情況下，每匝線圈寬度是根據(jù)實(shí)際使用的磁芯窗口寬度決定的。
[0033]接公式I，當(dāng)a的取值范圍為I至1.5，且a不為I時(shí)，W1U3的寬度按照線圈中心側(cè)向外側(cè)方向，線圈寬度遞增，與常規(guī)平面變壓器相比，磁場(chǎng)分布更靠近磁芯中心側(cè)，磁場(chǎng)耦合性能得到進(jìn)一步提高，從而減小了漏感，同時(shí)降低了交流損耗，減小了交流電阻。比值a取值不同，對(duì)平面變壓器性能的影響大小不同，當(dāng)變壓器確定了，可以根據(jù)具體需求調(diào)整a的具體取值。此時(shí)多層印制電路板2每層層之間通過通孔28進(jìn)行連接，當(dāng)有多塊多層印制電路板時(shí)，相鄰兩塊之間通過通孔27連接。
[0034]類似地，如圖3所示，多層印制電路板2的其中一層上的印制線24、25、26形成的三匝線圈的寬度依次為W4，W5，W6，印制線24、25、26的寬度W4，W5，W6的關(guān)系為:
[0035]W4:ff5:ff6 = l:a:a2 (公式 II)
[0036]此時(shí)，比值a的取值范圍為0.5至I，且a不為I時(shí)，W4，W5，W6的寬度按照線圈中心側(cè)向外側(cè)方向，線圈寬度遞減，與常規(guī)平面變壓器相比，磁場(chǎng)分布更遠(yuǎn)離磁芯中心側(cè)，磁場(chǎng)耦合性能被減小，從而增大了漏感。例如，在DC/DC變換器中，平面變壓器的漏感可以參與電路諧振，實(shí)現(xiàn)mosfet開關(guān)管零電壓開通和關(guān)斷。這樣就要求平面變壓器的漏感和mosfet的雜散電容相配合，要有一個(gè)具體的確定值，比如說是ΙμΗ。在用常規(guī)方式設(shè)計(jì)變壓器之后，發(fā)現(xiàn)漏感只有0.85μΗ，這時(shí)候就需要增大一點(diǎn)點(diǎn)漏感，而其他方式(比如改變繞組的排布方式)對(duì)漏感的影響比較大，稍作調(diào)整漏感值就會(huì)偏大，難以實(shí)現(xiàn)細(xì)小的調(diào)整。采用本實(shí)用新型中的這種方法，就可以實(shí)現(xiàn)稍微增大漏感值這樣一個(gè)目的。因此，比值a取值不同，對(duì)平面變壓器性能的影響大小不同，可以根據(jù)實(shí)際情況需求調(diào)整a的具體取值。此時(shí)多層印制電路板2每層層之間通過通孔20進(jìn)行連接，當(dāng)有多塊多層印制電路板時(shí)，相鄰兩塊之間通過通孔29連接。
[0037]對(duì)于同一個(gè)平面變壓器，每一層上線圈寬度改變的趨勢(shì)是一致的，同為遞增或者同為遞減;每一層上線圈寬度改變的比值a可以不一致，滿足取值范圍要求即可。
[0038]類似地，當(dāng)多層印制電路板2每層印制線形成的線圈為任意多匝時(shí)，按照線圈中心向外，設(shè)置每匝線圈的寬度，使其滿足以下形式改變:
[0039]W1 = W2:."=Wn=Iia:…:a11—1W為線圈寬度，η為線圈匝數(shù)，η 2 I，0.5 <a<l或l<a<1.5
[0040]對(duì)于線圈匝數(shù)，匝數(shù)都為正整數(shù)，一般都是根據(jù)具體變壓器的要求而設(shè)定的，首先確定變壓器初級(jí)繞組和次級(jí)繞組比，再設(shè)置匝數(shù)。對(duì)于每個(gè)線圈匝數(shù)，初級(jí)繞組每?jī)蓚€(gè)線圈之間匝數(shù)相差小于或等于I，次級(jí)繞組每?jī)蓚€(gè)線圈之間匝數(shù)相差小于或等于I，這樣磁場(chǎng)相對(duì)分布就更均勻。
[0041]根據(jù)本實(shí)施例，通過設(shè)置多層印制電路板2上印制線的寬度，可以改變電磁耦合性能和交流損耗，從而改變平面變壓器的漏感與交流電阻，達(dá)到滿足實(shí)際需求的目的。
[0042]實(shí)施例二
[0043]如圖4所示，本實(shí)例中將實(shí)例一中的多層印制電路板改用多個(gè)銅片替代，每個(gè)銅片上的線圈仍像實(shí)施例一中一樣印制，除線圈部分的其他銅導(dǎo)體部分采用沖壓或其他方式去除。采用銅片替代多層印制電路板時(shí)，相當(dāng)于保留了多層印制電路板上的銅箔線，去掉了基板，提高了通流能力。多個(gè)銅片之間，通過通孔31進(jìn)行連接。相鄰銅片之間需要設(shè)置絕緣材料進(jìn)行絕緣。
[0044]在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上，可以采用銅片3代替部分或者全部多層印制電路板2，同時(shí)使得初級(jí)繞組和次級(jí)繞組之間具有預(yù)設(shè)的繞組比，銅片3與印制電路板2之間可以通過通孔31、27、29進(jìn)行連接。在某些情況下，如果銅片不合適，也可以采用銅條代替，只要滿足變壓器預(yù)設(shè)繞組比即可。
[0045]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種平面變壓器，包括上磁芯、下磁芯以及設(shè)置在所述上下磁芯之間的多個(gè)扁平線圈，相鄰扁平線圈之間絕緣，所述每個(gè)扁平線圈是由多匝盤繞成螺旋形狀的金屬導(dǎo)體構(gòu)成，所述多個(gè)扁平線圈在空間上垂直投影，且上下重疊，所述多個(gè)扁平線圈一部分構(gòu)成平面變壓器的初級(jí)繞組，另一部分構(gòu)成平面變壓器的次級(jí)繞組，其特征在于:所述每個(gè)扁平線圈的每匝線圈寬度按照每個(gè)線圈中心向外側(cè)方向，以如下列形式改變: 胃1:胃2:‘":1=1:3^":&11—1，￥為線圈寬度，11為線圈匝數(shù)，112 1，0.5<&<1或1<&<1.5，所述每個(gè)扁平線圈的每匝線圈寬度的改變趨勢(shì)彼此一致。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面變壓器，其特征在于，所述初級(jí)繞組每?jī)蓚€(gè)線圈之間匝數(shù)相差小于或等于I，所述次級(jí)繞組每?jī)蓚€(gè)線圈之間匝數(shù)相差小于或等于I。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的平面變壓器，其特征在于，所述扁平線圈為多層印制電路板或銅條或銅片或兩者組合或三者組合。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的平面變壓器，其特征在于，當(dāng)扁平線圈為多層印制電路板時(shí)，所述每個(gè)扁平線圈是采用銅箔線繞制，且是嵌在所述多層印制電路板的每一層的。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的平面變壓器，其特征在于，所述每個(gè)線圈相鄰兩匝線圈的間距滿足Ig At = 0.78*lg(V/300); At是每個(gè)扁平線圈相鄰兩匝線圈間的間距，V是實(shí)際使用電壓。
【文檔編號(hào)】H01F27/28GK205487673SQ201620193006
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月14日
【發(fā)明人】聶中, 饒波, 高俊, 趙映, 張正卿
【申請(qǐng)人】楗舵嘗, 饒波