一种平面变压器

摘要

本发明公开了一种平面变压器，包括上磁芯、下磁芯以及设置在所述上下磁芯之间的多个扁平线圈，相邻扁平线圈之间绝缘，所述每个扁平线圈是由多匝盘绕成螺旋形状的金属导体构成，所述多个扁平线圈在空间上垂直投影，且上下重叠，所述多个扁平线圈一部分构成平面变压器的初级绕组，另一部分构成平面变压器的次级绕组，其特征在于：所述每个扁平线圈的每匝宽度按照每个线圈中心向外侧方向，以如下列形式改变：W1：W2：……：Wn＝1：a：…：an‑1，W为线圈宽度，n为线圈匝数，n≥1，0.5≤a＜1或1＜a≤1.5，所述每个扁平线圈的每匝线圈宽度的改变趋势彼此一致。通过改变每匝线圈宽度可以改变变压器的磁场分布，从而改变耦合性能和交流损耗，本发明具有可以按照实际需求调整平面变压器的漏感和交流电阻的特点。

权利要求

1.一种平面变压器，包括上磁芯、下磁芯以及设置在所述上、下磁芯之间的多个扁平线圈，相邻扁平线圈之间绝缘，所述每个扁平线圈是由多匝盘绕成螺旋形状的金属导体构成，所述多个扁平线圈在空间上垂直投影，且上下重叠，所述多个扁平线圈一部分构成平面变压器的初级绕组，另一部分构成平面变压器的次级绕组，其特征在于：初级绕组和次级绕组之间具有预设的绕组比；所述每个扁平线圈的每匝线圈宽度按照每个线圈中心向外侧方向，以如下列形式改变：W1：W2：…：Wn＝1：a：…：an-1，W为线圈宽度，n为线圈匝数，n≧1，0.5≦a﹤1或1﹤a≦1.5，所述每个扁平线圈的每匝线圈宽度的改变趋势彼此一致；所述扁平线圈为多层印制电路板或铜条或铜片或两者组合或三者组合；每个线圈相邻两匝线圈的间距满足lg△t＝0.78*lg(V/300)；△t是每个扁平线圈相邻两匝线圈间的间距，V是实际使用电压；

当扁平线圈采用多层印制电路板时，多层印制电路板每一层上的印制线提供围绕由上磁芯、下磁芯所构成的磁芯中心部分的一个线圈。

2.根据权利要求1所述的平面变压器，其特征在于，所述初级绕组每两个线圈之间匝数相差小于或等于1，所述次级绕组每两个线圈之间匝数相差小于或等于1。

3.根据权利要求1或2所述的平面变压器，其特征在于，当扁平线圈为多层印制电路板时，所述每个扁平线圈是采用铜箔线绕制，且是嵌在所述多层印制电路板的每一层的。

说明书

一种平面变压器

技术领域

[0001] 本发明涉及变压器领域，更具体地，涉及一种平面变压器。

背景技术

[0002] 近年来，电力电子设备不断朝着更小体积、更高功率密度和更高效率的方向发展，变压器作为电力电子设备中的关键元件之一，也趋向于小型化设计，传统的绕线变压器早已不能满足要求。传统变压器工艺复杂且存在漏感大的问题，成本高，难以满足目前现有市场需求。

[0003] 常规地，作为变压器绕组的PCB上印制的所有线圈的宽度是一样的。

发明内容

[0004] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种平面变压器，其旨在解决现有技术中不能按实际需求调整漏感和交流电阻的技术问题。

[0005] 为实现上述目的，按本发明提供了一种平面变压器，包括上磁芯、下磁芯以及设置在所述上下磁芯之间的多个扁平线圈，相邻扁平线圈之间绝缘，所述每个扁平线圈是由多匝盘绕成螺旋形状的金属导体构成，所述多个扁平线圈在空间上垂直投影，且上下重叠，所述多个扁平线圈一部分构成平面变压器的初级绕组，另一部分构成平面变压器的次级绕组，其特征在于：所述每个扁平线圈的每匝线圈宽度按照每个线圈中心向外侧方向，以如下列形式改变：

[0006] W1：W2：…：Wn＝1：a：…：an-1，W为线圈宽度，n为线圈匝数，n≥1，0.5≤a＜1或1＜a≤1.5，所述每个扁平线圈的每匝线圈宽度的改变趋势彼此一致。

[0007] 优选地，所述初级绕组每两个线圈之间匝数相差小于或等于1，所述次级绕组每两个线圈之间匝数相差小于或等于1。

[0008] 优选地，所述扁平线圈为多层印制电路板或铜条或铜片或两者组合或三者组合。

[0009] 优选地，当扁平线圈为多层印制电路板时，所述每个扁平线圈是采用铜箔线绕制，且是嵌在所述多层印制电路板的每一层的。

[0010] 优选地，所述每个线圈相邻两匝线圈的间距满足lgΔt＝0.78*lg(V/300)；Δt是每个扁平线圈相邻两匝线圈间的间距，V是实际使用电压。

[0011] 通过本发明的技术方案，一方面可以提高磁场耦合性，减小漏感，同时降低交流损耗，减小交流电阻，另一方面也可以根据实际对变压器的使用需求，降低磁场耦合性，增大漏感。同时，采用多层印制电路板作为绕组的平面变压器与传统绕线变压器相比，具有较好的高频特性，绝缘性能好，散热佳，绕组间的耦合好，无论在成本、体积重量、性能方面都更胜出一筹。另外，使用铜片替代印制电路板还可以提高通流能力。

[0012] 总体而言，通过改变每匝线圈宽度可以改变变压器的磁场分布，从而改变耦合性能和交流损耗，本发明具有可以按照实际需求调整平面变压器的漏感和交流电阻的特点。

附图说明

[0013] 图1是根据本发明的实施例一的平面变压器构造的示意分解图；

[0014] 图2是根据本发明的实施例一的用于为平面变压器提供绕组的多层印制电路板构上线圈宽度递增的视图；

[0015] 图3是根据本发明的实施例一的用于为平面变压器提供绕组的多层印制电路板构上线圈宽度递减的视图；

[0016] 图4是根据本发明的实施例而的用于为平面变压器提供绕组的铜片构上线圈宽度递增的视图。

[0017] 在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-磁芯，11-上磁芯，12-下磁芯，2-多层印制电路板，21、22、23、24、25、26-印制线，27、28、29、20、31-通孔，3-铜片。

具体实施方式

[0018] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

[0019] 实施例一

[0020] 如图1所示，本实施例的平面变压器包括上磁芯、下磁芯和设置在上下磁芯之间的用于为平面变压器提供绕组的多层印制电路板2，本实施例提供的磁芯1包括上磁芯11和下磁芯12，分别在多层印制电路板2的上方和下方。上磁芯11和下磁芯12是一对EE型平面磁芯，还可以是其它磁芯，诸如EI磁芯，ER磁芯等。本实施例以每层一个线圈，每个线圈三匝为例，如图2所示，多层印制电路板2的每一层上的印制线21、22、23提供围绕磁芯1中心部分的一个线圈，线圈采用铜箔线印制，印制线为扁平形状。多层印制电路板2提供的初级绕组和次级绕组之间具有预设的绕组比。

[0021] 如图2所示，多层印制电路板2的其中一层上的印制线21、22、23形成的一个线圈每匝线圈的宽度依次为W1、W2、W3，印制线21、22、23的宽度W1、W2、W3的关系为：

[0022] W1：W2：W3＝1：a：a2  (公式I)

[0023] 此时令W1＝x，，则W2＝xa，W3＝x a2，设计变压器时，多层印制电路板2的其中一侧宽度b1由磁芯窗口宽度决定，例如EE型平面磁芯一侧窗口宽度为多少，多层印制电路板2的其中一侧宽度b1就为多少。多层印制电路板2每层上相邻两匝扁平线圈之间的间距Δt1，每层最内匝线圈靠近印制电路板2中心窗口的间距为g1，最外匝线圈靠近印制电路板2边缘的间距为g2，本实例中为了方便设计和控制，将相邻两匝扁平线圈之间的间距Δt1设置相等，最内匝线圈靠近印制电路板2中心窗口的间距为g1和最外匝线圈靠近印制电路板2边缘的间距g2设置也相等。

[0024] 常规地，相邻两匝线圈之间的间距Δt1，最内匝线圈靠近印制电路板2中心窗口的间距为g1和最外匝线圈靠近印制电路板2边缘的间距g2都是由电气参数决定，如通流强度，绝缘强度，通常这两个参数只要满足绝缘要求即可，一般按照绝缘强度设置间距最小，以尽量增大线圈宽度，提高流通能力，当间距设置不相等时，考虑绝缘强度时要按照最小间距距离来设计，不方便设计和控制，总体是不划算的。一般在工程实际中每层上相邻两匝线圈之间的间距Δt满足lgΔt＝0.78*lg(V/300)，V是实际使用电压。

[0025] 此时，(W1+W2+W3)+2Δt1+2g1＝b1

[0026] 即(x+xa+xa2)+2Δt1+2g1＝b1

[0027] x＝(b1-2Δt1-2g1)/(1+a+a2)

[0028] 因此，W1＝(b1-2Δt1-2g1)/(1+a+a2)

[0029] W2＝(b1-2Δt1-2g1)/(1+a+a2)a

[0030] W3＝(b1-2Δt1-2g1)/(1+a+a2)a2

[0031] 故，在通常情况下，每匝线圈宽度是根据实际使用的磁芯窗口宽度决定的。

[0032] 接公式I，当a的取值范围为1至1.5，且a不为1时，W1、W2、W3的宽度按照线圈中心侧向外侧方向，线圈宽度递增，与常规平面变压器相比，磁场分布更靠近磁芯中心侧，磁场耦合性能得到进一步提高，从而减小了漏感，同时降低了交流损耗，减小了交流电阻。比值a取值不同，对平面变压器性能的影响大小不同，当变压器确定了，可以根据具体需求调整a的具体取值。此时多层印制电路板2每层层之间通过通孔28进行连接，当有多块多层印制电路板时，相邻两块之间通过通孔27连接。

[0033] 类似地，如图3所示，多层印制电路板2的其中一层上的印制线24、25、26形成的三匝线圈的宽度依次为W4，W5，W6，印制线24、25、26的宽度W4，W5，W6的关系为：

[0034] W4：W5：W6＝1：a：a2  (公式II)

[0035] 此时，比值a的取值范围为0.5至1，且a不为1时，W4，W5，W6的宽度按照线圈中心侧向外侧方向，线圈宽度递减，与常规平面变压器相比，磁场分布更远离磁芯中心侧，磁场耦合性能被减小，从而增大了漏感。例如，在DC/DC变换器中，平面变压器的漏感可以参与电路谐振，实现mosfet开关管零电压开通和关断。这样就要求平面变压器的漏感和mosfet的杂散电容相配合，要有一个具体的确定值，比如说是1μH。在用常规方式设计变压器之后，发现漏感只有0.85μH，这时候就需要增大一点点漏感，而其他方式(比如改变绕组的排布方式)对漏感的影响比较大，稍作调整漏感值就会偏大，难以实现细小的调整。采用本发明中的这种方法，就可以实现稍微增大漏感值这样一个目的。因此，比值a取值不同，对平面变压器性能的影响大小不同，可以根据实际情况需求调整a的具体取值。此时多层印制电路板2每层层之间通过通孔20进行连接，当有多块多层印制电路板时，相邻两块之间通过通孔29连接。

[0036] 对于同一个平面变压器，每一层上线圈宽度改变的趋势是一致的，同为递增或者同为递减；每一层上线圈宽度改变的比值a可以不一致，满足取值范围要求即可。

[0037] 类似地，当多层印制电路板2每层印制线形成的线圈为任意多匝时，按照线圈中心向外，设置每匝线圈的宽度，使其满足以下形式改变：

[0038] W1：W2：…：Wn＝1：a：…：an-1W为线圈宽度，n为线圈匝数，n≥1，0.5≤a＜1或1＜a≤1.5

[0039] 对于线圈匝数，匝数都为正整数，一般都是根据具体变压器的要求而设定的，首先确定变压器初级绕组和次级绕组比，再设置匝数。对于每个线圈匝数，初级绕组每两个线圈之间匝数相差小于或等于1，次级绕组每两个线圈之间匝数相差小于或等于1，这样磁场相对分布就更均匀。

[0040] 根据本实施例，通过设置多层印制电路板2上印制线的宽度，可以改变电磁耦合性能和交流损耗，从而改变平面变压器的漏感与交流电阻，达到满足实际需求的目的。

[0041] 实施例二

[0042] 如图4所示，本实例中将实例一中的多层印制电路板改用多个铜片替代，每个铜片上的线圈仍像实施例一中一样印制，除线圈部分的其他铜导体部分采用冲压或其他方式去除。采用铜片替代多层印制电路板时，相当于保留了多层印制电路板上的铜箔线，去掉了基板，提高了通流能力。多个铜片之间，通过通孔31进行连接。相邻铜片之间需要设置绝缘材料进行绝缘。

[0043] 在实施例一的基础上，可以采用铜片3代替部分或者全部多层印制电路板2，同时使得初级绕组和次级绕组之间具有预设的绕组比，铜片3与印制电路板2之间可以通过通孔31、27、29进行连接。在某些情况下，如果铜片不合适，也可以采用铜条代替，只要满足变压器预设绕组比即可。

[0044] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。