电源装置及其平面变压器的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种电源装置及其平面变压器，所述平面变压器包括一磁芯组及一变压器电路板，所述磁芯组具有相对设置的上磁芯及下磁芯，所述变压器电路板为多层印刷电路板，设置于所述上磁芯及下磁芯之间，所述变压器电路板上设有第一及第二电感线圈、形成变压器的初级绕组及次级绕组；所述第一电感线圈的一端连接所述初级绕组的一端，所述第二电感线圈的一端连接所述初级绕组的另一端，所述第一、第二电感线圈的另一端及所述初级绕组的另一端用于连接所述平面变压器的外部电源，所述次级绕组的两端输出经变压器变压后的电压。所述平面变压器具有EMI屏蔽功能。
【专利说明】
电源装置及其平面变压器
技术领域
[0001 ] 本实用新型涉及一种平面变压器，尤其涉及一种具有电磁干扰(Electromagnetic InterferenCe，EMI)屏蔽功能的平面变压器及具有该平面变压器的电源装置。
【背景技术】
[0002] 变压器是一种常用的电子元件，主要用于电源供应器或电源转换电路中以提升或 降低电路上的电压。随着电子产品朝向小型化、轻薄化、高功率等的发展趋势下，为适应电 子产品的发展趋势，变压器也需朝体积小、轻薄化发展，平面变压器因与常规变压器相比， 显著降低磁性器件的高度、减小磁性器件的体积和重量、提高磁性器件的功率密度，更适用 于具有轻薄要求的电源装置。但是，现有的平面变压器容易产生电磁干扰，尤其在高频的使 用下，电磁干扰的情形更是严重，使得电子产品的性能下降。 【实用新型内容】
[0003] 有鉴于此，有必要提供一种能够降低EMI的平面变压器及使用该平面变压器的电 源装置。
[0004] 本实用新型的实施例提供一种平面变压器，包括：
[0005] -磁芯组，具有相对设置的上磁芯及下磁芯；
[0006] -变压器电路板，所述变压器电路板为多层印刷电路板，设置于所述上磁芯及下 磁芯之间，所述变压器电路板上设有第一及第二电感线圈、形成变压器的初级绕组及次级 绕组;所述第一电感线圈及第二电感线圈形成共模电感，所述变压器的初级绕组与所述第 一及第二电感线圈连接形成差模电感，所述次级绕组输出经变压器变压后的电压。
[0007] 作为一种优选方案，所述第一电感线圈的一端连接所述初级绕组的一端，所述第 二电感线圈的一端连接所述初级绕组的另一端，所述第一、第二电感线圈的另一端及所述 初级绕组的另一端用于连接所述平面变压器的外部电源。
[0008] 作为一种优选方案，所述第一及第二电感线圈、变压器的初级绕组及次级绕组为 印制于变压器电路板上的线圈状的铜箱。
[0009] 作为一种优选方案，所述第一及第二电感线圈、变压器的初级绕组及次级绕组为 印制于变压器电路板的不同层上的铜箱。
[0010] 作为一种优选方案，所述第一及第二电感线圈的匝数和相位相同形成共模电感。
[0011] 作为一种优选方案，所述变压器的初级绕组在电路板上的走线形成用于消除所述 平面变压器开关频率噪音的第一及第二虚拟电容，第一虚拟电容连接于变压器初级绕组两 端，第二虚拟电容连接于变压器初级绕组的一端及第二电感线圈的一端之间。
[0012] 本实用新型实施例还提供一种电源装置，包括如上任一项所述的平面变压器。
[0013] 作为一种优选方案，所述电源装置包括一主电路板，所述变压器电路板为所述主 电路板的一部分;或
[0014] 所述变压器电路板与所述主电路板为分离的电路板，包括所述变压器电路板的所 述平面变压器安装于所述主电路板上。
[0015] 作为一种优选方案，所述电源装置包括整流电路，所述整流电路包括第一、第二二 极管及第一和第二电容，所述第一电感线圈的一端连接所述初级绕组的一端，所述第二电 感线圈的一端连接所述初级绕组的另一端，所述第一二极管的阳极连接外部电源，所述第 一二极管的阴极通过第一电容及第二电容连接第二电感线圈的另一端，所述变压器初级绕 组的另一端连接所述第一电容及第二电容的连接节点及外部电源，所述第二二极管的阴极 连接第一二极管的阳极，所述第二二极管的阳极连接所述变压器初级绕组的另一端。
[0016] 作为一种优选方案，所述电源装置还包括一谐振电路，所述谐振电路包括第一 MOS 管及第二MOS管，所述第一 MOS管连接于变压器初级绕组的两端，所述第二MOS管连接于初级 绕组的另一端与地之间。
[0017] 本实用新型实施例所示的平面变压器采用一个平面变压器磁芯作为磁体，在一个 平面变压器里面集成了共模电感、差模电感和开关频率噪音滤除电路，抑制EMI，避免了在 高频使用下精密的电子器件受到EMI干扰。
【附图说明】
[0018] 附图中：
[0019] 图1示出本实用新型实施方式的电源装置的立体图。
[0020]图2示出本实用新型实施方式的电源装置的立体分解图。
[0021]图3示出图1所示电源装置的电路原理图。
[0022]主要元件符号说明
[0024] 如下【具体实施方式】将结合上述附图进一步说明本实用新型。
【具体实施方式】
[0025] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的 实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下 所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。可以理解，附图仅提供参考与说 明用，并非用来对本实用新型加以限制。附图中显示的尺寸仅仅是为便于清晰描述，而并不 限定比例关系。
[0026]需要说明的是，当一个组件被认为是"连接"另一个组件，它可以是直接连接到另 一个组件或者可能同时存在居中组件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术 语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的 说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。 [0027] 请参考图1及图2,本实用新型电源装置100的实施例包括一主电路板30及一平面 变压器10。
[0028] 所述平面变压器10包括上磁芯12、下磁芯14和一变压器电路板16,所述上磁芯12 包括一个铁氧体材料制成的四边形平板(图未示），围绕所述四边形平板的四边设有四个厚 度材质相同的三角形平板122和一个母板123。四边形平板和三角形平板122通过拼接粘贴 在母板123上形成一个方形或矩形的上磁芯12。四个三角形平板122两两相接触的地方留有 间隙125,使所述三角形平板122之间互相不触碰，且三角形平板122与四边形平板之间也有 间隙。
[0029] 所述变压器的下磁芯14为一个整体结构，形状与上磁芯12形状一致，为方形或矩 形。所述下磁芯14可通过模具浇铸而成或通过数控加工形成。所述下磁芯14上有一环形槽 142;环形槽142中央有一个凸起的圆形柱144,在圆形柱144的侧壁上设有两个凹槽146。下 磁芯14的四边对称设置有四个缺口 147。其形成的结构类似于公路上十字路口的环岛设计。 四边对称的四个缺口 147的作用是为了定位上下磁芯12、14及变压器电路板16的位置。
[0030]请一并参阅图3,所述变压器电路板16为多层印刷电路板，所述变压器电路板16与 所述下磁芯14的环岛设计的形状对应成圆环形，其中部设有一贯穿变压器电路板16的通孔 162,所述变压器电路板16的外缘向外延伸出四个与所述下磁芯14的四个缺口 147对应的延 伸部164。所述变压器电路板16上设有第一电感线圈Tb、第二电感线圈Tc及用以形成变压器 的初级绕组及次级绕组Ta、TcU第一、第二电感线圈Tb、Tc及初级绕组及次级绕组Ta、Td由印 制在所述变压器电路板16不同层上的铜箱绕所述通孔162成环形线圈状绕置而成。第一、第 二电感线圈Tb、Tc及变压器的初级绕组Ta之间通过设置于变压器电路板16上的铜箱走线 或/及过孔(via)形成相应的电连接。所述通孔162的内壁上向通孔中央凸设两个与所述圆 形柱144上的两个凹槽146配合的凸块166。其他实施方式中，每一形成第一、第二电感线圈 Tb、Tc及变压器的初级绕组及次级绕组Ta、Td的铜箱也可分别形成于变压器电路板16的不 同层上。
[0031] 所述变压器电路板16设置于上、下磁芯12、14之间，装配时，先将下磁芯14的圆形 柱144插入变压器电路板16的通孔162中，并使凸块166卡人凹槽146,然后再将上磁芯12盖 在下磁芯14上，可使用点胶的方式将上、下磁芯12、14相互粘合。本实用新型实施例中的平 面变压器10中，上下磁芯12、14作为磁体，变压器电路板16上的第一、第二线圈Tb、Tc及变压 器的初级及次级绕组Ta、Td均绕置于该磁体上。
[0032]本实施方式中，所述平面变压器电路板16作为所述电源装置100的主电路板30的 一部分，将变压器的初级绕组及次级绕组Ta、Td印刷在主电路板30用于安装平面变压器10 的区域上，然后再将上下磁芯12、14装在主电路板30上形成一个平面变压器。所述平面变压 器10的其中至少一个延伸部164用于与主电路板30连接。其他实施方式中，所述平面变压器 电路板16可与所述主电路板30为分离的两个独立的电路板，将平面变压器制作好之后，再 通过如SMT焊接的方式将所述平面变压器安装到主电路板30上的变压器安装位置。
[0033]所述第一电感线圈Tb、第二电感线圈Tc及变压器的初级绕组及次级绕组Ta、Td在 所述变压器电路板16上按如图3所示的电路进行布设，所述第一电感线圈Tb的一端连接所 述初级绕组Ta的一端，所述第二电感线圈Tc的一端连接所述初级绕组Ta的另一端，所述第 一、第二电感线圈Tb、Tc的另一端及所述初级绕组Ta的另一端用于连接所述平面变压器10 的外部电源，所述次级绕组Td的两端输出经所述平面变压器10变压后的电压。所述变压器 电路板16上所述第一及第二电感线圈Tb、Tc的匝数和相位相同形成共模电感。
[0034]所述电源装置的主电路板30上还设有整流电路35及谐振电路(LLC电路）37。所述 整流电路35用于将电源装置电源端32、34接收的交流电转换为直流电。所述整流电路35包 括第一、第二二极管Dl、D2及第一、第二电容Cl、C2,所述第一二极管Dl的阳极连接外部电 源，所述第一二极管Dl的阴极通过第一电容Cl及第二电容C2连接第二电感线圈Tc的另一 端，所述变压器初级绕组Ta的另一端连接所述第一电容Cl及第二电容C2的连接节点及外部 电源，所述第二二极管D2的阴极连接第一二极管Dl的阳极，所述第二二极管D2的阳极连接 所述变压器初级绕组Ta的另一端。
[0035]本领域技术人员可以理解，其他实施方式中，所述电源装置100还可以进一步包括 DC/DC电路，所述DC/DC电路可连接于所述整流电路35及所述平面变压器10之间，用于指将 所述整流电路35整流之后的直流高压变换成直流低压以输入至平面变压器10。
[0036] 所述谐振电路37包括第一 MOS管Ql及第二MOS管Q2,所述第一 MOS管Ql连接于变压 器初级绕组Ta的两端，所述第二MOS管Q2连接于初级绕组Ta的另一端与地之间，通过控制第 一及第二MOS管Ql及Q2的开关频率来实现平面变压器10输出电压的恒定。形成所述平面变 压器初级绕组Ta的铜箱在平面变压器电路板16上的走线还形成第一及第二虚拟电容Crl 和Cr2,第一虚拟电容Crl连接于变压器初级绕组两端，第二虚拟电容Cr2连接于变压器初级 绕组Ta的一端及第二电感线圈Tc的一端之间，所述第一及第二虚拟电容Crl和Cr2组成开 关频率噪音滤除电路39用于所述平面变压器10开关频率的噪音消除。所述平面变压器10装 设于主电路板30上时与所述整流电路35及谐振电路(LLC电路)37共同作用以对接入的电源 电压进行升压或降压处理并提供给后续的用电器件。所述第一及第二MOS管Ql及Q2未集成 于所述平面变压器10的内部，其是设置于主电路板30上。
[0037]所述第一电感线圈Tb及第二电感线圈Tc绕在平面变压器10的上磁芯12及下磁芯 14上，匝数和相位都相同形成共模电感。这样，当电路中的正常电流流经共模电感时，电流 在同相位绕制的第一及第二电感线圈Tb、Tc中产生反向的磁场而相互抵消，此时正常信号 电流主要受线圈电阻的影响；当有共模电流流经所述共模电感时，由于共模电流的同向性， 会在第一及第二电感线圈Tb、Tc内产生同向的磁场而增大线圈的感抗，使线圈表现为高阻 抗，产生较强的阻尼效果，以此衰减共模电流，达到滤波的目的。而且所述共模电感还可以 使线路上的共模EMI信号被控制在很低的电平上。该共模电感既可以抑制外部的EMI信号传 入，又可以衰减线路自身工作时产生的EMI信号，能有效地降低EMI干扰强度。
[0038]所述变压器的初级绕组Ta连接于整流电路和DC/DC电路，形成差模电感，也就是 说，所述平面变压器10中还集成有差模电感，所述差模电感复用了平面变压器中的初级绕 组Ta。所述差模电感可将差模干扰噪声滤除，使噪声不能加到后面的电路中，达到抑制差模 干扰噪声的目的。
[0039] 本实用新型实施例所示的平面变压器采用一个平面变压器磁芯作为磁体，在一个 平面变压器里面集成了共模电感、差模电感和开关频率噪音滤除电路，抑制EMI，改善电磁 辐射干扰，避免了变压器在高频使用下使精密的电子器件受到干扰，所述平面变压器节约 了系统成本和空间，更适用于具有轻薄要求的电源装置中。
[0040] 本实用新型中，术语"第一"、"第二"仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示 相对重要性，因此，不能理解为对实用新型的限制。
[0041 ]在本说明书的描述中，术语"本实施方式"、"其他实施方式"等的描述意指结合该 实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本实用新型的至少一个实施例或 示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而 且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的 方式结合。
[0042]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本 实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型 的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种平面变压器，包括： 一磁芯组，具有相对设置的上磁芯及下磁芯； 一变压器电路板，所述变压器电路板为多层印刷电路板，设置于所述上磁芯及下磁芯 之间，所述变压器电路板上设有第一及第二电感线圈、形成变压器的初级绕组及次级绕组； 所述第一电感线圈及第二电感线圈形成共模电感，所述变压器的初级绕组与所述第一及第 二电感线圈连接形成差模电感，所述次级绕组输出经变压器变压后的电压。2. 如权利要求1所述的平面变压器，其特征在于，所述第一电感线圈的一端连接所述初 级绕组的一端，所述第二电感线圈的一端连接所述初级绕组的另一端，所述第一、第二电感 线圈的另一端及所述初级绕组的另一端用于连接所述平面变压器的外部电源。3. 如权利要求1所述的平面变压器，其特征在于，所述第一及第二电感线圈、变压器的 初级绕组及次级绕组为印制于变压器电路板上的线圈状的铜箱。4. 如权利要求1所述的平面变压器，其特征在于，所述第一及第二电感线圈、变压器的 初级绕组及次级绕组为印制于变压器电路板的不同层上的铜箱。5. 如权利要求1所述的平面变压器，其特征在于，所述第一及第二电感线圈的匝数和相 位相同形成共模电感。6. 如权利要求2所述的平面变压器，其特征在于，所述变压器的初级绕组在电路板上的 走线形成用于消除所述平面变压器开关频率噪音的第一及第二虚拟电容，第一虚拟电容连 接于变压器初级绕组两端，第二虚拟电容连接于变压器初级绕组的一端及第二电感线圈的 一端之间。7. -种电源装置，包括如权利要求1-6项任一项所述的平面变压器。8. 如权利要求7所述的电源装置，其特征在于，所述电源装置包括一主电路板，所述变 压器电路板为所述主电路板的一部分;或 所述变压器电路板与所述主电路板为分离的电路板，包括所述变压器电路板的所述平 面变压器安装于所述主电路板上。9. 如权利要求8所述的电源装置，其特征在于，所述电源装置包括整流电路，所述整流 电路包括第一、第二二极管及第一和第二电容，所述第一电感线圈的一端连接所述初级绕 组的一端，所述第二电感线圈的一端连接所述初级绕组的另一端，所述第一二极管的阳极 连接外部电源，所述第一二极管的阴极通过第一电容及第二电容连接第二电感线圈的另一 端，所述变压器初级绕组的另一端连接所述第一电容及第二电容的连接节点及外部电源， 所述第二二极管的阴极连接第一二极管的阳极，所述第二二极管的阳极连接所述变压器初 级绕组的另一端。10. 如权利要求9所述的电源装置，其特征在于，所述电源装置还包括一谐振电路，所述 谐振电路包括第一 MOS管及第二MOS管，所述第一 MOS管连接于变压器初级绕组的两端，所述 第二MOS管连接于初级绕组的另一端与地之间。
【文档编号】H01F30/06GK205487708SQ201620222862
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月22日
【发明人】谢春华, 刘建飞, 蔡广金
【申请人】深圳市京泉华科技股份有限公司