平面变压器的制作方法

1.本技术属于电气元件技术领域，具体涉及一种平面变压器。


背景技术：

2.射频短波频段发射设备不断朝着小体积、高功率密度和高效率的方向发展。变压器作为其中的关键器件之一，其体积变得更小、重量变得更轻、性能也在很大程度上得到了提升。pcb平面变压器与传统绕线变压器相比，其具有较高的电流密度，较低的漏感、较小的体积、更宽的工作频率和温度范围、抑制射频干扰能力也有所增强，由此，pcb平面变压器已在通讯、计算机、汽车电子、数码相机、数字电视、半导体等领域得到了广泛的应用，同时也将会在国防、航空、航天等对重量体积和性能要求较高的领域拓展出一个崭新的局面。
3.当前，一些pcb平面变压器采用多个相互独立的pcb板和绝缘板组合而成，每个pcb板上设有相应的绕组走线，绝缘板位于多个pcb板之间，以对相邻的pcb板进行隔离。然而，由于绝缘板具有一定的厚度，会使多个pcb板之间的间隙变大，从而会导致磁力线通过间隙空间时会向四周扩散，进而出现漏磁现象，影响pcb平面变压器的性能。


技术实现要素：

4.本技术实施例的目的是提供一种平面变压器，能够解决当前pcb平面变压器容易出现漏磁现象的问题。
5.为了解决上述技术问题，本技术是这样实现的：
6.本技术实施例提供了一种平面变压器，该平面变压器包括：第一pcb板、与第一pcb板叠置的第二pcb板，以及用于固定第一pcb板和第二pcb板的平面磁芯；
7.所述第一pcb板和所述第二pcb板分别包括多层线路层，每层所述线路层设有绕组，所述绕组为初级绕组或次级绕组；
8.在全部所述线路层中，设有所述初级绕组的所述线路层与设有所述次级绕组的所述线路层交替设置，且全部所述线路层的所述绕组通过串联、并联组合，形成所述平面变压器的初、次级线圈。
9.本技术实施例中，平面变压器包括相互层叠设置的第一pcb板和第二pcb板，且两者各自包括多层线路层，每一层线路层设有初级绕组或次级绕组，在布置各层线路层时，使设有初级绕组的线路层与设有次级绕组的线路层交替设置，从而可以实现初、次级绕组的交织走线，此种方式无需在线路层之间设置绝缘层，相比于多个pcb板之间通过独立绝缘层隔离的方式，本技术实施例中的平面变压器可以尽可能地减小初级绕组与次级绕组之间的间隙，从而可以有效缓解磁力线通过间隙向四周扩散的问题，进而可以使漏感降低，克服漏磁问题，以提升平面变压器的性能。另外，本技术实施例中的平面变压器以第二pcb板为基板，可以将至少一个第一pcb板层叠设置在第二pcb板上，相比于单独的pcb板，在平面磁芯的窗口的面积不变的情况下，可以增大绕组的横截面积，从而可以提高对于平面磁芯的窗口的利用率。
附图说明
10.图1为本技术实施例公开的平面变压器的拆解示意图；
11.图2为本技术实施例公开的第一pcb板及第二pcb板的剖面示意图；
12.图3为本技术实施例公开的另一种形式的平面变压器的示意图；
13.图4为本技术实施例公开的采用rogers 4350与fr-4组合的平面变压器的示意图；
14.图5为本技术实施例公开的第一磁芯(或第二磁芯)的示意图。
15.附图标记说明：
16.100-第一pcb板；110-第一初级线路层；111-第一初级绕组；112-第一初级线路层本体；120-第一次级线路层；121-第一次级绕组；122-第一次级线路层本体；131-第一rogers 4350板材层；140-第一通道；
17.200-第二pcb板；210-第二初级线路层；211-第二初级绕组；212-第二初级线路层本体；220-第二次级线路层；221-第二次级绕组；222-第二次级线路层本体；231-第二rogers 4350板材层；232-fr-4板材层；240-第二通道；
18.300-平面磁芯；310-第一磁芯；311-第一连接部；312-窗口；320-第二磁芯；321-第二连接部；
19.400-电气连接结构。
具体实施方式
20.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
21.本技术的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
22.下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本技术实施例进行详细地说明。
23.参考图1至图5，本技术实施例公开了一种平面变压器，应用于多种电气设备，所公开的平面变压器包括第一pcb板100、第二pcb板200和平面磁芯300。
24.其中，第一pcb板100和第二pcb板200均可以包括基材和设置于基材的导线，以通过导线进行电能传输。可选地，导线可以是扁平连续铜制螺旋线，基材可以是印刷电路板，扁平连续铜制螺旋线刻蚀在印刷电路板上。
25.第一pcb板100与第二pcb板200叠置，且两者通过平面磁芯300进行固定。基于此，可以通过平面磁芯300保证第一pcb板100与第二pcb板200之间安装的牢固性和稳定性。
26.进一步地，为实现走线，第一pcb板100和第二pcb板200均包括多层线路层，每层线路层分别设有绕组，且该绕组可以为初级绕组或次级绕组；在全部线路层中，设有初级绕组
的线路层与设有次级绕组的线路层交替设置，且全部线路层的绕组通过串联、并联组合，形成平面变压器的初、次级线圈(即，初级线圈和次级线圈)，以实现电能的传输和转换。此处需要说明的是，多层线路层之间可以通过粘接的方式固定，如，采用树脂类粘合剂进行粘接，当然，还可以是其他固定方式，本技术实施例对此不作具体限制。另外，全部线路层的绕组的连接方式将在下述内容中进行详细阐述。
27.根据电磁感应原理，当初级线圈中通入交变电流时，其在初级线圈周围可以产生交变磁场，交变磁场使次级线圈中的磁通量发生变化，使次级线圈中产生感应电动势，从而可以使电能从初级线圈向次级线圈传输，实现平面变压器功能。
28.另外，考虑到感应电动势的大小受到初级线圈与次级线圈之间的匝数比影响。基于此，为了调节感应电动势的大小，可以适当增大或减小初级线圈与次级线圈之间的匝数比，以增大感应电动势或减小感应电动势，从而满足不同工况下对于感应电动势的需求。
29.基于上述设置，本技术实施例中的平面变压器包括相互层叠设置的第一pcb板100和第二pcb板200，且两者各自包括多层线路层，每一层线路层设有初级绕组或次级绕组，在布置各层线路层时，使设有初级绕组的线路层与设有次级绕组的线路层交替设置，从而可以实现初、次级绕组的交织走线，以形成交织走线的初级线圈和次级线圈。由此可知，此种方式无需在线路层之间设置绝缘层，相比于多个pcb板之间通过独立绝缘层隔离的方式，本技术实施例中的平面变压器可以尽可能地减小初级绕组与次级绕组之间的间隙，从而可以有效缓解磁力线通过间隙向四周扩散的问题，进而可以使漏感降低，克服漏磁问题，以提升平面变压器的性能。
30.本技术实施例中的平面变压器以第二pcb板200为基板，可以将至少一个第一pcb板100层叠设置在第二pcb板200上，相比于单独的pcb板，在平面磁芯300的窗口312的面积不变的情况下，可以增大绕组的横截面积，从而可以提高对于平面磁芯300的窗口312的利用率。
31.此处需要说明的是，平面磁芯300的窗口312的利用率是指平面变压器中绕组的单一导线的横截面积*匝数/窗口面积。如图5所示，以ei型平面磁芯300为例，窗口面积是指f*(e-d)/2，其中，f为窗口312的宽度，(e-d)/2为窗口312的高度；单一导线的横截面积为线宽*厚度*匝数。基于此，可以计算出平面磁芯300的窗口312的利用率。
32.由此可见，相比于单独的pcb板，本技术实施例中，通过至少一个第一pcb板100和第二pcb板200共同组成的平面变压器中绕组的总的横截面积更大，进而可以提高平面磁芯300的窗口312的利用率。
33.参考图1和图2，在一些实施例中，第一pcb板100可以包括层叠设置的第一初级线路层110和第一次级线路层120，其中，第一初级线路层110设有第一初级绕组111，第一次级线路层120设有第一次级绕组121，且第一初级绕组111与第二次级绕组221相互适配。基于此，一方面，第一初级绕组111与第一次级绕组121之间可以进行电能的传输，另一方面，通过第一初级线路层110与第一次级线路层120层叠设置，可以使第一初级绕组111与第一次级绕组121之间的间隙尽可能减小，从而可以减少第一初级绕组111与第一次级绕组121之间的磁力线向四周扩散而导致的漏感，进而有利于提升平面变压器的性能。
34.可选地，第一初级线路层110可以包括第一初级线路层本体112，第一初级绕组111可以设置于第一初级线路层本体112上，以通过第一初级线路层本体112实现对第一初级绕
组111的安装和固定。同样地，第一次级线路层120可以包括第一次级线路层本体122，第一次级绕组121可以设置于第一次级线路层本体122上，以通过第一次级线路层本体122实现对第一次级绕组121的安装和固定。
35.同理，第二pcb板200可以包括层叠设置的第二初级线路层210和第二次级线路层220，其中，第二初级线路层210设有第二初级绕组211，第二次级线路层220设有第二次级绕组221，且第二初级绕组211与第二次级绕组221对应设置。基于此，一方面，第二初级绕组211与第二次级绕组221之间可以进行电能的传输，另一方面，通过第二初级线路层210与第二次级线路层220层叠设置，可以使第二初级绕组211与第二次级绕组221之间的间隙尽可能减小，从而可以减少第二初级绕组211与第二次级绕组221之间的磁力线向四周扩散而导致的漏感，进而有利于提升平面变压器的性能。
36.可选地，第二初级线路层210可以包括第二初级线路层本体212，第二初级绕组211可以设置于第二初级线路层本体212上，以通过第二初级线路层本体212实现对第二初级绕组211的安装和固定。同样地，第二次级线路层220可以包括第二次级线路层本体222，第二次级绕组221可以设置于第二次级线路层本体222上，以通过第二次级线路层本体222实现对第二次级绕组221的安装和固定。
37.进一步地，在配置第一pcb板100与第二pcb板200时，第一初级线路层110、第一次级线路层120、第二初级线路层210和第二次级线路层220依次层叠设置。基于此，使第一初级绕组111、第一次级绕组121、第二初级绕组211和第二次级绕组221依次设置，从而形成了初级绕组与次级绕组的交替设置。基于此，一方面实现了第一pcb板100与第二pcb板200的叠置，以便于形成平面变压器，另一方面还可以减小初级绕组与次级绕组之间的间隙，从而可以缓解漏磁，降低漏感，进而可以提升平面变压器性能。
38.本技术实施例中，第一初级绕组111与第二初级绕组211串联，第一次级绕组121与第二次级绕组221并联。如此，通过串联、并联组合，可以分别形成平面变压器的初级线圈和次级线圈，以便于通过初级线圈与次级线圈之间的电磁感应而实现电能的传输。
39.可选地，当第一初级绕组111缠绕两匝，第二初级绕组211缠绕两匝，第一次级绕组121缠绕一匝，第二次级绕组221缠绕一匝时，通过计算可知，由第一初级绕组111和第二初级绕组211串联形成的初级线圈，与由第一次级绕组121和第二次级绕组221并联形成的次级线圈可以使平面变压器的变比为4:1，以满足实际工况的需求。当然，还可以通过改变各个绕组的匝数来调整平面变压器的变比，以满足不同工况的需求。
40.在一些实施例中，第一pcb板100可以包括多对相互配合的第一初级线路层110和第一次级线路层120，且多对中的第一初级线路层110与第一次级线路层120交替设置。如此，每对中第一初级线路层110设有的第一初级绕组111与第一次级线路层120设有的第一次级绕组121之间能够通过电磁感应形成感应电动势，以便于在第一pcb板100的初级与次级之间进行电能传输。
41.同样地，第二pcb板200可以包括多对相互配合的第二初级线路层210和第二次级线路层220，且多对中的第二初级线路层210与第二次级线路层220交替设置。如此，每对中的第二初级线路层210设有的第二初级绕组211与第二次级线路层220设有的第二次级绕组221之间能够通过电磁感应形成感应电动势，以便于在第二pcb板200的初级与次级之间进行电能传输。
42.由于第一pcb板100与第二pcb板200层叠设置，使得在第一pcb板100和第二pcb板200的连接处，位于第一pcb板100的一侧的第一次级线路层120与位于第二pcb板200的一侧的第二初级线路层210连接。基于此，在第一pcb板100与第二pcb板200两者所包括的全部线路层中，可以实现初级绕组与次级绕组依次交替设置，且初级绕组与次级绕组之间不存在绝缘层进行隔离，从而可以减小初级绕组与次级绕组之间的距离，进而可以减少漏感，以提升平面变压器的性能。
43.参考图3，在一种较为具体的实施例中，第一pcb板100可以包括两对相互配合的第一初级线路层110和第一次级线路层120，也即，第一pcb板100包括四层线路层，且四层线路层的绕组的配置方式为：初级绕组、次级绕组、初级绕组和次级绕组。第二pcb板200可以包括三对相互配合的第二初级线路层210和第二次级线路层220，也即，第二pcb板200包括六层线路层，且六层线路层的绕组的配置方式为：初级绕组、次级绕组、初级绕组、次级绕组、初级绕组和次级绕组。如此，整个平面变压器中的绕组的配置方式为：初级绕组、次级绕组、初级绕组、次级绕组、初级绕组、次级绕组、初级绕组、次级绕组、初级绕组和次级绕组，并且，五组初级绕组依次串联，五组次级绕组相互并联。当初级绕组缠绕两匝，次级绕组缠绕一匝时，可以形成变比为10:1的平面变压器，以便于满足实际工况的需求。
44.基于上述设置，本技术实施例可以通过调节第一pcb板100所包括的相互配合的第一初级线路层110和第一次级线路层120的对数，和/或，通过调节第二pcb板200所包括的第二初级线路层210和第二次级线路层220的对数，便可以调节整个平面变压器的变比，以便于满足不同工况的需求，从而可以提高平面变压器的适用性。
45.并且，相比于第一pcb板100和第二pcb板200各自包括一对的方式，在达到同样变比的情况下，可以减小初级线圈与次级线圈之间的匝数比，从而可以缓解匝数比过大而导致平面变压器过热的问题。
46.为了进一步提高平面变压器的性能，一些实施例中，相邻两层线路层中的其中一者设有初级绕组，另一者设有次级绕组，且初级绕组与次级绕组对齐设置。基于此，在初级绕组通电后，其产生的磁通使初级绕组与次级绕组之间更容易产生电磁感应，从而使平面变压器的运行更加高效，进而可以提升平面变压器的性能。
47.在一些实施例中，平面变压器可以包括多个第一pcb板100和一个第二pcb板200，其中，多个第一pcb板100依次层叠设置，且位于端部的第一pcb板100与第二pcb板200连接。此处需要说明的是，第二pcb板200可以作为基板(即，基础安装结构)，其用于设置第一pcb板100，以实现对第一pcb板100的安装和支撑作用。
48.基于上述设置，将多个依次层叠设置的第一pcb板100设置于第二pcb板200，可以适当增加平面变压器的厚度；当第一pcb板100和第二pcb板200均包括多层线路层时，可以增加所有线路层的绕组在平面变压器厚度方向上的尺寸，从而可以在不增加平面磁芯300的窗口312的情况下，增大绕组的横截面积，进而可以增加平面磁芯300的窗口312的利用率。
49.本技术实施例中，第一pcb板100可以单独成型制作，第二pcb板200同样可以单独成型制作，而后将两个成型结构通过平面磁芯300装配在一起，以形成平面变压器。相比于平面变压器的所有层结构一并装配的方式，本技术实施例中采用分别成型而后装配的方式可以降低装配误差，提高平面变压器的一致性。
50.在一些实施例中，第一pcb板100的线路层可以为第一rogers 4350板材层131，也即，该线路层采用rogers 4350材质，第一初级绕组111或第一次级绕组121可以设置于第一rogers 4350板材层131。此处需要说明的是，rogers4350材质具有较低的相对介电常数和低介质损耗因数，如此，通过采用第一rogers 4350板材层131，使得射频信号走线在第一rogers 4350板材层131上时，可以减小传输损耗，减小传输延迟，且有利于射频信号的传输和线路层整体阻抗控制，从而可以增加射频传输性能，有利于提高平面变压器的性能。除此以外，第一pcb板100的线路层还可以采用其他材质的板材层，只要满足要求即可，具体材质不受限制。
51.参考图4，第二pcb板200的线路层可以包括第二rogers 4350板材层231和fr-4板材层232，且第二rogers 4350板材层231与fr-4板材层232层叠设置，而第二初级绕组211或第二次级绕组221可以设置于第二rogers 4350板材层231。此处需要说明的是，rogers 4350具有较低的相对介电常数和低介质损耗因数，fr-4具有较高的机械强度，如此，通过采用第二rogers 4350板材层231与fr-4板材层232的组合，使得射频信号走线在第二rogers 4350板材层231上时，有利于射频信号的传输和线路层整体阻抗控制，且减少传输损耗，与此同时，通过fr-4板材层232可以提高线路层的机械强度，以防止线路层损坏。除此以外，第二pcb板200的线路层还可以采用其他材质的板材层或多种材质层的组合，只要满足要求即可，具体材质不受限制。
52.基于上述设置，相比于仅由fr-4材质的pcb组成的平面变压器，本技术实施例中由第一pcb板100和第二pcb板200共同组成的平面变压器可以对高频信号(如，mhz以上)具有更好的传输效果。
53.为缓解漏磁问题，一些实施例中，相邻的两层线路层之间的距离小于线路层的厚度。基于此，相比于线路层之间通过绝缘层隔离的方式，本技术实施例中无需额外设置绝缘层，从而可以最大限度的减小相邻两层线路层之间的间隙，有利于减少磁力线通过间隙空间向四周扩散，减少漏磁，进而可以降低漏感，提高平面变压器的性能。
54.此处需要说明的是，为避免相邻的两层线路层之间出现短路现象，可以对每层线路层的表面做绝缘处理，可选地，在线路层的表面涂覆一层绝缘薄膜，通过绝缘薄膜既可以起到绝缘作用，又不至于额外增加绝缘层，如此，可以在保证平面变压器正常工作的情况下提升性能。
55.参考图1，为了对第一pcb板100和第二pcb板200进行固定，平面磁芯300可以包括第一磁芯310和第二磁芯320，通过第一磁芯310和第二磁芯320的配合，可以对将第一pcb板100与第二pcb板200牢牢固定，以保证平面变压器的整体强度。
56.进一步地，第一pcb板100设有第一通道140，第二pcb板200设有第二通道240，相应地，第一磁芯310设有第一连接部311，第一连接部311穿设于第一通道140中，第二连接部321穿设于第二通道240中，且第一连接部311与所述第二连接部321连接。基于此，通过第一连接部311与第一通道140的配合，以及第二连接部321与第二通道240的配合，可以有效防止第一pcb板100与第二pcb板200相对移动，从而提高了第一pcb板100与第二pcb板200之间装配的牢固性和稳定性，进而保证了平面变压器的整体强度。此处需要说明的是，该种平面磁芯300可以为ee型磁芯。
57.可选地，第一磁芯310可以设有凸起结构，该凸起结构作为第一连接部311，第二磁
芯320可以设有凸起结构，该凸起结构作为第二连接部321，如此，通过凸起结构与第一通道140或第二通道240配合可以保证配合的稳定性。
58.为进一步提高装配牢固性和稳定性，第一磁芯310可以设有多个第一连接部311，第二磁芯320可以设有多个第二连接部321，且第一连接部311与第二连接部321相互对应。相应地，第一pcb板100可以设有多个第一通道140，第二pcb板200可以设有多个第二通道240。如此，通过多个第一连接部311与多个第一通道140配合，以及通过多个第二连接部321与多个第二通道240配合，增加了平面磁芯300与第一pcb板100及第二pcb板200的装配面积，从而可以提高装配牢固性和稳定性，进而可以提高平面变压器的整体强度。
59.在其他一些实施例中，第一磁芯310可以设有第一连接部311，第一连接部311穿设于第一通道140和第二通道240中，且第一磁芯310与第二磁芯320连接。基于此，通过第一连接部311与第一通道140及第二通道240分别配合，以防止第一pcb板100与第二pcb板200相对移动，此种方式同样可以提高平面变压器的整体强度。此处需要说明的是，该种平面磁芯300可以为ei型磁芯。
60.当然，除了上述形式的平面磁芯300之外，还可以采用其他形式，只要能够固定第一pcb板100和第二pcb板200即可，具体方式不受限制。
61.为实现第一磁芯310与第二磁芯320之间的连接，一些实施例中，第一磁芯310与第二磁芯320之间可以固定连接，可选地，可以利用粘合剂粘接，以保证连接的牢固性。当然，为了便于维修，第一磁芯310与第二磁芯320之间还可以采用可拆卸方式连接，可选地，可以采用卡接方式、螺接方式等进行连接，以便于拆装，从而可以便于对平面变压器进行维修。
62.考虑到第一pcb板100包括多层线路层，为了形成第一通道140，每层线路层分别设有通孔，且多层线路层的通孔依次连通，形成第一通道140。基于此，在第一连接部311穿设至第一通道140中的情况下，第一连接部311的外壁可以与各层线路层的通孔的内壁抵接，从而可以通过第一连接部311限制每一层线路层移动，以提高第一pcb板100装配的稳定性和牢固性；与此同时，还可以防止第一pcb板100的初级绕组与次级绕组相互错位而影响电能传输，从而有利于提升平面变压器的性能。
63.同样地，考虑到第二pcb板200包括多层线路层，为了形成第二通道240，每层线路层分别设有通孔，且多层线路层的通孔依次连通，形成第二通道240。基于此，在第二连接部321穿设至第二通道240中的情况下，第二连接部321的外壁可以与各个线路层的通孔的内壁抵接，从而可以通过第二连接部321限制每一层线路层移动，以提高第二pcb板200装配的稳定性和牢固性；与此同时，还可以防止第二pcb板200的初级绕组与次级绕组相互错位而影响电能传输，从而有利于提升平面变压器的性能。
64.在一些实施例中，每层线路层的通孔的周围绕设至少一匝绕组。基于此，可以使相邻的线路层各自的绕组相对设置，最大程度地减小相邻两层线路层的绕组之间的距离，从而可以使相邻两层线路层之间传输电能的最大化，进而提升平面变压器的性能。
65.为了实现各线路层之间的电性连接，以分别形成初级线圈、次级线圈，以及与外部其他电气件连接，线路层可以设有电气连接结构400，通过电气连接结构400可以将不同的线路层之间电性连接，或者将线路层与外界电气件连接，以便于进行电能传输。
66.可选地，电气连接结构400可以包括焊接孔位、焊盘和焊点中的至少一者。基于此，可以提高连接的牢固性，且可以保证电性连接良好，以避免出现虚接现象而影响平面变压
器正常工作。除此以外，电气连接结构400还可以为其他形式，本技术实施例对此不作具体限定。
67.综上所述，本技术实施例中的平面变压器通过采用rogers 4350和fr-4的组合，在射频应用中可以提升射频传输性能，并且提高线路层的机械强度；采用在第二pcb板200之外增加独立的第一pcb板100的方式，相比于以往产品，在一定程度上可以提升平面磁芯300的窗口312的利用率，并且可以分别制作第一pcb板100和第二pcb板200，而后装配，从而可以降低装配误差，提高平面变压器的一致性；通过初级绕组与次级绕组交替设置，形成交织走线，在一定程度上可以降低平面变压器的漏感。
68.上面结合附图对本技术的实施例进行了描述，但是本技术并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本技术的启示下，在不脱离本技术宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本技术的保护之内。