一种片式变压器绕组结构的制作方法

1.本发明涉及变压器设计技术领域，尤其涉及一种片式变压器绕组结构。


背景技术：

2.变压器是目前开关电源中经常会使用到的一种元件，用于输入输出隔离、电压幅值变换的场景。目前变压器存在一个问题就是体积大、重量大，给电子系统小型化及电源功率密度提升带来一定困难。
3.在变压器小型化上，目前虽然有基于pcb工艺的平面变压器在使用，相比于传统变压器而言，其体积与重量有所减少，但其依然是开关电源中占用空间较大的元件之一。


技术实现要素：

4.基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种片式变压器绕组结构，初级绕组与次级绕组在不同的铁氧体生瓷片上具有相同的金属通孔与平面金属图形，实现初级绕组与次级绕组部分结构的复用，实现了平面变压器进一步小型化与轻量化的目标。
5.本发明提出的一种片式变压器绕组结构，包括初级绕组与次级绕组，初级绕组与次级绕组均包含了可重复的绕组结构；初级绕组的初级可重复段包括上层初级金属图形、下层初级金属图形和初级通孔，上层初级金属图形和下层初级金属图形均为近似于环形的金属图形、且均留有缺口，初级通孔的两端分别连接到上层初级金属图形的缺口处、下层初级金属图形的缺口处；次级绕组的次级可重复段包括上层次级外金属图形、上层次级内金属图形、下层次级外金属图形、下层次级内金属图形和次级通孔，上层次级外金属图形和下层次级外金属图形通过一次级通孔连接，上层次级内金属图形与下层次级内金属图形通过另一次级通孔连接。
6.进一步地，在同一层绕组结构中，上层初级金属图形设置于上层次级外金属图形和上层次级内金属图形所形成的空间中，下层初级金属图形设置于下层次级外金属图形和下层次级内金属图形所形成的空间中。
7.进一步地，初级绕组的初级可重复段还包括上层内侧连接结构、上层外侧连接结构、下层内侧连接结构和下层外侧连接结构，上层内侧连接结构、上层外侧连接结构分别布置到上层初级金属图形的缺口两边，上层内侧连接结构、上层外侧连接结构错开布置形成一条缝隙，下层内侧连接结构和下层外侧连接结构分别布置到下层初级金属图形的缺口两边，下层内侧连接结构、下层外侧连接结构错开布置形成一条缝隙，两缺口上的连接结构相反布置；
8.初级通孔的两端分别连接到上层内侧连接结构和下层内侧连接结构上，或者初级通孔的两端分别连接到下层外侧连接结构和层内侧连接结构上，相邻初级绕组的初级可重复段的初级通孔交错连接设置。
9.进一步地，上层次级外金属图形、上层次级内金属图形、下层次级外金属图形、下层次级内金属图形均为平面单圈或多圈螺旋线；
10.上层次级外金属图形与下层次级外金属图形之间的绕线方向保持一致，在次级通孔连接方向与绕线方向上，上层次级内金属图形和下层次级内金属图形的电流方向与分别与上层次级外金属图形和下层次级外金属图形电流方向一致。
11.进一步地，初级绕组结构还包括初级输入段和初级输出段，初级可重复段为单个可重复段或多个级联的可重复段，初级可重复段最上层的上层初级金属图形与初级输出段连接，初级可重复段最下层的下层初级金属图形与初级输入段连接。
12.进一步地，所述初级输入段包括初级输入连接线、初级输入通孔和初级输入外电极焊盘，初级输入通孔的两端分别连接到初级输入连接线和初级输入外电极焊盘上，初级输入连接线的另一端连接到初级可重复段最下层的初级通孔一端。
13.进一步地，所述初级输出段包括第一初级输出通孔、初级输出连接线、第二初级输出通孔和初级输出外电极焊盘，第一初级输出通孔的一端连接到初级可重复段最上层的上层初级金属图形的缺口处、另一端连接到初级输出连接线的一端，初级输出连接线的另一端通过第二初级输出通孔连接到初级输出外电极焊盘上。
14.进一步地，次级绕组结构还包括次级输入段、次级输出段和次级连接段，次级可重复段为单个可重复段或多个级联的可重复段，次级输入段、次级可重复段、次级输出段依次连接，次级可重复段最下层的下层次级外金属图形、下层次级内金属图形分别与次级输入段、次级输出段连接，次级可重复段最上层的上层次级外金属图形与上层次级内金属图形之间通过次级连接段连接。
15.进一步地，所述次级输入段包括次级输入连接线、次级输入通孔和次级输入外电极焊盘，次级输入通孔的两端分别连接到次级输入连接线和次级输入外电极焊盘上，次级输入连接线的另一端连接到次级可重复段最下层的下层次级外金属图形上或下层次级内金属图形上；
16.次级输出段包括次级输出连接线、次级输出通孔和次级输出外电极焊盘，次级输出通孔的两端分别连接到次级输出连接线和次级输出外电极焊盘上，次级输出连接线的另一端连接到次级可重复段最下层的下层次级内金属图形上或下层次级外金属图形上。
17.进一步地，所述次级连接段包括第一次级连接通孔、第二次级连接通孔和中间连接线，中间连接线的两端分别连接到第一次级连接通孔的一端和第二次级连接通孔的一端，第一次级连接通孔的另一端和第二次级连接通孔的另一端分别连接到次级可重复段最上层的上层次级外金属图形上和上层次级内金属图形上。
18.本发明提供的一种片式变压器绕组结构的优点在于：本发明结构中提供的一种片式变压器绕组结构，通过使用低温共烧铁氧体(ltcf)技术，通过设计铁氧体生瓷片上的金属通孔与平面金属图形，在铁氧体陶瓷内部集成变压器所用的初级绕组与次级绕组，实现变压器的功能，同时可以使初级绕组与次级绕组在不同的铁氧体生瓷片上具有相同的金属通孔与平面金属图形，实现初级绕组与次级绕组部分结构的复用，不仅能够实现平面变压器进一步小型化与轻量化的目标，还能够通过铁氧体生瓷片复用来简化制造流程；初级绕组和次级绕组使用了可重复结构，减少了对印刷网板或掩膜板的使用，制造流程的更加简单；同时初级绕组与次级绕组的线圈数量可以灵活增加或减少，而不必调整内部图形。
附图说明
19.图1为本发明的结构示意图；
20.图2是初级绕组的整体示意图；
21.图3是次级绕组的整体示意图；
22.图4是初级绕组的初级可重复段示意图；
23.图5是初级绕组的初级输入段示意图；
24.图6是初级绕组的初级输出段示意图；
25.图7是次级绕组的次级可重复段示意图；
26.图8是次级绕组的次级输入段示意图；
27.图9是次级绕组的次级输出段示意图；
28.图10是次级绕组的次级连接段示意图；
29.图11是同一层上的初级绕组与次级绕组之间关系的示意图；
30.其中，1-初级绕组，2-次级绕组，11-初级可重复段，12-初级输入段，13-初级输出段，21-次级可重复段，22-次级输入段，23-次级输出段，24-次级连接段，111-上层初级金属图形，112-下层初级金属图形，113-初级通孔，114-上层内侧连接结构，115-上层外侧连接结构，116-下层内侧连接结构，117-下层外侧连接结构，121-初级输入连接线，122-初级输入通孔，123-初级输入外电极焊盘，131-第一初级输出通孔，132-初级输出连接线，133-第二初级输出通孔，134-初级输出外电极焊盘，211-上层次级外金属图形，212-上层次级内金属图形，213-下层次级外金属图形，214-下层次级内金属图形，215-次级通孔，221-次级输入连接线，222-次级输入通孔，223-次级输入外电极焊盘，231-次级输出连接线，232-次级输出通孔，233-次级输出外电极焊盘，241-第一次级连接通孔，242-第二次级连接通孔，243-中间连接线，2151-上层次级内金属图形所属通孔，2152-上层次级内金属图形所属通孔，2153-上层次级内金属图形所属通孔，2154-上层次级内金属图形所属通孔，2161-上层次级内金属图形212的内侧连接点，2162-上层次级内金属图形212的外侧连接点，2163-上层次级外金属图形211的内侧连接点，2164-上层次级外金属图形211的外侧连接点，2165-下层次级外金属图形213的外侧连接点，2167-下层次级外金属图形213的内侧连接点，2168-下层次级内金属图形214的外侧连接点，2169-下层次级内金属图形214的内侧连接点2169，2171-最上层的上层次级内金属图形212的内侧连接点，2172-最上层的上层次级内金属图形212的外侧连接点2172，2173-最上层的上层次级外金属图形211的内侧连接点，2174-最上层的上层次级外金属图形211的外侧连接点。
具体实施方式
31.下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
32.如图1至11所示，本发明提出的一种片式变压器绕组结构，包括初级绕组1与次级绕组2，初级绕组1与次级绕组2均包含了可重复的绕组结构；
33.初级绕组1的初级可重复段11包括上层初级金属图形111、下层初级金属图形112
和初级通孔113，上层初级金属图形111和下层初级金属图形112均为近似于环形的金属图形、且均留有缺口，初级通孔113的两端分别连接到上层初级金属图形111的缺口处、下层初级金属图形112的缺口处；次级绕组2的次级可重复段21包括上层次级外金属图形211、上层次级内金属图形212、下层次级外金属图形213、下层次级内金属图形214和次级通孔215，上层次级外金属图形211和下层次级外金属图形213通过一次级通孔215连接，上层次级内金属图形212与下层次级内金属图形214通过另一次级通孔215连接。
34.通过使用低温共烧铁氧体(ltcf)技术，通过设计铁氧体生瓷片上的金属通孔与平面金属图形，在铁氧体陶瓷内部集成变压器所用的初级绕组与次级绕组，实现变压器的功能，同时可以使初级绕组与次级绕组在不同的铁氧体生瓷片上具有相同的金属通孔与平面金属图形，实现初级绕组与次级绕组部分结构的复用，不仅能够实现平面变压器进一步小型化与轻量化的目标，还能够通过铁氧体生瓷片复用来简化制造流程；本实施例所使用的铁氧体生瓷片，其烧结之后的厚度可以在100um左右或者根据需要调整成其他厚度，由此可使得多层瓷片叠加制造之后的产品总体厚度减少。
35.初级绕组使用了可重复结构，使得初级绕组可以使用多层同样图形的铁氧体生瓷片加以制造，减少了对印刷网板或掩膜板的使用，制造流程的更加简单；次级绕组使用了可重复结构，使得次级绕组可以使用多层同样图形的铁氧体生瓷片加以制造，减少了对印刷网板或掩膜板的使用，制造流程的更加简单；因而由于初级可重复段11和次级可重复段21的使用，使得初级绕组与次级绕组的线圈数量可以灵活增加或减少，而不必调整内部图形。
36.如图11所示，在同一层绕组结构中，上层初级金属图形111设置于上层次级外金属图形211和上层次级内金属图形212所形成的空间中，下层初级金属图形112设置于下层次级外金属图形213和下层次级内金属图形214所形成的空间中，参考图11，其中黑色填充部分为初级绕组，这种排布方式能够减少次级输入段22与次级输出段23所需要的通孔数量(相比于初级输出段13而言)，减少制造工作量；同时能够加强初级绕组与次级绕组之间的耦合，提升变压器的性能。
37.在本实施例中，如图2至6所示，初级绕组包括初级可重复段11、初级输入段12和初级输出段13，初级可重复段11为单个可重复段或多个级联的可重复段，初级可重复段11最上层的上层初级金属图形111与初级输出段13连接，初级可重复段11最下层的下层初级金属图形112与初级输入段12连接。
38.上层初级金属图形111和下层初级金属图形112的缺口处设置对应的连接结构，上层内侧连接结构114、上层外侧连接结构115分别布置到上层初级金属图形111的缺口两边，上层内侧连接结构114、上层外侧连接结构115错开布置形成一条缝隙，下层内侧连接结构116和下层外侧连接结构117分别布置到下层初级金属图形112的缺口两边，下层内侧连接结构116、下层外侧连接结构117错开布置形成一条缝隙，两缺口上的连接结构相反布置，例如上层初级金属图形111的缺口有两端，如果其中一端设置了上层内侧连接结构114，则上层次级内金属图形212上与上层初级金属图形111的缺口端对应的缺口端设置下层外侧连接结构117，使得上下两个缺口形成上下交错的缝隙。
39.具体为：上层内侧连接结构114、上层外侧连接结构115分别设置于上层初级金属图形111的缺口两端，一边布局一个，但同时又相互错开，分别挨着上层初级金属图形111的内侧和外侧，如此可以使得上层内侧连接结构114、上层外侧连接结构115之间形成一条缝
隙；下层内侧连接结构116和下层外侧连接结构117结构类似，不在此赘述，但是需要注意的是，对于同一层的上层初级金属图形111(或者下层初级金属图形112)来说，如果一个初级通孔113连接到该上层初级金属图形111的上层内侧连接结构114上，则另一个初级通孔113连接到该上层初级金属图形111的上层外侧连接结构115上，反之亦然，同时也适应于同一层的下层初级金属图形112与不同初级通孔113的连接。
40.上述初级绕组1的初级可重复段11的布局能够达到在保持不同层初级金属图形具有相同电流方向的同时，还能够实现图形复用的目的。如果需要更多层初级绕组，则可重复段级联即可，结构可复用。
41.初级输入段12包括初级输入连接线121、初级输入通孔122和初级输入外电极焊盘123，初级输入通孔122的两端分别连接到初级输入连接线121和初级输入外电极焊盘123上，初级输入连接线121的另一端连接到初级可重复段11最下层的初级通孔113一端。
42.所述初级输出段13包括第一初级输出通孔131、初级输出连接线132、第二初级输出通孔133和初级输出外电极焊盘134，第一初级输出通孔131的一端连接到初级可重复段11最上层的上层初级金属图形111的缺口处、另一端连接到初级输出连接线132的一端，初级输出连接线132的另一端通过第二初级输出通孔133连接到初级输出外电极焊盘134上。
43.在本实施例中，如图3至10所示，次级绕组2结构还包括次级输入段22、次级输出段23和次级连接段24，次级可重复段21为单个可重复段或多个级联的可重复段，次级输入段22、次级可重复段21、次级输出段23依次连接，次级可重复段21最下层的下层次级外金属图形213、下层次级内金属图形214分别与次级输入段22、次级输出段23连接，次级可重复段21最上层的上层次级外金属图形211与上层次级内金属图形212之间通过次级连接段24连接。
44.在本实施例中，次级可重复段21具体为：规定实体结构：上层次级内金属图形所属通孔2151，上层次级内金属图形所属通孔2152，上层次级内金属图形所属通孔2153，上层次级内金属图形所属通孔2154。除上述实体结构外，为叙述简便，还规定了，上层次级内金属图形212的内侧连接点2161，上层次级内金属图形212的外侧连接点2162，上层次级外金属图形211的内侧连接点2163，上层次级外金属图形211的外侧连接点2164，下层次级外金属图形213的外侧连接点2165，下层次级外金属图形213的内侧连接点2167，下层次级内金属图形214的外侧连接点2168，下层次级内金属图形214的内侧连接点2169。
45.以上四个金属图形均是平面单圈或多圈螺旋线，上层次级外金属图形211的内侧连接点2163通过上层次级内金属图形212所属通孔2153连接到下层次级外金属图形213的内侧连接点2167，下层次级外金属图形213的外侧连接点2165通过上层次级内金属图形所属通孔2152连接到到低于本次级可重复段下层次级外金属图形213的另外一个可重复段的上层次级外金属图形的外侧连接点(类似于本可重复段上层次级外金属图形211的外侧连接点2164)或者是连接到输入输出电极。
46.上层次级外金属图形211与下层次级外金属图形213之间的绕线方向需保持一致，以保证不同层之间的电流方向一致。次级绕组的次级内金属图形及所属通孔在布局上与所述次级外金属图形及所属通孔类似，但在通孔连接方向与绕线方向上，需保证次级内金属图形的电流方向与次级外金属图形的电流方向一致。
47.以上次级内金属图形是对上层次级内金属图形212和下层次级内金属图形214的简称，次级外金属图形是对上层次级外金属图形211与下层次级外金属图形213的简称。
48.上述次级绕组2的次级可重复段21内次和外侧分布设计，能够避免在次级绕组2的次级输入段或次级输出段使用多层贯通孔，可简化制造，同时这种布局能够达到在保持不同层金属图形具有相同电流方向的同时，还能够实现图形复用的目的，另外，所使用的次级绕组2，其内侧绕组与外侧绕组的螺旋圈数可以根据需要灵活增加或减少。如果需要更多层次级绕组，则可重复段级联即可，结构可复用。
49.另外，次级输入段(22)包括次级输入连接线221、次级输入通孔222和次级输入外电极焊盘223，次级输入通孔222的两端分别连接到次级输入连接线221和次级输入外电极焊盘223上，次级输入连接线221的另一端连接到次级可重复段21最下层的下层次级外金属图形213上或下层次级内金属图形214上；
50.另外，次级输出段23包括次级输出连接线231、次级输出通孔232和次级输出外电极焊盘233，次级输出通孔232的两端分别连接到次级输出连接线231和次级输出外电极焊盘233上，次级输出连接线231的另一端连接到次级可重复段21最下层的下层次级内金属图形214上或下层次级外金属图形213上。
51.以上外电极(初级输入段12、初级输出端13、次级输入段22和次级输出段23)采用如上结构具有以下优点：外电极制造环节融合在变压器整体制造环节中，不需要设置专门工序来制造外部电极，能够简化制造流程；另外，外电极通过对应通孔连接到对应的绕组上，相比于其他方式而言，外电极的抗过载能力更强，能够提升变压器的整体可靠性。
52.在本实施例中，次级绕组2的次级可重复段21最上层的上层次级外金属图形211和其上层次级内金属图形212上之间需要一个连接段，此连接段需与最上层的上层次级外金属图形211、最上层的上层次级内金属图形212及次级通孔215协同设计，以保证次级绕组2的次级内侧、次级外侧金属图形中的电流具有相同的方向。因而本实施例中对应设置了一个次级连接段24，次级连接段24包括第一次级连接通孔241、第二次级连接通孔242和中间连接线243，中间连接线243的两端分别连接到第一次级连接通孔241的一端和第二次级连接通孔242的一端，第一次级连接通孔241的另一端和第二次级连接通孔242的另一端分别连接到次级可重复段21最上层的上层次级外金属图形211上和上层次级内金属图形212上。在本实施例中，次级连接段24除上述实体结构外，为叙述简便，还规定了，最上层的上层次级外金属图形211的内侧连接点2173，最上层的上层次级外金属图形211的外侧连接点2174，最上层的上层次级内金属图形212的内侧连接点2171，最上层的上层次级内金属图形212的外侧连接点2172。
53.次级连接段24设置如下两个优点。
54.1、避免最上层的上层次级外金属图形211的内侧连接点2173点与最上层的上层次级内金属图形212的外侧连接点2172点平面直连，导致无法在最上层的上层次级外金属图形211、最上层的上层次级内金属图形212之间的缝隙制造完整初级绕组的情况出现。进一步可以保证初级绕组具有可重复的特征，能够减少印刷网板使用，简化制造流程。
55.2、能够更好适应最上层的上层次级内金属图形212的绕线方向的变化。现有技术中最上层的上层次级内金属图形212是从最上层的上层次级内金属图形212的外侧连接点2172沿逆时针方向绕到最上层的上层次级内金属图形212的内侧连接点2171上，所以需要最上层的上层次级外金属图形211的内侧连接点2173点与最上层的上层次级内金属图形212的外侧连接点2172点连接，以保证最上层的上层次级外金属图形211与最上层的上层次
级内金属图形212的电流方向一致，但是如果最上层的上层次级内金属图形是从最上层的上层次级内金属图形212的外侧连接点2172沿顺时针方向绕到最上层的上层次级内金属图形212的内侧连接点2171，则需要最上层的上层次级外金属图形211的内侧连接点2173连接最上层的上层次级内金属图形212的内侧连接点2171才能保证最上层的上层次级外金属图形211与最上层的上层次级内金属图形212具有相同的电流方向。传统的平面直连方式显然不能实现最上层的上层次级外金属图形211的内侧连接点2173与最上层的上层次级内金属图形212的内侧连接点2171之间的连接，因而本实施例设置了次级连接段24，以改善传统中采用平直直连方式的缺陷。
56.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。