一种基于pcb无芯变压器的多路输出隔离电源的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种隔离电源，尤其是一种基于PCB无芯变压器的多路输出隔离电源。
【背景技术】
[0002]在电机驱动电路中，常需要一路输入信号同时控制多路电机，即要求电源为多路输出隔离电源。针对该问题研究人员开展了大量的研究工作，如申请号为:201220717676.9、发明名称为“一种多路输出变压器”的专利申请，通过I个绕线变压器集中变压后，可同时提供多路输出电压。但是这种绕线变压器具有磁芯、依靠人工绕线，因此加工精度差、体积大、高频损耗高、可靠性差。而逐渐兴起的PCB无芯变压器因其工作频率高、可通过模板印刷代替人工绕线等特点，具有加工精度高、体积小、功耗低、可靠性好等优点，在开关电源中逐渐获得广泛使用。
【发明内容】
[0003]针对上述技术问题，本发明的主要目的在于提供一种基于PCB无芯变压器的多路输出隔离电源。通过一个PCB无芯变压器集中变压，为电子电路提供多个独立的电压。该隔离电源具有工作频率高、体积小、成本低、输出电压一致性好等优点。
[0004]为了实现上述目的，本发明提供了一种基于PCB无芯变压器的多路输出隔离电源，其包括:
[0005]PCB无芯变压器，包括初级线圈和多组次级线圈，每组次级线圈包括两个次级线圈；
[0006]初级驱动电路，其与所述初级线圈相连，用于产生输入信号源；
[0007]次级接收电路，其与所述次级线圈相连，用于输出多路隔离电源电压；
[0008]其中，每组次级线圈的两个次级线圈为平面螺旋交错式结构，且所述初级线圈与多组次级线圈形成层叠结构。
[0009]基于上述技术方案可知，本发明基于PCB无芯变压器的多路输出隔离电源具有如下优点:
[0010](I)工作频率高；本发明所述的PCB无芯变压器无磁芯，应用于高频时，无芯变压器减小了由磁芯引入的频率限制，且消除了磁芯的损耗。
[0011](2)体积小；工作频率高使得变压器的转换利用率提高，从而减小变压器体积，且与传统绕组变压器相比，本发明直接使用I个PCB无芯变压器并采用层叠结构，且每两个次级线圈位于同层中，采用平面螺旋交错式结构，进一步减小变压器体积，提高集成度；满足在小体积内输出多路隔离电源的要求。
[0012](3)降低成本；本发明采用的PCB无芯变压器可通过机械加工制作，且所有次级线圈的结构相同，可通过统一的模板生产，极大地提高了变压器的一致性。同时机械加工代替了复杂的人工绕制线圈，生产效率高，大大降低生产成本，便于批量生产。
[0013](4)输出电压一致性好；本发明所述的基于PCB无芯变压器的多通道输出隔离电源，能够隔离主开关电源的影响，多个次级线圈拥有各自的电源输出回路，且以初级线圈为轴，上下对称的次级线圈因结构相同，并与初级线圈距离一致，所以4路输出电压稳定一致，可以通过I路主路输出电压控制变压器的输入电压，继而精确控制4个输出电压，使其稳定一致。
【附图说明】
[0014]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例。
[0015]图1为本发明一实施例的基于PCB无芯变压器的多路输出隔离电源的电路原理示意图；
[0016]图2a和图2b作为本发明一实施例的PCB无芯变压器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
[0018]本发明公开了一种基于PCB无芯变压器的多路输出隔离电源，其包括PCB无芯变压器、初级驱动电路，次级接收电路及隔离电路；所述PCB无芯变压器为层叠式设计。
[0019]上述方案中，所述PCB无芯变压器包括I个初级线圈，2n个结构完全相同的次级线圈，其中次级线圈分为η组，每组2个次级线圈，且位于同层并采用平面螺旋交错式结构，所述PCB无芯变压器为n+1层设计。其目的是，减小体积，提高集成度、降低成本、便于工艺的实现。
[0020]所述PCB无芯变压器层叠式设计具体为:所述初级线圈位于中间层，所述多组次级线圈上下分布于所述初级线圈的两侧，每组的两个次级线圈及其以初级线圈为轴对称的两个线圈因结构相同且与初级线圈距离相同，可提供相同的稳定的电压值，因此可通过其中I路反馈精确控制4路输出电压，使4路电压稳定一致。在多路输出时可减少反馈控制电路的数量，精简电路。
[0021]上述方案中，电路包括初级驱动电路、次级接收电路及隔离电路。所述初级驱动电路与PCB无芯变压器的初级线圈相连，用于输入信号源的产生；所述次级接收电路与PCB无芯变压器的次级金属线圈相连，用于输出多个稳定的隔离电源电压，各路输出电压是通过次级线圈的结构及次级线圈与初级线圈的距离(耦合程度)共同决定；所述次级接收电路包括多路滤波电路及反馈控制电路。其中整流滤波电路对变压器的次级线圈的输出信号进行整流滤波处理。其中反馈控制电路与隔离电路共同作用实现闭环反馈，从而实现输出电压的稳定输出。
[0022]下面参照附图结合具体实施例对本发明作进一步的描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此所举实例不作为对本发明的限定。
[0023]请参阅图1，为本发明一优选实施例中提出的多路输出隔离电源的电路原理框图。所述多路输出隔离电源包括:PCB无芯变压器100和集成电路；所述集成电路包括初级驱动电路210，次级接收电路220及隔离电路230 ;所述初级驱动电路210主要用于信号源的产生，产生的信号将加载到PCB无芯变压器100的初级线圈上102 (见图2);所述次级接收电路220包括:多路整流滤波电路，及反馈控制电路主要用于输出多路隔离电源，反馈控制电路与隔离电路230共同形成反馈闭环，实现输出电压的稳定输出。图中4个次级线圈S1_S4(见图2)结构相同且与初级线圈距离一致，因此4个输出电压V1, V2, V3, V±—致，只需要通过I路主路反馈控制，即可精确控制4路输出电压，使得4路输出电压稳定一致。初级驱动电路210、次级接收电路220和隔离电路230都可采用集成电路工艺实现。
[0024]请参阅图2a，为本发明优选实施例中PCB无芯变压器的结构框图。可以看出所述PCB无芯变压器由I个初级线圈102(P)，4个结构完全相同的次级线圈(S1-S4)组成，其中次级线圈分为2组，分别为第一组和第二组次级线圈101、103，每组包括2个次级线圈，且所述2个次级线圈采用平面螺旋交错式结构(即:两个线圈都是螺旋结构，且两个线圈交错分布)，4个次级线圈结构相同，与初级线圈的距离相同，所以输出电压一致，可通过I路主路输出负反馈电路精确控制4路输出电压，使4路输出电压稳定一致。变压器为3层设计，从上往下:第一层为第一组次级线圈101 (Si和s2)，第二层为初级线圈102 (P)，第三层为第二组次级线圈103 (s3和s4)。所述初级线圈和次级线圈可通过合理的线宽、间距、匝数等尺寸设计以满足实际工作的需要。金属线圈可通过刻蚀加工而成。所述PCB无芯变压器的金属线圈的材料可为铜等。初级、次级线圈可以通过PCB单块多层板或是多块双层板实现，即:单块多层板时，初、次级线圈分布在同一块板的不同层上，层与层之间绝缘；多块双层板时，初、次级线圈分布在不同的PCB板上，板与板之间相互绝缘。通过I个PCB无芯变压器可得到4路输出一致的隔离电源，简化电路，降低成本，提高集成度。即可提高工作频率，又满足在小体积内输出多路隔离电源的要求。
[0025]请参阅图2b，可以看出，同层2个次级线圈为平面螺旋交错式结构，进一步减少占用体积，提高集成度。且以初级线圈为轴的对称的上下4个结构相同，与初级线圈距离一致的次级线圈输出的电压稳定一致。可通过I路主路输出负反馈电路精确控制4路输出电压，使输出电压稳定一致。
[0026]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和初级原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于PCB无芯变压器的多路输出隔离电源，其包括: PCB无芯变压器，包括初级线圈和多组次级线圈，每组次级线圈包括两个次级线圈； 初级驱动电路，其与所述初级线圈相连，用于产生输入信号源； 次级接收电路，其与所述次级线圈相连，用于输出多路隔离电源电压； 其中，每组次级线圈的两个次级线圈为平面螺旋交错式结构，且所述初级线圈与多组次级线圈形成层叠结构。2.如权利要求1所述的多路输出隔离电源，其中，所述层叠结构具体为: 所述初级线圈位于中间层，每组次级线圈上下分布于所述初级线圈的两侧。3.如权利要求1或2所述的多路输出隔离电源，其中，所述次级接收电路包括多路整流滤波电路、反馈控制电路。4.如权利要求1或2所述的多路输出隔离电源，其中，所述初级驱动电路和次级接收电路及隔离电路采用标准集成电路工艺实现。5.如权利要求1或2所述的多路输出隔离电源，其中，所述初级线圈和次级线圈的材料为铜。6.如权利要求1或2所述的多路输出隔离电源，其中，所述每组次级线圈中的两个次级线圈及其以初级线圈为轴对称的次级线圈的输出电压稳定一致。7.如权利要求2所述的多路输出隔离电源，其中，所述每组次级线圈中的两个次级线圈与所述初级线圈的距离相同。8.如权利要求3所述的多路输出隔离电源，其包括两组次级线圈，且所有次级线圈与初级线圈的距离相同。9.如权利要求8所述的多路输出隔离电源，其包括I路所述反馈控制电路和4路输出电压，且4路输出电压稳定一致。
【专利摘要】本发明公开了一种基于PCB无芯变压器的多路输出隔离电源，其包括：PCB无芯变压器，包括初级线圈和多组次级线圈，每组次级线圈包括两个次级线圈；初级驱动电路，其与所述初级线圈相连，用于产生输入信号源；次级接收电路，其与所述次级线圈相连，用于输出多路隔离电源电压；其中，每组次级线圈的两个次级线圈为平面螺旋交错式结构，且所述初级线圈与多组次级线圈形成层叠结构。本发明公开的上述隔离电源具有工作频率高、体积小、成本低、输出电压一致性好等优点。
【IPC分类】H02M5/10
【公开号】CN105186885
【申请号】CN201510572401
【发明人】张峰, 许洪伟, 马春宇, 屈操
【申请人】中国科学院自动化研究所
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年9月10日