一种具有pcb集成型变压器的开关电源模块的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有PCB集成型变压器的开关电源模块，其中变压器的线圈位于母板、上子板和下子板三块PCB上，同时，母板也是开关电源模块中其它器件及电子线路的载板。上子板和下子板表面有焊盘，用常规的焊接工艺即可将上下子板焊接到母板上，变压器的初次级可以任意分布在母板、上子板和下子板三块PCB上，以便设计变压器初次级的匝数比。本发明的开关电源模块具有传递电流大、转换效率高、易于装配、成本低的特点。
【专利说明】—种具有PCB集成型变压器的开关电源模块
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种开关电源模块，特别是涉及一种具有PCB集成型变压器的开关电源模块。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的发展，电子系统的功能越来越复杂，电子系统中的部件越来越多，必然导致电子系统功耗增加。作为电子系统的能量传递器件，开关电源需要具有高传输功率、大的传递电流、高效率、高输出电压精度，以保证电子系统的正常工作。
[0003]变压器在开关电源中起着举足轻重的作用，目前比较先进的变压器技术是平面变压器技术，即采用多层PCB板，PCB板内的导体作为变压器的线圈，再将磁芯固定在PCB板上。通过这种方法，可以提高传递电流，因为PCB板内的导体的宽度可以任意设计，同时由于导体比较薄，可以减小趋肤效应，提高变压器的传递电流；采用多层PCB板，可以任意设置层数，达到合理设计变压器匝比的目的；同时，多层PCB板可以免去绕制变压器线圈的步骤，简化生产工序，提高了生产效率。
[0004]目前平面变压器只采用一组PCB板，然而在开关电源中对于PCB板的层数需求较多，从而才能满足现代化开关电源的较多功能，但是多层PCB板比较昂贵，尤其是层数多于10层时，多层PCB板的制造成本变得比较高，且对于多层PCB，其一旦制作完成，不仅不利于变压器不同线圈的优化设计，还无法对变压器的线圈圈数进行调试，这就给变压器的线圈设计带来了 一定的限制。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提出一种具有PCB集成型变压器的开关电源模块，它不仅增大了传递电流，提高了转换效率，还可对其进行精确的调试和线圈的优化设计，且易于装配，大大降低了成本，从而提高了经济效益。
[0006]为了达到以上目的，本发明采用的技术方案为:一种具有PCB集成型变压器的开关电源模块，它包括电子元件、PCB板、磁芯、引针，其特征在于:所述PCB板包含上子板、下子板和母板；所述上子板的底部通过焊盘与母板电气连通，下子板的顶部通过焊盘与母板电气连通；所述PCB板上设置有镂空，磁芯镶嵌在镂空中，PCB板上的金属导体和磁芯共同构成开关电源模块的变压器。
[0007]所述上子板至少由一层PCB构成。
[0008]所述下子板至少由一层PCB构成。
[0009]所述母板至少由一层PCB构成。
[0010]所述PCB层上的金属导体通过位于PCB上的金属化通孔实现电连接。
[0011]所述金属化通孔至少为一个。
[0012]所述磁芯具有两个边柱，其中一个边柱依次穿过所述上子板、母板和下子板，另一个边柱仅穿过所述母板。[0013]所述金属导体的宽度为l?10mm。
[0014]所述金属导体的厚度为35?250微米。
[0015]本发明的有益效果:(I)本发明的变压器的线圈均为PCB上的导体，传递电流大，且没有线圈的使用，使生产工序得到简化。
[0016](2)本发明的初次级线圈的匝数可以任意设置，既变压器的初次级可以任意分布在母板、上子板和下子板三块PCB上，以便设计变压器初次级的匝数比，从而使得变压器匝数的设计变得更加灵活，转换效率更高。
[0017](3)本发明的母板包括印刷电路、焊盘和线圈，由于母板面积比较大，可做成双面板，从而使得在增加电子元件安装密度的同时不增加体积；子板仅仅作为变压器的线圈，体积小，即使需要多层，也可以分解成多组层数较少的PCB，可灵活对其组合，不仅使得适用范围更广，还大大减少了制作的成本。
[0018](4)本发明的每个PCB的表面都有焊盘，使PCB在装配组合时可视为普通的表贴器件，降低了装配难度和成本，从而提高了装配的效率。
[0019](5)本发明由于采用子母板的结构，若变压器线圈设计不合理或出现故障时，可分别对子板或母板进行调试、检修或更换。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是实施例1上子板的结构示意图。
[0021]图2是实施例1母板的结构示意图。
[0022]图3是实施例1下子板的结构示意图。
[0023]图4是装配后的开关电源模块的结构示意图。
[0024]图5是实施例2上子板和下子板第一层的结构示意图。
[0025]图6是实施例2上子板和下子板第二层的结构示意图。
[0026]图7是实施例2上子板和下子板第三层的结构示意图。
[0027]图8是实施例2上子板和下子板第四层的结构示意图。
[0028]图9是实施例2母板第一层的结构示意图。
[0029]图10是实施例2母板第二层的结构示意图。
[0030]图11是实施例2母板第三层的结构示意图。
[0031]图12是实施例2母板第四层的结构示意图。
[0032]在说明书附图中所述的数字标注表示为:101、金属导体A;102、金属化通孔A;
103、镂空A ;104、金属化通孔B ;105、金属导体端部A ;106、金属化通孔C ;107、金属化通孔D ;108、金属化通孔E ;109、金属导体端部B ;110、金属化通孔F ;111、焊盘A ;112、焊盘B ;113、PCB基板A ;114、金属化通孔G ;115、金属化通孔I ;201、焊盘C ;202、焊盘D ;203、镂空B ;204、镂空C ;205、金属化通孔J ;206、金属导体端部C ;207、PCB基板B ;208、金属化通孔K;209、金属导体端部D ;210、金属导体端部E ;211、金属导体端部F ;212、焊盘E ;213、焊盘F;214、金属化通孔L ;215、金属化通孔M;216、金属导体B ;217、金属导体端部I ;218、金属导体端部J ;301、母板；302、下子板；303、上子板；304、电子元件；305、上磁芯；306、下磁芯；307、引针；401、PCB基板C;402、金属导体端部G ;403、金属导体端部H ;404、镂空D ； 405、金属导体C。【具体实施方式】
[0033]为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
[0034]实施例1
参看图1，一种具有PCB集成型变压器的开关电源模块，每一层PCB上均设置有金属导体、用于安装磁芯的镂空、以及金属化通孔。本实施例中上子板303和下子板302均由一层PCB构成，上子板均具有金属导体A 10UPCB基板A 113、镂空A 103、金属化通孔G 114、金属化通孔I 115。
[0035]参看图2，母板301为一层PCB板，母板301上的焊盘E 212和焊盘F 213位置分别位于上子板303中的金属化通孔G 114和金属化通孔I 115正下方。金属导体B 216是母板上的变压器线圈，金属导体B 216通过上子板的金属化通孔G 114和金属化通孔I 115来实现与上子板303的金属导体A 101的电气连接。母板301上的镂空B 203和镂空C 204是变压器磁芯穿过的位置，镂空B 203与上子板303中镂空A 103位置相对。金属导体端部I 217和金属导体端部J 218是母板上变压器线圈的两端，金属导体端部I 217和金属导体端部J 218连接到母板中的电子线路中，作为变压器的一个绕组。母板301上的焊盘D 202和焊盘C 201是连接下子板电路的焊盘。
[0036]参看图3，下子板302为一层PCB板，下子板302具有金属导体C 405和镂空D404，镂空D 404与母板上的镂空B 203相对。金属导体C 405的金属导体端部G 402和金属导体端部H 403分别位于母板上的金属化通孔L 214和金属化通孔M 215正下方，即下子板302通过母板的金属化通孔L 214和金属化通孔M 215来实现与母板301的电气连接。
[0037]参看图4，母板301上焊接有若干电子元件304，变压器的磁芯由上磁芯305和下磁芯306构成,磁芯的一个中柱依次穿过上子板303、母板301和下子板302,磁芯的另一个中柱仅穿过母板301，引针307实现开关电源模块的电气输入输出。
[0038]实施例2
参看图5、图6、图7、图8，一种具有PCB集成型变压器的开关电源模块，每一层PCB上均设置有金属导体、用于安装磁芯的镂空、以及金属化通孔。本实施例中上子板和下子板均由四层PCB构成，第一层具有金属导体A 101、镂空A 103、金属化通孔A 102和金属化通孔B
104。第二层其具有金属化通孔C 106和金属化通孔D 107，第二层的一个金属导体端部A105位于第一层的金属化通孔A 102正下方，即金属化通孔的下方是金属导体，同时第二层的金属化通孔D107位于第一层金属化通孔B 104的正下方，即金属化通孔B 104和金属化通孔D 107电气相连接。第三层其具有金属化通孔E108、金属导体端部B 109和金属化通孔F 110，第三层的金属导体端部B 109位于第二层的金属化通孔C 106正下方，即金属化通孔的下方是金属导体，同时第三层金属化通孔E 108位于第二层的金属导体端部A 105的正下方。第三层的金属化通孔F 110位于第二层的金属化通孔D 107的下方，即金属化通孔F 110和金属化通孔D 107电气相连接。
[0039]在与母板接触的一面，即上下子板的第四层，该层上没有线圈，上子板和下子板均有两个焊盘A 111和焊盘B 112，用于子板和母板的电气连接，镂空A 103是磁芯穿过的位置。本实施例中下子板的结构与上子板相同。
[0040]参看图9、图10、图11、图12，母板301由四层PCB板构成，镂空C 203和镂空D 204是磁芯穿过的位置，镂空C 203与上下子板的镂空A 103相对应。第一层焊盘C 201和焊盘D 202是用来焊接上子板的，其位置与上子板的第四层中的焊盘A 111和焊盘B 112位置对应。第一层的金属化通孔G 205位于第二层的金属导体端部D 209的正上方，即金属化通孔的下方是金属导体。母板的第二层的金属化通孔H 208位于第三层金属导体端部E210的正上方，即金属化通孔的下方是金属导体。母板第一层的金属导体端部C 206是母板上的线圈的一端，母板第三层的金属导体端部F 211是母板上的线圈的另一端。第一层的金属导体端部C 206和第三层的金属导体端部F 211连接到母板中的电子线路中，作为变压器的一个绕组。
[0041]母板的第四层中没有线圈，焊盘E 212和焊盘F 213是用来焊接下子板的，其位置与下子板的第四层中的焊盘对应，镂空B 203和镂空C 204是磁芯穿过的位置。
[0042]参看图4，母板301上焊接有若干电子元件304，变压器的磁芯由上磁芯305和下磁芯306构成,磁芯的一个中柱依次穿过上子板303、母板301和下子板302,磁芯的另一个中柱仅穿过母板301，引针307实现开关电源模块的电气输入输出。
[0043]本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种具有PCB集成型变压器的开关电源模块，它包括电子元件、PCB板、磁芯、引针，其特征在于:所述PCB板包含上子板、下子板和母板；所述上子板的底部通过焊盘与母板电气连通，下子板的顶部通过焊盘与母板电气连通；所述PCB板上设置有镂空，磁芯镶嵌在镂空中，PCB板上的金属导体和磁芯共同构成开关电源模块的变压器。
2.根据权利要求1所述的一种具有PCB集成型变压器的开关电源模块，其特征在于:所述上子板至少由一层PCB构成。
3.根据权利要求1所述的一种具有PCB集成型变压器的开关电源模块，其特征在于:所述下子板至少由一层PCB构成。
4.根据权利要求1所述的一种具有PCB集成型变压器的开关电源模块，其特征在于:所述母板至少由一层PCB构成。
5.根据权利要求2、或3、或4所述的任意一种具有PCB集成型变压器的开关电源模块，其特征在于:所述PCB层上的金属导体通过位于PCB上的金属化通孔实现电连接。
6.根据权利要求5所述的一种具有PCB集成型变压器的开关电源模块，其特征在于:所述金属化通孔至少为一个。
7.根据权利要求1所述的一种具有PCB集成型变压器的开关电源模块，其特征在于:所述磁芯具有两个边柱，其中一个边柱依次穿过所述上子板、母板和下子板，另一个边柱仅穿过所述母板。
8.根据权利要求1所述的一种具有PCB集成型变压器的开关电源模块，其特征在于:所述金属导体的宽度为10mm。
9.根据权利要求1所述的一种具有PCB集成型变压器的开关电源模块，特征在于:所述金属导体的厚度为35?250微米。
【文档编号】H05K1/14GK103795273SQ201410086363
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年3月11日 优先权日:2014年3月11日
【发明者】易峰, 黄嵩人 申请人:湖南进芯电子科技有限公司