平面变压器、其平面复合线圈及辅助电压产生电路的制作方法

1.本实用新型涉及平面变压器，具体涉及平面变压器、其平面复合线圈及辅助电压产生电路。


背景技术：

2.目前，含有变压器的ac-dc(交流-直流)电路广泛用于各种电子设备中的开关电源中，随着电子设备的体积越来越小，越来越多的ac-dc电路采用平面变压器。常见的平面变压器中的平面线圈的结构布局不合理。


技术实现要素：

3.基于上述现状，本实用新型的主要目的在于提供平面变压器、其平面复合线圈，以提供结构布局更加合理的平面复合线圈。
4.为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
5.一种平面变压器的平面复合线圈，包括基板，还包括外线圈和内线圈，所述外线圈和内线圈设置于所述基板上，所述内线圈位于所述外线圈的内侧，所述外线圈包括第一外线圈端和第二外线圈端，所述内线圈包括第一内线圈端和第二内线圈端，自所述第一外线圈端至第二外线圈端向内卷绕的多圈导电层构成所述外线圈，自所述第一内线圈端至第二内线圈端向内卷绕的多圈导电层构成所述内线圈，所述第一外线圈端用于接地，所述第二内线圈端通过第一过孔接地，所述第一内线圈端用于通过第二过孔输出第一电压。
6.优选地，所述外线圈包括多个外圆弧段和多个外非圆弧段，每一外圆弧段的弧度超过270
°
，相邻的两个外圆弧段通过一外非圆弧段连接；所述内线圈包括多个内圆弧段和多个内非圆弧段，每一内圆弧段的弧度超过270
°
，相邻的两个内圆弧段通过一内非圆弧段连接。
7.优选地，所述内线圈中最内侧的内非圆弧段包括最内屏蔽段，所述最内屏蔽段自靠近所述平面复合线圈内侧的位置向所述第二内线圈端宽度逐渐减小，且所述最内屏蔽段的宽度大于所有内圆弧段的宽度。
8.优选地，所述内线圈中次内侧的内非圆弧段包括次内屏蔽段，所述次内屏蔽段自与最内侧的内圆弧段连接的接点位置向远离所述接点位置宽度逐渐增大，且所述次内屏蔽段的宽度大于所有内圆弧段的宽度。
9.优选地，所述基板上还设有第三过孔，所述第三过孔设置于贴近所述最内屏蔽段和次内屏蔽段的位置，所述最内屏蔽段和次内屏蔽段共同以半包围方式包围所述第三过孔。
10.本实用新型还提供了一种平面变压器，包括初级主线圈、初级辅助线圈、磁芯和次级线圈，所述初级主线圈、初级辅助线圈和次级线圈通过所述磁芯形成磁耦合，所述初级辅助线圈采用任一所述的平面复合线圈。
11.为了充分利用变压器产生辅助电压，以对后级电路提供电压，本实用新型还提供
了一种变压器的辅助电压产生电路，包括变压器，所述变压器采用所述的平面变压器。
12.优选地，所述的辅助电压产生电路还包括第一二极管、第二二极管、第一电容、第二电容、钳位电路、电阻和开关管，所述变压器未采用所述平面变压器，所述变压器包括初级主线圈、初级辅助线圈和磁芯，所述初级主线圈和初级辅助线圈通过所述磁芯形成磁耦合，所述初级辅助线圈包括正高压端和正低压端，所述正高压端输出的正高电压与所述正低压端输出的正低电压之差大于所述开关管的导通阈值电压；所述第一二极管的阴极连接所述开关管的电流流出端、阳极连接所述正低压端；所述第二二极管的阴极连接所述开关管的电流流入端、阳极连接所述正高压端；所述开关管的电流流入端通过所述第一电容接地；所述开关管的电流流出端作为后级电路的供电端，所述供电端通过所述第二电容接地；所述第二二极管的阴极通过所述电阻连接所述开关管的控制端；当所述正高压端和正低压端的电压均大于所述钳位电路的钳位阈值电压时，所述钳位电路将所述开关管的控制端的电压钳位在所述钳位阈值电压，所述开关管关断，所述正低压端经由所述第一二极管向所述供电端供电；当所述正高压端的电压小于所述钳位电压的钳位阈值电压时，所述钳位电路无法钳位，所述开关管导通，所述正高压端经由所述第二二极管和开关管向所述供电端供电，且所述正低压端经由所述第一二极管向所述供电端供电。
13.优选地，所述的辅助电压产生电路还包括第三二极管和电感，所述初级辅助线圈包括接地端和负压端；所述接地端接地，所述第三二极管的阴极通过所述电感连接所述开关管的电流流入端、阳极连接所述负压端；当所述正高压端的电压小于所述钳位电压的钳位阈值电压时，在所述初级主线圈充磁的阶段，所述正高压端和正低压端停止向所述供电端供电，所述负压端经由所述第三二极管、电感和开关管向所述供电端供电。
14.优选地，所述钳位电路为稳压二极管，所述稳压二极管的阴极连接所述开关管的控制端、阳极接地。
15.【有益效果】
16.在本实用新型的一些方案中，内线圈位于外线圈的内侧，自第一外线圈端至第二外线圈端向内卷绕的多圈导电层构成外线圈，自第一内线圈端至第二内线圈端向内卷绕的多圈导电层构成内线圈，第一外线圈端用于接地，第二内线圈端通过第一过孔接地，第一内线圈端用于通过第二过孔输出第一电压，这种平面复合线圈的布局更加合理，更利于从该平面复合线圈引出端子，以及与平面变压器的其余层之间的连通。
17.在本实用新型的其他方案中，当正高压端和正低压端的电压均大于钳位电路的钳位阈值电压时，钳位电路将开关管的控制端的电压钳位在钳位阈值电压，开关管关断，正低压端经由第一二极管向供电端供电，避免正高压端向供电端供电，从而防止了过高的电压损坏控制芯片；当正高压端的电压小于钳位电压的钳位阈值电压时，钳位电路无法钳位，开关管导通，正高压端经由第二二极管和开关管向供电端供电，且正低压端经由第一二极管向供电端供电，这两路提供的电能可以尽量保证控制芯片获得足够多的电能。另外，相比于现有的从母线直接通过降压电路获取辅助电压的方案，本电路体积和功耗更小。
18.本实用新型的其他有益效果，将在具体实施方式中通过具体技术特征和技术方案的介绍来阐述，本领域技术人员通过这些技术特征和技术方案的介绍，应能理解所述技术特征和技术方案带来的有益技术效果。
附图说明
19.以下将参照附图对本实用新型的优选实施方式进行描述。图中：
20.图1为根据本实用新型的一种优选实施方式的交流-直流变换电路的电路图；
21.图2为根据本实用新型的另一种优选实施方式的交流-直流变换电路的电路图；
22.图3为本实用新型一种实施例的平面变压器的截面示意图；
23.图4为本实用新型一种实施例的初级辅助线圈的结构示意图。
具体实施方式
24.以下基于实施例对本实用新型进行描述，但是本实用新型并不仅仅限于这些实施例。在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分，为了避免混淆本实用新型的实质，公知的方法、过程、流程、元件并没有详细叙述。
25.此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
26.除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
27.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
28.图1是本实用新型一种实施例的交流-直流变换电路，包括整流电路、母线电容c0、直流-直流变换单元和辅助电压产生电路。
29.整流电路的输入端用于连接交流电网以输入交流电压，整流电路的一个输出端连接母线，另一个输出端接地，母线电容跨接在母线和地之间，整流电路用于对输入的交流电压进行整流得到直流电压并将直流电压提供给母线。整流电路可以是全桥整流或者半桥整流等整流电路。
30.直流-直流变换单元的输入端输入母线上的电压，直流-直流变换单元用于将母线上的电压转换为输出的目标电压，该目标电压可以根据合适的需要进行设定，对于常见的消费电子产品，5v、12v、24v等均是相对常见的目标电压。
31.如图2所示，本实用新型实施例的直流-直流变换包括控制芯片、功率开关管q、变压器t和次级输出电路，次级输出电路包括整流二极管d4和滤波电容ec1，变压器t包括初级主线圈、初级辅助线圈、次级线圈和磁芯，初级主线圈、初级辅助线圈和次级线圈这三种相互之间通过磁芯形成磁耦合。控制芯片的供电电压vcc由辅助电压产生电路产生，在控制芯片的控制下，母线上的电压被转换为次级输出电路输出的目标电压。初级主线圈的第一端连接母线、第二端通过功率开关管q接地，次级线圈的第一端连接整流二极管d4 的阳极，整流二极管d4的阴极连接滤波电容ec1的正极，滤波电容ec1的负极接地，次级线圈的第二端接地，整流二极管d4的阴极端作为直流-直流变换单元的输出端，也即交流-直流变换电路的输出端，该输出端输出目标电压 v0，控制芯片通过调节功率开关管q的控制信号pwm的占空比，可以将输出端的电压稳定在所设定的目标电压v0上。本实施例中，一定范围内的供电电压vcc均可以让该控制芯片正常工作。
32.辅助电压产生电路包括上述变压器t，还包括第一二极管d1、第二二极管d2、第一电容c1、第二电容c2、钳位电路、电阻r1和开关管q1(可以是场效应管或双极性晶体管)，初级辅助线圈包括正高压端p3和正低压端p2，正高压端p3输出的正高电压与正低压端p2输出的正低电压之差大于开关管 q1的导通阈值电压；第一二极管d1的阴极连接开关管q1的电流流出端、阳极连接正低压端p2；第二二极管d2的阴极连接开关管q1的电流流入端、阳极连接正高压端p3；开关管q1的电流流入端通过第一电容c1接地；开关管 q1的电流流出端作为后级电路的供电端，供电端通过第二电容c2接地；第二二极管d2的阴极通过电阻r1连接开关管q1的控制端；钳位电路用于对开关管q1的控制端进行钳位或者不钳位。当正高压端p3和正低压端p2的电压均大于钳位电路的钳位阈值电压时，钳位电路将开关管q1的控制端的电压钳位在钳位阈值电压，开关管q1关断，正低压端p2经由第一二极管d1向供电端供电；当正高压端p3的电压小于钳位电压的钳位阈值电压时，开关管q1 导通，正高压端p3经由第二二极管d2和开关管q1向供电端供电，且正低压端p2经由第一二极管d1向供电端供电。在一些实施例中，钳位电路为稳压二极管zd1，稳压二极管zd1的阴极连接开关管q1的控制端、阳极接地。
33.当功率开关管q导通时，初级主线圈开始充磁蓄能，次级线圈的第一端 (在图2为与整流二极管d4的阳极连接的端子)产生的电动势为负电压，初级辅助线圈的正高压端p3(在图2为与第二二极管d2的阳极连接的端子)和正低压端p2(在图2为与第一二极管d1的阳极连接的端子)产生的电动势为负电压；当功率开关管q断开时，初级主线圈开始释放磁能，次级线圈的第一端、以及初级辅助线圈的正高压端p3和正低压端p2产生的电动势均为正电压。
34.如图2所示，在以初级辅助线圈的某个点为参考点的情况下，通过将正高压端p3至参考点之间的线圈匝数设置为大于正低压端p2至参考点之间的线圈匝数，可以使正高压端p3输出的电动势的绝对值大于正低压端p2输出的电动势的绝对值，在两者均输出正电动势时，即可以保证正高压端p3输出的正高电压v
h+
大于正低压端输出的正低压v
l+
。当次级线圈的第一端输出正电动势时，由于整流二极管d4的钳位作用，次级线圈的第一端的电压被钳位在约等于输出的目标电压v0，根据正高压端p3的线圈匝数(np3+np2)、正低压端p2的线圈匝数np2和次级线圈的线圈匝数ns，可以得出正高电压v
h+
和正低电压v
l+
分别与目标电压v0的关系：
[0035]vh+
＝v0*(np3+np2)/ns；
[0036]vl+
＝v0*np2/ns。
[0037]
由此可知，当目标电压v0越大，正高电压v
h+
越大，正低电压v
l+
也越大，但是正高电压v
h+
增长的幅度更大，本辅助电压产生电路中，在初级主线圈开始释放磁能的阶段(此时正高压端p3和正低压端p2均输出正电压)，当目标电压v0超过一定值时，此时，正高压端p3和正低压端p2的电压均大于钳位电路的钳位阈值电压，钳位电路起到钳位作用，从而导致开关管q1断开，由输出较低正电压的正低压端p2经由第一二极管d1向供电端供电(第二电容c2可以起到稳定供电端的电压的作用)，避免正高压端p3向供电端供电，从而防止了过高的电压损坏控制芯片。当目标电压v0小于一定值时，此时，正高压端p3的电压小于钳位电压的钳位阈值电压，钳位电路不起钳位作用，加载在开关管q1的控制端的正高电压v
h+
与正低电压v
l+
之差大于开关管q1 的导通阈值电压，从而导致开关管q1导通，正高压端p3经由第二二
极管d2 和开关管q1向供电端供电，且正低压端p2经由第一二极管d1向供电端供电，这两路提供的电能可以尽量保证控制芯片获得足够多的电能，第一电容c1可以起到稳定开关管q1的电流流入端电压的作用。在一个实施例中，若np3＝np2＝ns，则v
h+
＝2v0，v
l+
＝v0。在初级主线圈充磁储能的阶段，此时正高压端p3和正低压端p2均输出负电压，两者暂停向供电端提供电能。
[0038]
在一些实施例中，为了在目标电压v0较低的时候，能够进一步保证供电端获得的电能更加充足，在初级主线圈充磁储能的阶段亦可以向供电端提供电能，本实施例采用了如下技术方案：辅助电压产生电路还包括第三二极管d3 和电感l，初级辅助线圈包括接地端p0和负压端p1(其对应的线圈匝数为 np1)；接地端p0接地，第三二极管d3的阴极通过电感l连接开关管q1的电流流入端、阳极连接负压端p1；当正高压端p3的电压小于钳位电压的钳位阈值电压时，在初级主线圈充磁的阶段，正高压端p3和正低压端p2停止向供电端供电，负压端p1经由第三二极管d3、电感l和开关管q1向供电端供电。本实施例中，接地端p0可以作为初级辅助线圈的上述参考点，即，正高压端p3的线圈匝数(np3+np2)、以及正低压端p2的线圈匝数np2均是以该接地端p0为参考点的匝数。
[0039]
在一些实施例中，上述变压器t可以是平面变压器，该初级辅助线圈可以是该平面变压器中的平面复合线圈。如图3所示，平面变压器的初级主线圈和初级辅助线圈分别位于中间的不同层中，其中，次级线圈分布在最上层和最下层，不同层之间的连通可以通过贯穿各层中的过孔实现，平面变压器还可以包括导电层，以实现不同层的线圈之间的电连接，以及相关电路器件的电连接，这些导电层和过孔在图3中并未画出，本领域技术人员根据本实用新型的教导可以实现。如图4所示，一种平面变压器的平面复合线圈10，包括基板100、外线圈200和内线圈300，外线圈200和内线圈300设置于基板100上，内线圈300位于外线圈200的内侧，外线圈200包括第一外线圈端210和第二外线圈端220，内线圈300包括第一内线圈端310和第二内线圈端320，自第一外线圈端210至第二外线圈端220向内卷绕的多圈导电层构成外线圈200，自第一内线圈端310至第二内线圈端320向内卷绕的多圈导电层构成内线圈300，第一外线圈端210用于接地，第二内线圈端320通过第一过孔接地，第一内线圈端310通过第二过孔输出第一电压。图4中，阴影线填充的区域211表示是整块导电层。本实施例中，通过简单和合理的结构实现了初级辅助线圈。
[0040]
在一些实施例中，外线圈200包括多个外圆弧段240和多个外非圆弧段 230，每一外圆弧段的弧度超过270
°
，相邻的两个外圆弧段240通过一外非圆弧段230连接；内线圈300包括多个内圆弧段340和多个内非圆弧段330，每一内圆弧段340的弧度超过270
°
，相邻的两个内圆弧段340通过一内非圆弧段330连接，其中，第一内线圈端310和第二内线圈端320均位于相应的内非圆弧段330。在本实施例中，可以使得外线圈200和内线圈300均具有尽量完整的圆弧，以保证平面变压器的性能，另外，在内非圆弧段330设置第一内线圈端310和第二内线圈端320，方便端子从平面复合线圈10所在层中引出，以便与其余电路连接。在本实施例中，第一内线圈端310作为正高压端p3；在第一外线圈端210和第二外线圈端220之间的外非圆弧段230的某个位置设置负压端250(p1)，在一些实施例中，负压端250(p1)是从外非圆弧段230 延伸出来而形成；在第一内线圈端310和第二内线圈端320之间的内非圆弧段 330设置正低压端350(p2)。第二外线圈端220可以作为自由悬空端存在，当然，负压端250(p1)可以与第二外线圈端220重合。
[0041]
在一些实施例中，内线圈300中最内侧的内非圆弧段包括最内屏蔽段331，最内屏蔽段331自靠近平面复合线圈内侧的位置向第二内线圈端320宽度逐渐减小，且最内屏蔽段331的宽度大于所有内圆弧段340的宽度。通过这种方式，可以提高初级辅助线圈抗干扰能力。
[0042]
在一些实施例中，内线圈300中次内侧的内非圆弧段330还包括次内屏蔽段332，次内屏蔽段332自与最内侧的内圆弧段300连接的接点位置向远离接点位置宽度逐渐增大，且次内屏蔽段332的宽度大于所有内圆弧段300的宽度。通过这种方式，可以进一步提高初级辅助线圈抗干扰能力。
[0043]
在一些实施例中，基板100上还设有第三过孔400，第三过孔400设置于贴近最内屏蔽段331和次内屏蔽段332的位置，最内屏蔽段331和次内屏蔽段 332共同以半包围方式包围第三过孔400，留下最内屏蔽段331和次内屏蔽段 332之间的缝隙，以及第三过孔400面向磁芯的位置这两部分缺口。该第三过孔是其余线圈或电路要形成连接而在本平面复合线圈上形成的过孔。
[0044]
本领域的技术人员能够理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。
[0045]
应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本实用新型的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本实用新型的权利要求范围内。