专利名称：微型高频电源变压器的制作方法
概括地说，本发明涉及电源变压器，具体地说，本发明涉及微型、印刷电路高频电源变压器。
传统的高频电源变压器通常是需要绕线的原、副绕组和定做的磁心组件的较大的装置。这些装置常常不能用于那些体积是电子设备设计和制造中的主要因素的现代印刷电路应用场合。有关传统变压器的绕组和磁心制作的高成本使这个问题更加复杂。
人们一直来试图减小变压器的体积。例如在美国专利No.4，507，640中，用放置于半磁心之间的导电带组成的一种变压器是很小巧的，但在制造磁心和导电带时需要精密的机加工公差。
在美国专利No.4，012，703中，匹配传输线的变压器的原、副绕组匝间用塑料薄片隔开，且粘结至一块印刷电路板上。这种被设计用来改变传输线特性阻抗的变压器是比较小巧的，但是由于变压器与传输线阻抗匹配的特性是按规格定制才能得到的，这种变压器是很昂贵的。
因此，本发明的一个目的是提供一种小巧而造价低廉的微型高频电源变压器。本发明的另一个目的是提供一种显示出良好磁耦合和高电压绝缘的微型高频电源变压器。本发明的再一个目的是使微型高频电源变压器的原绕组和/或副绕组的任意一个或两个不需要绕线。
根据本发明的第一实施例，是用这样的方法达到本发明的上述和其他目的的，即在第一和第二电路板上形成变压器的原、副绕组，电路板被配置成使之含有绕组的侧面彼此相背对。可分为两件的铁氧体罐形磁心的第一半和第二半贯穿电路板上形成的槽形开口，封闭这些绕组。为了保持绕组之间的紧密磁耦合，绕组与半磁心相接触，以消除它们之间的任何高磁阻气隙。绕组与磁心，以及绕组之间由沉积在其中一个绕组上的一层绝缘材料绝缘。第一和第二半磁心用粘结剂或者用一根非金属螺栓贯穿第一和第二半磁心上的中心通孔而固定在一起。
根据本发明的第二实施例，变压器的原绕组或副绕组是形成于电子线路的母板上的，剩下的那个绕组则位于与母板平行且相接触的第二电路板上。第一和第二半磁心贯穿母板和第二电路板上形成的相应的槽形开口，封闭这些绕组。电路板外表面上的绕组与半磁心，以及绕组彼此之间通过半磁心用沉积在至少一个绕组上的一层绝缘材料绝缘，半磁心被固定在一起，以封闭这些绕组。
在本发明的第三实施例中，分别含有原绕组和副绕组的第一和第二圆环形电路板被封闭在第一和第二半磁心内。电路板外表面上的绕组与半磁心，以及绕组相互之间通过半磁心由沉积在至少一个磁组上的一层绝缘材料绝缘。
在本发明的第四实施例中，变压器的原绕组或副绕组形成于电子线路的母板上，剩下的那个绕组则形成于与母板平行且相接触的第二圆环形电路板的表面上。第一和第二半磁心封闭这些绕组，沉积在其中一个绕组上的一层绝缘材料使绕组与磁心以及绕组之间相互绝缘。
作为各实施例的改型，原绕组和副绕组可以印制在电路板彼此面对的侧面上，而不是如前文所述印制在背面上。一层绝缘材料被沉积在电路板之间的至少一个绕组上。
在任一实施例中，由于绕组和磁心之间实际上不存在气隙，所以本发明的变压器绕组间的磁耦合达到最强。这对于有效的高频电源变压是特别重要的，而且能获得更小巧的变压器。此外，在本发明的各种实施中，在电路板上直接形成绕组省去了手工或机器绕线，且降低了制造成本。
对于本领域的技术人员来说，从以下的详尽描述，将会明显看到本发明的其他一些目的和优点，其中仅仅通过实现本发明所设想的最佳方式的实例，只示出和描述本发明的若干最佳实施例。正如将会体会到的，本发明可以有其他不同的实施例，在不脱离本发明精神的情况下，其若干细节在各个显著的方面都可能有所变更。因此，附图和说明书实质上应看作例证，而不是限制。
图1a是根据本发明一个实施例的变压器的部件分解图;
图1b是组装后的图1a变压器的侧视图，实际地显示了原绕组和副绕组之间以及这些绕组和铁氧体磁心两半之间没有气隙;
图2是含有图1a的变压器原绕组的第一电路板的平面图;
图3是含有变压器副绕组的第二电路板的平面图;
图4a是图1a中所示的一个第一半铁氧体磁心的前视图;图4b是该铁氧体磁心的后视图;
图5是根据本发明第二实施例的变压器的部件分解图;
图6a表示含有根据图5实施例的原绕组的第一电路板;
图6b表示含有根据图5实施例的副绕组的第二印刷电路板;
图7是图5的变压器的局剖侧视图，表示其中一块电路板的绕组上的绝缘层;
图8是组装后的根据本发明的小型高频电源变压器的透视图;
图9是根据本发明的变压器组装到母板后的透视图;
图10是图9实施例的一种改型;以及图11是本发明的一些最佳实施例的一种改型，显示出原、副绕组彼此面对，两绕组之间有一层绝缘材料沉积层。
参照图1a，根据本发明的第一最佳实施例的微型高频电源变压器14包括第一电路板20(见图2)，第一电路板20的一面上形成有印刷电路原绕组26，第一电路板20与第二电路板30(见图3)以面对面的关系而配置，第二电路板上形成有印刷电路副绕组36。第一电路板20和第二电路板30分别具有相同的弧形槽口24和34，以及其中还形成有圆形中心孔22，32。
原绕组26面向第一半磁心40，而副绕组36面向第二半磁心42。如图1a，1b中所示，绕组26、36的背向的两侧被半磁心40，42所密封。
通常称为“罐形磁心”的半磁心40和42是由铁氧体材料组成的，而且是很常用的。如图4a和4b中所示，各个相同的半磁心大体上呈圆盘形，一对圆弧形周边凸缘44从磁心的一个表面轴向地延伸，以及一个环形心轴48从这对周边凸缘44之间的表面43凸出。在各个半磁心的心轴内形成了一个中心圆通孔46。心轴48的直径等于电路板上形成的圆盘形孔22和32的直径(见图2、3)。
在图1a的第一实施例变压器组装时，第一电路板20和第二电路板30要配置成使得第一电路板20上形成的原绕组26和第二电路板上形成的副绕组36的正面相背对。电路板20和30上的槽形开口24和34互相对准，第一和第二半磁心40，42的凸缘44贯穿槽形开口24和34而彼此接触，半磁心上的环形心轴穿过电路板上的圆盘形孔22和32而相配合。各个半磁心的凸缘44彼此对准而放置，原绕组20和副绕组30分别面对且封闭半磁心40和42(见图8)。
应该了解的是，各个半磁心的凸缘44和心轴48的深度基本上等于各电路板20，30的厚度，使得原绕组和副绕组紧靠半磁心40，42的磁心表面43。绕组和半磁心之间的这种紧密配合关系使绕组与磁心的耦合增加到最强，而将漏磁通减到最小(见图1b)。
尽管如上文提到的美国专利4，012，703中，原、副绕组彼此面对，用一层独立的绝缘材料隔开可以实现高频变压，但是人们相信有效的电源变压的最高程度，即具有尽可能最低的磁阻的磁通路径是通过将各绕组放得尽量靠近铁氧体磁心而获得的，因为铁氧体的导磁性比空气强得多。见McGrawHill公司1957年出版的电气工程师标准手册第9版第321页。因此，根据本发明，原绕组26副绕组36之间的电绝缘是通过在这两个绕组的任意一个或两个上沉积一层绝缘层13而实现的(图1a中绝缘层13沉积于副绕组36之上)。绝缘层13是通过将位于加州塔斯廷的Dynachem公司生产的干膜焊接掩模敷于其中一块电路板上而形成的(如图7所示)，或者最好采用真空夹层;然而，也可以采用任何其他呈现高电压薄膜特性的永久性绝缘沉积材料。
正如很容易理解的，在第一电路板20和第二电路板30上形成印刷电路原绕组和副绕组省去了绕线，并且降低了成本。该最佳实施例中的第一电路板20和第二电路板30是由含玻璃纤维的环氧树脂所组成的;然而也可以采用其它合适的材料。
变压器14组装后，用任何适当的粘结剂(未示出)涂敷在磁心凸缘44上而粘结在一起。虽然最好是用粘结方法，但另一种方法如图1a中所示，非金属的螺栓12a经通孔46穿过第一半磁心40和第二半磁心42，用非金属螺帽12b紧固而可以将变压器组件固定在一起。
应该了解的是，变压器的其中一个绕组可以直接形成在一块装有复杂电子线路的元件的电路板上，而不是形成在一块专用的电路板上。因此在图9中，在一件电子设备的母板上变压器90有其原绕组26或其副绕组36，剩下的变压器绕组则形成于第二电路板94上。
在图5中所示的本发明的另一个最佳实施例中，变压器50的原绕组64和副绕组66形成于圆环形的第一电路板60和第二电路板62上，这些电路板上各形成一圆盘形中心孔68(图6a，6b)。中心孔68的直径与图4a，4b和图6a，6b中所示的铁氧体半磁心上形成的环形心轴48的直径相同。两个圆环形电路板与各铁氧环半磁心的表面43相符合，一个或两个绕组上沉积了一层绝缘材料。
在变压器50组装时，第一圆环形电路板60和第二圆环形电路板62被装配在一起，这些电路板被排列成使得原绕组64和副绕组66彼此正面相背对。当半磁心围绕电路板组装时，电路板60，62被放置于半磁心40，42内，而原、副绕组64，66面向其各自的半磁心。一个或两个绕组64，66上沉积了一层绝缘材料13(图中只示出了一层沉积层)。接着在各个半磁心40，42的心轴48和凸缘44相互配合(见图5)情况下用任何合适的粘结材料(未示出)把整个组件粘结在一起，如图1a的实施例那样，变压器的绕组和半磁心之间没有气隙，从而使装置的电能变换能力达到最佳。
现在参照图10，在本发明的另一个最佳实施例中，变压器100的原绕组104或副绕组106是形成于母板92上的，剩下的那个变压器绕组则形成于第二圆环形电路板101上。如在本发明的其他一些实施例那样，将圆环形电路板101制成使之整个地适配在第一半磁心40和第二半磁心42内，且与这些半磁心的表面43相接触。
在变压器100组装时，圆环形电路板101放置成与母板92相接触，两块电路板的原绕组104和副绕组106面向其各自的半磁心40，42。以与图1a的实施例相同的方式，把半磁心40和42装配在一起，一个半磁心封闭圆环形电路板101，另一个半磁心被插入母板92。整个组件通过粘结在一起而固定就位，要不然，用其他手段将半磁心40，42连接起来。
作为本发明各实施例的改型，原绕组和副绕组是形成于电路板彼此面对的侧面上的，而不是如前文所述形成于背面上。一层绝缘材料被沉积在电路板之间的至少一个绕组上。因此在图11中，电路板20上的原绕组26面向电路板30上的副绕组36，绝缘层13被沉积在副绕组36上。
因此，已作了描述的微型高频电源变压器包括第一电路板和第二电路板，在这两块电路板上形成变压器的原绕组和副绕组，电路板被配置成使之含有绕组的侧面彼此相背对。电路板由沉积在至少一个绕组上的一层电绝缘材料互相绝缘。一个可分为两件的磁心的相对两半贯穿电路板上形成的开口，封闭了绕组，使得磁心和绕组之间实际上不存在气隙。两块电路板都可以是专用于变压器的，或一块电路板可以是电子线路的母板。此外，一块或两块电路板可以加工成被一个或两个半磁心所封闭的形状。
作为各实施例的改型，原绕组和副绕组可以印制在电路板彼此面对的侧面上，而不是印制在背面上，一层绝缘材料被沉积在电路板之间的至少一个绕组上。
在本文公开的内容中，只示出和描述了本发明的若干最佳实施例，但是如上所述，自然本发明能够用于其他各种组合和场合，而且可能在本文所述的本发明思想的范围内作各种变更或改进。
权利要求
1.一种高频电源变压器，其特征在于包括第一印刷电路板和第二印刷电路板，分别形成于所述第一电路板和第二电路板上的所述变压器的印刷电路原绕组和印刷电路副绕组；所述第一和第二电路板被配置成使得其含有所述原绕组和副绕组的表面彼此相背对；第一半磁心和第二半磁心；所述第一和第二印刷电路板上形成部分围绕所述原，副绕组的槽形开口，所述电路板上的所述开口互相对准；所述第一和第二半磁心具有分别穿过所述槽开口延伸的部分，所述半磁心基本上封闭所述原绕组和副绕组，将所述第一和第二印刷电路板固定在一起，所述原绕组和副绕组与各自的半磁心相接触，以形成所述绕组间的紧密磁耦合；以及一层沉积在所述印刷电路原、副绕组之一上的电绝缘材料，使所述一个绕组与所述半磁心以及另一个绕组电绝缘。
2.根据权利要求1的变压器，其特征在于，所述印刷电路绕组的另一个是未经绝缘的。
3.根据权利要求1的变压器，其特征在于，所述半磁心共同形成一个罐形磁心。
4.根据权利要求1的变压器，其特征在于，所述半磁心的轴向延伸的侧面部分和所述印刷电路板上形成的所述槽形开口都是弧形的。
5.根据权利要求1的变压器，其特征在于，所述第一和第二印刷电路板之一的表面面积比另一个大，而且装有含所述变压器电路的至少一个电气元件。
6.根据权利要求1的变压器，其特征在于，所述半磁心是由铁氧体组成的。
7.根据权利要求1的变压器，其特征在于，所述半磁心上各有一个圆形中心通孔，以及含有贯穿所述半磁心的所述通孔的装置，用以将所述半磁心固定在一起。
8.根据权利要求7的变压器，其特征在于，所述固定装置包括一非金属的螺栓。
9.根据权利要求1的变压器，其特征在于，所述半磁心是用粘结剂粘结在一起的。
10.一种高频电源变压器，其特征在于包括第一印刷电路板和第二印刷电路板，分别形成于所述第一和第二印刷电路板上的所述变压器的印刷电路原绕组和副绕组;所述第一和第二印刷电路板被配置成使得其含有所述原绕组和副绕组的侧面彼此相背对;基本上封闭所述原绕组和副绕组的第一半磁心和第二半磁心;一种沉积在所述印刷电路原绕组和副绕组的其中一个上的电绝缘材料，用以使所述印刷电路绕组之一与所述半磁心，以及与另一个绕组电绝缘;所述第一和第二印刷电路板上形成有中心开口，这些开口相互对准;所述第一和第二半磁心具有分别穿过所述中心开口延伸而相互接触的部分，所述半磁心与所述第一和第二印刷电路固定在一起，所述原绕组和副绕组与各自的半磁心相接触，以形成所述绕组和所述半磁心之间的紧密磁耦合。
11.根据权利要求10的变压器，其特征在于，所述印刷电路绕组的所述另一个是未经绝缘的。
12.根据权利要求10的变压器，其特征在于，所述半磁心一起形成一个罐形磁心。
13.根据权利要求10的变压器，其特征在于，所述半磁心是由铁氧体组成的。
14.根据权利要求10的变压器，其特征在于，所述半磁心各有一个圆形中心通孔，以及含有贯穿所述通孔，用以将所述半磁心固定在一起的装置。
15.根据权利要求10的变压器，其特征在于，所述固定装置包括一个非金属的螺栓。
16.根据权利要求10的变压器，其特征在于，所述半磁心用粘结剂粘结在一起。
17.根据权利要求10的变压器，其特征在于，至少一个所述电路板是圆环形的。
18.根据权利要求10的变压器，其特征在于，所述第一和第二印刷电路板的第一个是圆环形的，另一个印刷电路的表面面积大于第一个，而且装有含所述变压器的电路的至少一个电气元件。
19.一种高频电源变压器，其特征在于包括第一电路板和第二电路板，分别形成于所述第一和第二电路板上的所述变压器的平面型原绕组和副绕组;所述第一和第二电路板被配置成使得其含有所述原绕组和副绕组的侧面彼此面对，所述电路板上都形成有开口，这些开口彼此对准;所述电路板的所述面对的侧面之间有一电绝缘材料的沉积层，用以使所述原绕组与所述副绕组彼此电绝缘;第一半磁心和第二半磁心;所述第一和第二半磁心具有分别贯穿所述开口，使所述第一和第二电路板固定在一起的部分，使得所述绕组和副绕组彼此处于紧密磁耦合，所述半磁心基本上封闭所述原绕组和副绕组。
全文摘要
一种电源变压器包括第一和第二电路板，这些电路板上形成有变压器的原、副绕组。为了保持绕组间的紧密磁耦合，用沉积在其中一个绕组上的一层电绝缘材料使电路板彼此绝缘，可分为两件的铁氧体磁心的相对两半贯穿电路板上形成的开口，封闭这些绕组，使磁心和绕组之间实际上不存在气隙。
文档编号H01F27/28GK1033712SQ88108329
公开日1989年7月5日 申请日期1988年12月2日 优先权日1987年12月2日
发明者乔恩·艾伦·布鲁内蒂 申请人:约翰弗兰克制造公司