大功率平面变压器及电子设备

文档序号:193624 发布日期:2021-11-02 浏览:44次 >En<

阅读说明:本技术 大功率平面变压器及电子设备 (High-power planar transformer and electronic equipment ) 是由 孙春阳 王猛 柳教成 于 2021-09-28 设计创作,主要内容包括:本发明涉及大功率平面变压器及电子设备,大功率平面变压器包括:电路板、第一磁芯和第二磁芯;电路板的第一面上设置有绕组区,绕组区开设有至少两个通孔,绕组区设置有第一绕组和第二绕组,第一绕组绕设于一通孔的外侧,第二绕组绕设于另一通孔的外侧,第一绕组和第二绕组耦合,第一磁芯穿过各通孔与第二磁芯连接;电路板的第二面上设置有导热PI层,导热PI层内设置相变空腔,相变空腔内设置有相变材料,导热PI层抵接于第一磁芯、第二磁芯。通过在电路板的第二面设置导热PI层,将电路板的热量吸收并且散发,导热PI层的相变空腔内设置的相变材料能够吸收热量后进行相变,提高散热效率。(The invention relates to a high-power planar transformer and an electronic device, the high-power planar transformer comprises: a circuit board, a first magnetic core and a second magnetic core; a winding area is arranged on the first surface of the circuit board, at least two through holes are formed in the winding area, a first winding and a second winding are arranged in the winding area, the first winding is wound on the outer side of one through hole, the second winding is wound on the outer side of the other through hole, the first winding is coupled with the second winding, and the first magnetic core penetrates through the through holes and is connected with the second magnetic core; the second surface of the circuit board is provided with a heat conduction PI layer, a phase change cavity is formed in the heat conduction PI layer, phase change materials are arranged in the phase change cavity, and the heat conduction PI layer is abutted to the first magnetic core and the second magnetic core. Through setting up heat conduction PI layer at the second face of circuit board, absorb the heat of circuit board and give off, the phase change material that sets up in the phase change cavity on heat conduction PI layer carries out the phase change after can absorbing the heat, improves the radiating efficiency.)

大功率平面变压器及电子设备

技术领域

本发明涉及变压器技术领域,特别是涉及一种大功率平面变压器及电子设备。

背景技术

平面变压器为将绕组设置在电路板上,以实现绕组平面化的变压器,其具有体积小、高频、高度小的优点。

随着信息技术的不断发展,移动终端也随之朝着小型化、便捷化的方向发展,移动终端的电子配件也随之小型化。比如,移动终端的充电器也往着小型化的方向发展,为了使得充电器体积减小,充电器内置的变压器需要更小的体积,因此,平面变压器也因此得到广泛应用。

为了使得充电器能够对手机等移动终端进行快充,需要增大变压器的功率。然而,增大功率,意味着更大的发热量。

平面变压器与传统的变压器不同,由于平面变压器的绕组线圈通过印刷形成在电路板上的,其线路密度大,线圈相当于位于同一平面上,不利于散热,此外,线圈与电路板上的其他元件位置接近,导致热量过于集中,因此,传统的平面变压器存在散热效果不佳的问题。而对于大功率的平面变压器而言,如何提高散热效率,是目前急需解决的。

发明内容

基于此,有必要提供一种大功率平面变压器及电子设备。

一种大功率平面变压器,包括:电路板、第一磁芯和第二磁芯;

所述电路板的第一面上设置有绕组区,所述绕组区开设有至少两个通孔,所述绕组区设置有第一绕组和第二绕组,所述第一绕组绕设于一所述通孔的外侧,所述第二绕组绕设于另一所述通孔的外侧,所述第一绕组和所述第二绕组耦合,所述第一磁芯和所述第二磁芯分别设置于所述电路板的两侧,且所述第一磁芯穿过各所述通孔与所述第二磁芯连接;

所述电路板的第二面上设置有导热PI层,所述导热PI层内设置相变空腔,所述相变空腔内设置有相变材料,所述导热PI层抵接于所述第一磁芯和/或所述第二磁芯。

在其中一个实施例中,所述导热PI层在所述电路板的第一面上的投影至少部分与所述绕组区重合。

在其中一个实施例中,所述导热PI层在所述电路板的第一面上的投影全部位于所述绕组区内。

在其中一个实施例中,所述导热PI层在所述电路板的第一面上的投影至少部分与所述绕组区重合,且所述导热PI层在所述电路板的第一面上的投影至少部分与所述绕组区错开。

在其中一个实施例中,所述相变材料的体积占所述相变空腔的容积的比例为85%至90%。

在其中一个实施例中,所述相变空腔的侧壁至少部分设置为波浪形。

在其中一个实施例中,所述相变空腔的靠近所述电路板的一侧的侧壁设置为波浪形,所述相变空腔的远离所述电路板的一侧的侧壁设置为蜂窝形。

在其中一个实施例中,所述导热PI层包括主导热部和偏导热部,所述主导热部与所述偏导热部连接,所述主导热部在所述电路板的第一面上的投影至少部分与所述绕组区重合,所述主导热部在所述电路板的第一面上的投影与所述绕组区错开,所述相变空腔设置于所述主导热部内,所述偏导热部内设置引导腔,所述相变空腔通过一相变通道与所述引导腔部连通。

在其中一个实施例中,所述相变通道的宽度由靠近所述相变空腔的一端至靠近所述引导腔的一端逐渐减小。

一种电子设备,包括上述任一实施例中所述的大功率平面变压器。

本发明的有益效果是:通过在电路板的第二面设置导热PI层,将电路板的热量吸收并且散发,此外,导热PI层的相变空腔内设置的相变材料能够吸收热量后进行相变,进一步提高散热效率。

附图说明

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,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为一实施例的大功率平面变压器的立体分解结构示意图;

图2为一实施例的大功率平面变压器的导热PI层的局部剖面结构示意图;

图3为一实施例的电路板与导热PI层的局部剖面结构示意图;

图4为另一实施例的电路板与导热PI层的局部剖面结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。

如图1至图2所示,其为本发明一实施例的大功率平面变压器10,包括:电路板100、第一磁芯210和第二磁芯220;所述电路板100的第一面110上设置有绕组区150,所述绕组区150开设有至少两个通孔,所述绕组区150设置有第一绕组和第二绕组,所述第一绕组绕设于一所述通孔的外侧,所述第二绕组绕设于另一所述通孔的外侧,所述第一绕组和所述第二绕组耦合,所述第一磁芯210和所述第二磁芯220分别设置于所述电路板100的两侧,且所述第一磁芯210穿过各所述通孔与所述第二磁芯220连接;所述电路板100的第二面120上设置有导热PI层300,所述导热PI层300内设置相变空腔301,所述相变空腔301内设置有相变材料400,所述导热PI层300抵接于所述第一磁芯210和/或所述第二磁芯220,其中,所述电路板100的第二面120与第一面110相背设置。

本实施例中,电路板100的第一面110印刷形成第一绕组、第二绕组以及电路板100上的电路,第一绕组和第二绕组通过电路板100上的电路与电路板100上的电气元件电连接。该第一绕组也可以称为第一线圈,第二绕组也可以称为第二线圈。该电路板100可以是单层板,也可以是多层板,一个实施例中,电路板100包括多层的电路子板,每一电路子板上设置有一第一子线圈,各电路子板上分别开设有第一过孔,第一过孔内镀铜,使得不同电路子板上的第一子线圈相互连接形成第一绕组,每一电路子板上设置有一第二子线圈,各电路子板上分别开设有第二过孔,第二过孔内镀铜,使得不同电路子板上的第二子线圈相互连接形成第二绕组,因此,本实施例中的电路板100可根据所需的变压比设置不同匝数的第一绕组和第二绕组。

本实施例中,第一磁芯210和第二磁芯220可以设置为E型磁芯,第一磁芯210和第二磁芯220可以设置为一个为E型,另一个设置为I型。本实施例中,第一磁芯210为E型,第二磁芯220为I型,绕组区150开设有第一通孔101、第二通孔102以及第三通孔103,第一磁芯210的一端朝向第二磁芯220凸起设置有第一连接部211,第一磁芯210的另一端朝向第二磁芯220凸起设置有第三连接部213,第一磁芯210的中朝向第二磁芯220凸起设置有第二连接部212,第一磁芯210的第一连接部211穿过第一通孔101与第二磁芯220连接,第一磁芯210的第二连接部212穿过第二通孔102与第二磁芯220连接,第一磁芯210的第三连接部213穿过第三通孔103与第二磁芯220连接,本实施例中,第一连接部211、第二连接部212以及第三连接部213通过黏胶与第二磁芯220连接,第一绕组绕设于第一通孔101的外侧,第二绕组绕设于第三通孔103的外侧,从而使得第一绕组和第二绕组能够绕磁芯设置,并且使得第一绕组和第二绕组耦合。

本实施例中,电路板100的第二面设置的导热PI(Polyimide,聚酰亚胺)层,导热PI层300包覆在相变材料的外侧,导热PI层300的材质为PI,导热PI层300具有较佳的热导率,能够将电路板100的热量快速吸收,传导至外部,并且导热PI层300内设置相变空腔301,相变空腔301内容纳的相变材料400能够随温度的升高,并在达到相变温度后改变形态,从而起到很好地吸热作用,从而使得电路板100上绕组区150的热量能够快速地被吸收,并且散发。

本实施例中,由于导热PI层300设置于电路板100的第二面,使得导热PI层300能够从电路板100上设置绕组区150的背面将热量引导,导热PI层300具有绝缘特性,能够有效避免由于设置导热材料而导致的短路,此外,导热PI层300抵接于所述第一磁芯210和/或所述第二磁芯220,能够进一步将热量传导,本实施例中,第一磁芯210设置于电路板100的第一面,第二磁芯220设置于电路板100的第二面,第一连接部211、第二连接部212以及第三连接部213分别有第一通孔101、第二通孔102以及第三通孔103穿过与位于电路板100的第二面的第二磁芯220连接,导热PI层300位于第二磁芯220与电路板100的第二面之间,导热PI层300抵接于第一磁芯210的第一连接部211、第二连接部212以及第三连接部213,并且导热PI层300抵接于第二磁芯220,使得导热PI层300能够更好地将热量传导。

应该理解的是,当变压器停止工作后,温度下降,相变空腔301内的相变材料400下降至相变温度后恢复至原有形态,使得变压器的下一次工作时,能够更好地吸收热量。

由于绕组区150内的线圈绕组的线路较为密集,导致热量较为集中,并且温度较高,因此,为了更好地对电路板100散热,在其中一个实施例中,所述导热PI层300在所述电路板100的第一面上的投影至少部分与所述绕组区150重合。

本实施例中,导热PI层300在电路板100上的位置与绕组区150的位置对应,由于绕组区150的发热量较大,因此,导热PI层300与绕组区150至少部分重合,能够更好地传导电路板100上绕组区150的热量,起到高效的散热作用。

在其中一个实施例中,所述导热PI层300在所述电路板100的第一面上的投影全部位于所述绕组区150内。本实施例中,导热PI层300完全与绕组区150完全重合,一个实施例中,导热IP层在电路板100的第一面上的投影与绕组区150的形状相同,并且面积相等,这样,使得导热PI层300能够更为充分地吸收电路板100的绕组区150的热量。

在其中一个实施例中,所述导热PI层300在所述电路板100的第一面上的投影至少部分与所述绕组区150重合,且所述导热PI层300在所述电路板100的第一面上的投影至少部分与所述绕组区150错开。

本实施例中,导热PI层300的部分位于绕组区150内,部分位于绕组区150外,位于绕组区150内的部分吸收绕组区150的热量,通过位于绕组区150外的部分将热量散发。应该理解的是,该相变材料400在低于相变温度的情况下为固体形态,受热达到相变温度后,变为液体,并且在相变过程中吸热,由于导热PI层300不问位于绕组区150的外侧,并且相变空腔301随着导热PI层300延伸至绕组区150的外侧,使得相变为液体的相变材料400流动至绕组区150外的部分的相变空腔301时,能够将热量带走,从而起到更好地导热作用。

此外,由于相变材料400由固体相变为液体,使得相变材料400能够在相变空腔301内流动,使得相变材料400在相变空腔301内的质量分布更均匀,这样,有利于热量更为均匀地散发。

为了进一步提高散热效率,使得散热效果更佳,一个实施例中,导热PI层300在所述电路板100的第一面上的投影完全覆盖所述绕组区150内,并且导热PI层300在所述电路板100的第一面上的投影至少部分位于绕组区150外,这样,不仅能够使得导热PI层300充分吸收绕组区150的热量,还能够将热量引导至绕组区150的外侧,有利于热量的进一步扩散。

为了使得相变材料400能够在相变空腔301内相变,在其中一个实施例中,所述相变材料400的体积占所述相变空腔301的容积的比例为85%至90%。本实施例中,相变材料400在相变空腔301内的体积占比较大,有利于相变材料400能够充分地与相变空腔301的侧壁接触,有利于热量的传导,此外,相变材料400未完全填充导热PI层300,能够为相变材料400的相变提供空间。各实施例中,相变材料400的在固态时形状为粉体或者块状,因此,相变材料也可以称为相变粉体或者相变层。应该理解的是,相变材料400由固体相变为液体或者由液体相变为固体,其体积将产生变化,通过将相变材料400的体积设置为占所述相变空腔301的容积的比例为85%至90%,不仅能够使得相变材料400在相变前后都能够充分与相变空腔301的侧壁接触,提高热传导效率,此外,还能够为相变材料400的相变提供冗余空间。应该理解的是,由于相变空腔301设置为密封腔,相变材料400在相变过程中将导致体积变化,从而导致相变空腔301内的气压变化,由于导热PI层300的材质为PI,具有柔性和弹性,因此,可在相变材料400的相变过程中产生局部形变,以适应相变空腔301受气压影响的体积变化。

在其中一个实施例中,如图3所示,所述相变空腔301的侧壁至少部分设置为波浪形。本实施例中,通过将相变空腔301的侧壁设置为波浪形,有利于增加相变材料400与相变空气的侧壁的接触面积,有利于热量的传导。

在一个实施例中,请再次参见图3,相变空腔301的侧壁设置为波纹状,本实施例中,相变空腔301的侧壁设置两个波纹状结构,波纹状结构的截面形状为波浪形,波纹状结构以第一绕组的几何中心为圆心呈圆形波纹设置,另一波纹状结构以第二绕组的几何中心为圆心呈圆形波纹设置,并且波纹结构310的波谷311的位置与第一绕组的线圈151的位置对应,波纹结构310的波峰312的位置与第一绕组的线圈之间的间隙152对应,这样,由于波谷311能够容纳更多的相变材料400,有利于吸收更多的热量,并且设置波谷311能够使得相变材料400更为靠近电路板100的第一面,有利于更好地吸热,而线圈151之间的间隙152对应的波峰312,能够使得相变材料400相变为液体后,分布更为均匀。

在其中一个实施例中,所述相变空腔301的靠近所述电路板100的一侧的侧壁设置为波浪形,所述相变空腔301的远离所述电路板100的一侧的侧壁设置为蜂窝形。

本实施例中,相变空腔301的一侧的侧壁设置为波纹状,其截面形状为波浪形,而相变空腔301的另一侧的侧壁为蜂窝状,本实施例中,相变空腔301的远离所述电路板100的一侧的侧壁设置多个蜂窝槽304,从而形成蜂窝形结构。这样,有利于增加相变材料400与相变空腔301固定两侧的侧壁的接触面积,有利于散热。

在一个实施例中,相变材料400为烷烃脂,烷烃脂在吸收过程中,由固体相变为液体,在此过程中,能够大量吸收热量,起到很好地散热效果。在一个实施例中,相变材料400为石蜡,石蜡在吸收过程中,由固体相变为液体,在此过程中,能够大量吸收热量,起到很好地散热效果。在其他的一些实施例中,相变材料还可以是其他的现有技术中的相变材料,本实施例中不一一赘述。

在其中一个实施例中,如图4所示,所述导热PI层300包括主导热部320和偏导热部330,所述主导热部320与所述偏导热部330连接,所述主导热部320在所述电路板100的第一面上的投影至少部分与所述绕组区150重合,所述主导热部320在所述电路板100的第一面上的投影与所述绕组区150错开,所述相变空腔301设置于所述主导热部320内,所述偏导热部330内设置引导腔331,所述相变空腔301通过一相变通道302与所述引导腔331部连通。

本实施例中,主导热部320的投影位于绕组区150的内侧,这样,有利于充分吸收绕组区150的密集的线圈151的热量,而偏导热部330的投影位于绕组区150的外侧,有利于将主导热部320的热量传导,并且散发至外侧,此外,偏导热部330位于第一磁芯210以及第二磁芯220的外侧,这样更为有利于热量的散发。此外,相变空腔301内的相变材料400受热相变为液体后,将沿着相变通道302流通至引导腔331,有利于热量的扩散,使得散热效果更佳。

在其中一个实施例中,所述相变通道302的宽度由靠近所述相变空腔301的一端至靠近所述引导腔331的一端逐渐减小。

本实施例中,由于相变通道302的靠近相变空腔301的一端的宽度较大,而靠近引导腔331的一端的宽度较小,有利于液态的相变材料400由相变空腔301流通至引导腔331,有利于热量的扩散,并且引导腔331内的液态的相变材料400不易进入相变空腔301,而当变压器停止工作,温度逐渐下降的过程中,可以减少相变材料400回流至相变空腔301,使得引导腔331内的相变材料400更多。而在变压器再次工作,温度再次上升过程中,相变空腔301内的相变材料400获得的热量较多,首先相变为液态,并且由相变通道302流通至引导腔331,引导腔331内的相变材料400吸收由相变空腔301进入的液态相变材料400的热量后,也随之相变为液态,使得引导腔331内的相变材料400也能够吸收热量,并且随着变压器工作时间的增加,相变空腔301和引导腔331内的相变材料400是逐渐相变为液态,使得热量的吸收能够随时间的递增而分布,从而使得散热更为持久,散热效果更佳。

在一个实施例中,平面变压器还包括金属散热片,相变空腔301位于绕组区外的一端的侧壁开设有插孔,金属散热片至少部分插设于插孔内,且金属散热片与插孔的侧壁连接,以密封所述插孔。本实施例中,金属导热片与导热PI层连接,通过设置金属导热片,将导热PI层的热量引导至外部,使得散热效果更佳。此外,通过将插孔密封,使得相变空腔内的相变材料能够与金属散热片接触,进一步有利于热量的散发。该金属散热片的材质为金属,金属具有很高的热导率,能够高效地将热量散发至外部,一个实施例中,该金属散热片的材质为铝合金、铜、不锈钢中的至少一种。本实施例中,由于金属散热片连接于导热PI层的外侧,使得金属散热片能够远离电路板上的绕组区,也能够远离电路板上的电气元件,有效避免金属散热片的接触而导致的短路。

在一个实施例中,提供一种电子设备,包括上述任一实施例中所述的大功率平面变压器。

上述实施例中,通过在电路板的第二面设置导热PI层,将电路板的热量吸收并且散发,导热PI层的相变空腔内设置的相变材料能够吸收热量后进行相变,进一步提高散热效率,避免平面变压器工作时温度过高,使得电子设备工作更为稳定,更为安全。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

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