【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力电子，特别是涉及一种pcb变压器及设计方法、dc/dc变换器、电源模块。
技术介绍
1、伴随着电子设备的小型化，传统绕线式变压器已经无法满足现代电子设备的需求，因此小型化的平面变压器开始广泛应用于中小功率隔离式电源模块中，如，在航空航天、机器人、电动汽车等系统供电领域。绕组扁平化的pcb变压器具有窗口利用率高、定制化程度高、一致性及可靠性较好且散热面积较大、能够适应较大的电流密度且温升较低、制作工艺简单、生产制造成本较低等优点，在平面变压器应用中使用广泛。
2、pcb变压器在不同频率下的工作特性是设计和选择时需要考虑的重要因素。对于低频条件下的pcb变压器，其设计通常较为简单，因为寄生参数(如，漏感、电阻和电容)的影响相对较小，可以被忽略；然而，当pcb变压器应用于高频条件下时，这些寄生参数的影响就变得不可忽视，可能会对电路稳定性、元器件耐压能力及使用寿命产生严重影响。
3、现有的pcb变压器一般采用单匝铜带绕制，在高频条件下，绕组的趋肤效应和临近效应会导致其有效导通面积减小，交流阻抗增大，涡流损耗增大，从而使变压器效率降低，发热变化严重；另外，由于原、副边绕制方式采用平板结构，会产生较大的寄生电容，从而容易引起尖峰电压及共模噪声等高频干扰信号，影响电路稳定性。鉴于此，如何设计pcb变压器以保证其在高频条件下的工作特性，对于电路设计和优化至关重要。
4、应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本专利技术的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不
技术实现思路
1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种pcb变压器及设计方法、dc/dc变换器、电源模块，用于解决现有单匝铜制pcb变压器存在受趋肤效应和临近效应影响大、原副边寄生电容及漏感大的问题。
2、为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种pcb变压器的设计方法，所述设计方法包括：
3、基于磁芯的窗口尺寸确定单匝绕组宽度；
4、基于所述pcb变压器的中心频率及选定绕组材料的电磁参数确定支路绕组宽度，并基于所述单匝绕组宽度及所述支路绕组宽度确定单匝支路个数；
5、基于所述pcb变压器的类型及所述单匝支路个数确定原边单匝支路绕组的个数及副边单匝支路绕组的个数，并以此确定原边单匝绕组中各所述原边单匝支路绕组与副边单匝绕组中各所述副边单匝支路绕组的横向交错方式，及基于所述pcb变压器的原副边匝差确定原边绕组中各所述原边单匝绕组与副边绕组中各所述副边单匝绕组的纵向交错方式；
6、以所述原边单匝支路绕组的个数及所述副边单匝支路绕组的个数为依据分别对所述原边单匝绕组及所述副边单匝绕组进行支路绕组并联设计，及基于纵向交错方式及横向交错方式对各所述原边单匝绕组及各所述副边单匝绕组进行交错设计，并以此得到pcb绕组板。
7、可选地，确定所述窗口尺寸的方法包括：基于所述pcb变压器的功率等级确定所述窗口尺寸。
8、可选地，所述设计方法还包括：基于所述pcb变压器的开关频率确定所述磁芯的材料，并以此通过所述磁芯的窗口尺寸及材料确定所述磁芯。
9、可选地，所述单匝绕组宽度满足公式w＝ww-2wr，其中，w为单匝绕组宽度，ww为窗口宽度，wr为安规宽度；当所述pcb变压器为升压变压器时，所述单匝绕组宽度为原边单匝绕组的宽度，当所述pcb变压器为降压变压器时，所述单匝绕组宽度为副边单匝绕组的宽度。
10、可选地，所述支路绕组宽度满足公式wi＝2kδ，ω＝2πf；其中，wi为支路绕组宽度，k为放缩系数，δ为趋肤深度，ρ为选定绕组材料的电阻率，σ为选定绕组材料的电导率，μ为选定绕组材料的磁导率，ω为角频率，f为pcb变压器的中心频率。
11、可选地，所述单匝支路个数满足公式当所述pcb变压器为升压变压器时，所述原边单匝支路绕组的个数满足公式np＝n，所述副边单匝支路绕组的个数满足公式ns＝np-1；当所述pcb变压器为降压变压器时，所述副边单匝支路绕组的个数满足公式ns＝n，所述原边单匝支路绕组的个数满足公式np＝ns-1；其中，n为单匝支路个数，w为单匝绕组宽度，wi为支路绕组宽度，np为原边单匝支路绕组的个数，ns为副边单匝支路绕组的个数。
12、可选地，当所述原边单匝支路绕组的个数大于所述副边单匝支路绕组的个数时，所述横向交错方式包括：在所述原边单匝绕组与所述副边单匝绕组的水平投影中，各所述副边单匝支路绕组分别位于各所述原边单匝支路绕组的间隙；当所述原边单匝支路绕组的个数小于所述副边单匝支路绕组的个数时，所述横向交错方式包括：在所述原边单匝绕组与所述副边单匝绕组的水平投影中，各所述原边单匝支路绕组分别位于各所述副边单匝支路绕组的间隙。
13、可选地，当所述原副边匝差等于-1时，所述纵向交错方式包括：采用全交错结构对各所述原边单匝绕组及各所述副边单匝绕组进行纵向交错布局，其中，采用所述副边单匝绕组作为所述全交错结构的顶层及底层；当所述原副边匝差小于-1时，所述纵向交错方式包括：采用分段交错结构对各所述原边单匝绕组及各所述副边单匝绕组进行纵向交错布局，其中，各分段均采用全交错结构；
14、当所述原副边匝差等于1时，所述纵向交错方式包括：采用全交错结构对各所述原边单匝绕组及各所述副边单匝绕组进行纵向交错布局，其中，采用所述原边单匝绕组作为所述全交错结构的顶层及底层；当所述原副边匝差大于1时，所述纵向交错方式包括：采用分段交错结构对各所述原边单匝绕组及各所述副边单匝绕组进行纵向交错布局，其中，各分段均采用全交错结构。
15、可选地，采用分段交错结构进行纵向交错布局的方法包括：确定分段个数，基于所述分段个数将各所述原边单匝绕组及各所述副边单匝绕组分成多段并采用全交错结构对每段中的各所述原边单匝绕组及各所述副边单匝绕组进行纵向交错布局；其中，所述分段个数满足公式m＝max(np,ns)-min(np,ns)，m为分段个数，max(np,ns)为np和ns中的最大值，min(np,ns)为np和ns中的最小值，np为原边单匝绕组的个数，ns为副边单匝绕组的个数。
16、可选地，所述全交错结构中，当所述原副边匝差小于0时，在所述原边绕组与所述副边绕组的垂直投影中，各所述原边单匝绕组分别位于各所述副边单匝绕组的间隙，当所述原副边匝差大于0时，在所述原边绕组与所述副边绕组的垂直投影中，各所述副边单匝绕组分别位于各所述原边单匝绕组的间隙。
17、本专利技术还提供一种pcb变压器，所述pcb变压器包括：
18、磁芯及pcb绕组板；
19、所述磁芯包括第一磁芯体及第二磁芯体，二者通过柱体相对设置并形成窗口，所述柱体包括边缘柱及中心柱；
20、所述pcb绕组板通过所述中心柱固定在所述窗口中；
21、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种PCB变压器的设计方法，其特征在于，所述设计方法包括：
2.根据权利要求1所述的PCB变压器的设计方法，其特征在于，确定所述窗口尺寸的方法包括：基于所述PCB变压器的功率等级确定所述窗口尺寸。
3.根据权利要求2所述的PCB变压器的设计方法，其特征在于，所述设计方法还包括：基于所述PCB变压器的开关频率确定所述磁芯的材料，并以此通过所述磁芯的窗口尺寸及材料确定所述磁芯。
4.根据权利要求1所述的PCB变压器的设计方法，其特征在于，所述单匝绕组宽度满足公式W＝WW-2WR，其中，W为单匝绕组宽度，WW为窗口宽度，WR为安规宽度；当所述PCB变压器为升压变压器时，所述单匝绕组宽度为原边单匝绕组的宽度，当所述PCB变压器为降压变压器时，所述单匝绕组宽度为副边单匝绕组的宽度。
5.根据权利要求1所述的PCB变压器的设计方法，其特征在于，所述支路绕组宽度满足公式wi＝2kδ，ω＝2πf；其中，wi为支路绕组宽度，k为放缩系数，δ为趋肤深度，ρ为选定绕组材料的电阻率，σ为选定绕组材料的电导率，μ为选定绕组材料的磁导率，ω为角频率，f为P
6.根据权利要求1所述的PCB变压器的设计方法，其特征在于，所述单匝支路个数满足公式当所述PCB变压器为升压变压器时，所述原边单匝支路绕组的个数满足公式np＝n，所述副边单匝支路绕组的个数满足公式ns＝np-1；当所述PCB变压器为降压变压器时，所述副边单匝支路绕组的个数满足公式ns＝n，所述原边单匝支路绕组的个数满足公式np＝ns-1；其中，n为单匝支路个数，W为单匝绕组宽度，wi为支路绕组宽度，np为原边单匝支路绕组的个数，ns为副边单匝支路绕组的个数。
7.根据权利要求1所述的PCB变压器的设计方法，其特征在于，当所述原边单匝支路绕组的个数大于所述副边单匝支路绕组的个数时，所述横向交错方式包括：在所述原边单匝绕组与所述副边单匝绕组的水平投影中，各所述副边单匝支路绕组分别位于各所述原边单匝支路绕组的间隙；当所述原边单匝支路绕组的个数小于所述副边单匝支路绕组的个数时，所述横向交错方式包括：在所述原边单匝绕组与所述副边单匝绕组的水平投影中，各所述原边单匝支路绕组分别位于各所述副边单匝支路绕组的间隙。
8.根据权利要求1所述的PCB变压器的设计方法，其特征在于，当所述原副边匝差等于-1时，所述纵向交错方式包括：采用全交错结构对各所述原边单匝绕组及各所述副边单匝绕组进行纵向交错布局，其中，采用所述副边单匝绕组作为所述全交错结构的顶层及底层；当所述原副边匝差小于-1时，所述纵向交错方式包括：采用分段交错结构对各所述原边单匝绕组及各所述副边单匝绕组进行纵向交错布局，其中，各分段均采用全交错结构；
9.根据权利要求8所述的PCB变压器的设计方法，其特征在于，采用分段交错结构进行纵向交错布局的方法包括：确定分段个数，基于所述分段个数将各所述原边单匝绕组及各所述副边单匝绕组分成多段并采用全交错结构对每段中的各所述原边单匝绕组及各所述副边单匝绕组进行纵向交错布局；其中，所述分段个数满足公式
10.根据权利要求8或9所述的PCB变压器的设计方法，其特征在于，所述全交错结构中，当所述原副边匝差小于0时，在所述原边绕组与所述副边绕组的垂直投影中，各所述原边单匝绕组分别位于各所述副边单匝绕组的间隙，当所述原副边匝差大于0时，在所述原边绕组与所述副边绕组的垂直投影中，各所述副边单匝绕组分别位于各所述原边单匝绕组的间隙。
11.一种PCB变压器，其特征在于，所述PCB变压器包括：
12.一种DC/DC变换器，其特征在于，所述DC/DC变换器包括：如权利要求11所述的PCB变压器。
13.一种电源模块，其特征在于，所述电源模块包括：如权利要求12所述的DC/DC变换器。
...【技术特征摘要】
1.一种pcb变压器的设计方法，其特征在于，所述设计方法包括：
2.根据权利要求1所述的pcb变压器的设计方法，其特征在于，确定所述窗口尺寸的方法包括：基于所述pcb变压器的功率等级确定所述窗口尺寸。
3.根据权利要求2所述的pcb变压器的设计方法，其特征在于，所述设计方法还包括：基于所述pcb变压器的开关频率确定所述磁芯的材料，并以此通过所述磁芯的窗口尺寸及材料确定所述磁芯。
4.根据权利要求1所述的pcb变压器的设计方法，其特征在于，所述单匝绕组宽度满足公式w＝ww-2wr，其中，w为单匝绕组宽度，ww为窗口宽度，wr为安规宽度；当所述pcb变压器为升压变压器时，所述单匝绕组宽度为原边单匝绕组的宽度，当所述pcb变压器为降压变压器时，所述单匝绕组宽度为副边单匝绕组的宽度。
5.根据权利要求1所述的pcb变压器的设计方法，其特征在于，所述支路绕组宽度满足公式wi＝2kδ，ω＝2πf；其中，wi为支路绕组宽度，k为放缩系数，δ为趋肤深度，ρ为选定绕组材料的电阻率，σ为选定绕组材料的电导率，μ为选定绕组材料的磁导率，ω为角频率，f为pcb变压器的中心频率。
6.根据权利要求1所述的pcb变压器的设计方法，其特征在于，所述单匝支路个数满足公式当所述pcb变压器为升压变压器时，所述原边单匝支路绕组的个数满足公式np＝n，所述副边单匝支路绕组的个数满足公式ns＝np-1；当所述pcb变压器为降压变压器时，所述副边单匝支路绕组的个数满足公式ns＝n，所述原边单匝支路绕组的个数满足公式np＝ns-1；其中，n为单匝支路个数，w为单匝绕组宽度，wi为支路绕组宽度，np为原边单匝支路绕组的个数，ns为副边单匝支路绕组的个数。
7.根据权利要求1所述的pcb变压器的设计方法，其特征在于，当所述原边单匝支路绕组的个数大于所述副边单匝支路绕组的个数时，所述横向交错方式包...
【专利技术属性】
技术研发人员：巴得俊，王弈赫，牛雨欣，吕晓峰，郁发新，陈昕冉，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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