[发明专利]一种平面变压器及有源电路

说明书

本申请提供一种平面变压器及一种有源电路，可应用于5G移动通信技术、云计算等领域的电信设备和通信电源。平面变压器，包括绕组结构和磁芯结构，绕组结构包括原边绕组和副边绕组，磁芯结构包括第一磁体部、第二磁体部和多个磁柱，多个磁柱位于第一磁体部和第二磁体部之间，原边绕组围绕多个磁柱的其中M个磁柱进行绕制，M为正整数、且M≥3，在M个磁柱中，至少有一个磁柱的横截面积与其它磁柱的横截面积不相同。该平面变压器，能够以较少的绕组匝数实现分数变压比，通过减少变压器绕组的匝数，有效降低变压器的损耗。

技术领域

本申请涉及电路领域，尤其涉及一种平面变压器及有源电路。

背景技术

平面变压器，利用多层PCB内部的铜箔走线作为绕组，具有绕组设计灵活、组装简单、功率密度高等优点；电信设备中使用的直流变换电源，大部分以板装模块电源的形式设计，其变压器以平面变压器形式设计为主。

平面变压器的绕组设计中，维持多层PCB的层数和每层铜箔铜厚不变的情况下，降低变压器的损耗一般存在如下几种解决手段。一、优化平面变压器的绕组叠层，降低绕组叠层的涡流损耗；二、优化平面变压器的绕组端头走线，降低端头损耗；三、减少变压器的原副边的匝数，降低绕组的导通损耗。在上述三种降低损耗的方案中，前两种解决手段是通用手段，在设计平面变压器时都会采用，但是只能在一定程度上降低损耗。第三种解决手段使用起来简单，但是存在有局限性。

具体来说，变压器一般包括原边绕组和副边绕组，其中，变压比K＝原边绕组匝数Np/副边绕组匝数Ns，K0。在设计变压器时，根据输入输出电压的要求，变压比K选择不同的值，即，在设计变压器时，K值是由设计需求确定的。基于K值，在选择绕组的匝数时，原边绕组的匝数Np和副边绕组的匝数Ns的选择是多样的。例如：设计一个Np/Ns＝2.5的变压器，在满足磁芯不饱和的前提下，Np和Ns有多种组合，例如Np＝20、Ns＝8，或者Np＝10、Ns＝4，或者Np＝5、Ns＝2。为了降低变压器的损耗，常规的变压器绕组的设计，通常会选择较小的Np、Ns，如上面K＝2.5的变压器设计，在满足磁芯不饱和的前提下，会选择Np＝5，Ns＝2的绕组方案。传统变压器设计的缺点是，一旦原边绕组匝数Np和副边绕组匝数Ns，简化到无公约数，则Np和Ns就没有办法进一步较小；这制约了变压器损耗的进一步减小。另外，变压器损耗高会导致在电源功率增加时、电源热耗密度增大，从而需要高功率电源满足散热要求，从而制约电源功率密度的提升。

发明内容

本申请实施例提供了一种平面变压器，能够有效减少变压器的绕组匝数、降低变压器的绕组损耗，提升变压器的效率。

第一方面，本申请提供一种平面变压器，包括绕组结构和磁芯结构，绕组结构包括原边绕组和副边绕组，磁芯结构包括第一磁体部、第二磁体部和多个磁柱，多个磁柱位于第一磁体部和第二磁体部之间，其中，原边绕组围绕多个磁柱中的M个磁柱进行绕制，M为正整数、且M≥3，在M个磁柱中，至少有一个磁柱的横截面积与其它磁柱的横截面积不相同。

该种结构的平面变压器，通过改变磁柱的大小，使得至少一个磁柱的横截面积与其它磁柱的横截面积不相同，从而在绕组围绕磁柱进行绕制时，形成部分磁通抵消，进一步的可以获得分数变压比；与获得相同分数变压比的传统变压器相比，能够有效减少副边绕组的匝数，从而有利于降低变压器绕组的直流电阻和交流电阻(DCR/ACR)，可以有效提高平面变压器的转换效率。将平面变压器应用于电源时，能够有效提高电源的高功率密度、改善电源的热性能。

根据第一方面，在所述变压器第一种可能的实现方式中，原边绕组围绕所述M个磁柱进行串联、或者串并联绕制；其中，串并联绕制，指的是原边绕组绕X个磁柱串联以及绕M-X个磁柱并联，其中X为小于M值的正整数。