一種基于pcb無芯變壓器的多路輸出隔離電源的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種隔離電源，尤其是一種基于PCB無芯變壓器的多路輸出隔離電源。
【背景技術】
[0002]在電機驅動電路中，常需要一路輸入信號同時控制多路電機，即要求電源為多路輸出隔離電源。針對該問題研究人員開展了大量的研究工作，如申請號為:201220717676.9、發明名稱為“一種多路輸出變壓器”的專利申請，通過I個繞線變壓器集中變壓后，可同時提供多路輸出電壓。但是這種繞線變壓器具有磁芯、依靠人工繞線，因此加工精度差、體積大、高頻損耗高、可靠性差。而逐漸興起的PCB無芯變壓器因其工作頻率高、可通過模板印刷代替人工繞線等特點，具有加工精度高、體積小、功耗低、可靠性好等優點，在開關電源中逐漸獲得廣泛使用。
【發明內容】
[0003]針對上述技術問題，本發明的主要目的在于提供一種基于PCB無芯變壓器的多路輸出隔離電源。通過一個PCB無芯變壓器集中變壓，為電子電路提供多個獨立的電壓。該隔離電源具有工作頻率高、體積小、成本低、輸出電壓一致性好等優點。
[0004]為了實現上述目的，本發明提供了一種基于PCB無芯變壓器的多路輸出隔離電源，其包括:
[0005]PCB無芯變壓器，包括初級線圈和多組次級線圈，每組次級線圈包括兩個次級線圈；
[0006]初級驅動電路，其與所述初級線圈相連，用于產生輸入信號源；
[0007]次級接收電路，其與所述次級線圈相連，用于輸出多路隔離電源電壓；
[0008]其中，每組次級線圈的兩個次級線圈為平面螺旋交錯式結構，且所述初級線圈與多組次級線圈形成層疊結構。
[0009]基于上述技術方案可知，本發明基于PCB無芯變壓器的多路輸出隔離電源具有如下優點:
[0010](I)工作頻率高；本發明所述的PCB無芯變壓器無磁芯，應用于高頻時，無芯變壓器減小了由磁芯引入的頻率限制，且消除了磁芯的損耗。
[0011](2)體積小；工作頻率高使得變壓器的轉換利用率提高，從而減小變壓器體積，且與傳統繞組變壓器相比，本發明直接使用I個PCB無芯變壓器并采用層疊結構，且每兩個次級線圈位于同層中，采用平面螺旋交錯式結構，進一步減小變壓器體積，提高集成度；滿足在小體積內輸出多路隔離電源的要求。
[0012](3)降低成本；本發明采用的PCB無芯變壓器可通過機械加工制作，且所有次級線圈的結構相同，可通過統一的模板生產，極大地提高了變壓器的一致性。同時機械加工代替了復雜的人工繞制線圈，生產效率高，大大降低生產成本，便于批量生產。
[0013](4)輸出電壓一致性好；本發明所述的基于PCB無芯變壓器的多通道輸出隔離電源，能夠隔離主開關電源的影響，多個次級線圈擁有各自的電源輸出回路，且以初級線圈為軸，上下對稱的次級線圈因結構相同，并與初級線圈距離一致，所以4路輸出電壓穩定一致，可以通過I路主路輸出電壓控制變壓器的輸入電壓，繼而精確控制4個輸出電壓，使其穩定一致。
【附圖說明】
[0014]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例的附圖作簡單地介紹，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一個實施例。
[0015]圖1為本發明一實施例的基于PCB無芯變壓器的多路輸出隔離電源的電路原理示意圖；
[0016]圖2a和圖2b作為本發明一實施例的PCB無芯變壓器的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0017]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明作進一步的詳細說明。
[0018]本發明公開了一種基于PCB無芯變壓器的多路輸出隔離電源，其包括PCB無芯變壓器、初級驅動電路，次級接收電路及隔離電路；所述PCB無芯變壓器為層疊式設計。
[0019]上述方案中，所述PCB無芯變壓器包括I個初級線圈，2n個結構完全相同的次級線圈，其中次級線圈分為η組，每組2個次級線圈，且位于同層并采用平面螺旋交錯式結構，所述PCB無芯變壓器為n+1層設計。其目的是，減小體積，提高集成度、降低成本、便于工藝的實現。
[0020]所述PCB無芯變壓器層疊式設計具體為:所述初級線圈位于中間層，所述多組次級線圈上下分布于所述初級線圈的兩側，每組的兩個次級線圈及其以初級線圈為軸對稱的兩個線圈因結構相同且與初級線圈距離相同，可提供相同的穩定的電壓值，因此可通過其中I路反饋精確控制4路輸出電壓，使4路電壓穩定一致。在多路輸出時可減少反饋控制電路的數量，精簡電路。
[0021]上述方案中，電路包括初級驅動電路、次級接收電路及隔離電路。所述初級驅動電路與PCB無芯變壓器的初級線圈相連，用于輸入信號源的產生；所述次級接收電路與PCB無芯變壓器的次級金屬線圈相連，用于輸出多個穩定的隔離電源電壓，各路輸出電壓是通過次級線圈的結構及次級線圈與初級線圈的距離(耦合程度)共同決定；所述次級接收電路包括多路濾波電路及反饋控制電路。其中整流濾波電路對變壓器的次級線圈的輸出信號進行整流濾波處理。其中反饋控制電路與隔離電路共同作用實現閉環反饋，從而實現輸出電壓的穩定輸出。
[0022]下面參照附圖結合具體實施例對本發明作進一步的描述，以使本領域的技術人員可以更好的理解本發明并能予以實施，但本發明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，因此所舉實例不作為對本發明的限定。
[0023]請參閱圖1，為本發明一優選實施例中提出的多路輸出隔離電源的電路原理框圖。所述多路輸出隔離電源包括:PCB無芯變壓器100和集成電路；所述集成電路包括初級驅動電路210，次級接收電路220及隔離電路230 ;所述初級驅動電路210主要用于信號源的產生，產生的信號將加載到PCB無芯變壓器100的初級線圈上102 (見圖2);所述次級接收電路220包括:多路整流濾波電路，及反饋控制電路主要用于輸出多路隔離電源，反饋控制電路與隔離電路230共同形成反饋閉環，實現輸出電壓的穩定輸出。圖中4個次級線圈S1_S4(見圖2)結構相同且與初級線圈距離一致，因此4個輸出電壓V1, V2, V3, V±—致，只需要通過I路主路反饋控制，即可精確控制4路輸出電壓，使得4路輸出電壓穩定一致。初級驅動電路210、次級接收電路220和隔離電路230都可采用集成電路工藝實現。
[0024]請參閱圖2a，為本發明優選實施例中PCB無芯變壓器的結構框圖。可以看出所述PCB無芯變壓器由I個初級線圈102(P)，4個結構完全相同的次級線圈(S1-S4)組成，其中次級線圈分為2組，分別為第一組和第二組次級線圈101、103，每組包括2個次級線圈，且所述2個次級線圈采用平面螺旋交錯式結構(即:兩個線圈都是螺旋結構，且兩個線圈交錯分布)，4個次級線圈結構相同，與初級線圈的距離相同，所以輸出電壓一致，可通過I路主路輸出負反饋電路精確控制4路輸出電壓，使4路輸出電壓穩定一致。變壓器為3層設計，從上往下:第一層為第一組次級線圈101 (Si和s2)，第二層為初級線圈102 (P)，第三層為第二組次級線圈103 (s3和s4)。所述初級線圈和次級線圈可通過合理的線寬、間距、匝數等尺寸設計以滿足實際工作的需要。金屬線圈可通過刻蝕加工而成。所述PCB無芯變壓器的金屬線圈的材料可為銅等。初級、次級線圈可以通過PCB單塊多層板或是多塊雙層板實現，即:單塊多層板時，初、次級線圈分布在同一塊板的不同層上，層與層之間絕緣；多塊雙層板時，初、次級線圈分布在不同的PCB板上，板與板之間相互絕緣。通過I個PCB無芯變壓器可得到4路輸出一致的隔離電源，簡化電路，降低成本，提高集成度。即可提高工作頻率，又滿足在小體積內輸出多路隔離電源的要求。
[0025]請參閱圖2b，可以看出，同層2個次級線圈為平面螺旋交錯式結構，進一步減少占用體積，提高集成度。且以初級線圈為軸的對稱的上下4個結構相同，與初級線圈距離一致的次級線圈輸出的電壓穩定一致。可通過I路主路輸出負反饋電路精確控制4路輸出電壓，使輸出電壓穩定一致。
[0026]以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和初級原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種基于PCB無芯變壓器的多路輸出隔離電源，其包括: PCB無芯變壓器，包括初級線圈和多組次級線圈，每組次級線圈包括兩個次級線圈； 初級驅動電路，其與所述初級線圈相連，用于產生輸入信號源； 次級接收電路，其與所述次級線圈相連，用于輸出多路隔離電源電壓； 其中，每組次級線圈的兩個次級線圈為平面螺旋交錯式結構，且所述初級線圈與多組次級線圈形成層疊結構。2.如權利要求1所述的多路輸出隔離電源，其中，所述層疊結構具體為: 所述初級線圈位于中間層，每組次級線圈上下分布于所述初級線圈的兩側。3.如權利要求1或2所述的多路輸出隔離電源，其中，所述次級接收電路包括多路整流濾波電路、反饋控制電路。4.如權利要求1或2所述的多路輸出隔離電源，其中，所述初級驅動電路和次級接收電路及隔離電路采用標準集成電路工藝實現。5.如權利要求1或2所述的多路輸出隔離電源，其中，所述初級線圈和次級線圈的材料為銅。6.如權利要求1或2所述的多路輸出隔離電源，其中，所述每組次級線圈中的兩個次級線圈及其以初級線圈為軸對稱的次級線圈的輸出電壓穩定一致。7.如權利要求2所述的多路輸出隔離電源，其中，所述每組次級線圈中的兩個次級線圈與所述初級線圈的距離相同。8.如權利要求3所述的多路輸出隔離電源，其包括兩組次級線圈，且所有次級線圈與初級線圈的距離相同。9.如權利要求8所述的多路輸出隔離電源，其包括I路所述反饋控制電路和4路輸出電壓，且4路輸出電壓穩定一致。
【專利摘要】本發明公開了一種基于PCB無芯變壓器的多路輸出隔離電源，其包括：PCB無芯變壓器，包括初級線圈和多組次級線圈，每組次級線圈包括兩個次級線圈；初級驅動電路，其與所述初級線圈相連，用于產生輸入信號源；次級接收電路，其與所述次級線圈相連，用于輸出多路隔離電源電壓；其中，每組次級線圈的兩個次級線圈為平面螺旋交錯式結構，且所述初級線圈與多組次級線圈形成層疊結構。本發明公開的上述隔離電源具有工作頻率高、體積小、成本低、輸出電壓一致性好等優點。
【IPC分類】H02M5/10
【公開號】CN105186885
【申請號】CN201510572401
【發明人】張峰, 許洪偉, 馬春宇, 屈操
【申請人】中國科學院自動化研究所
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年9月10日