ТРАНСФОРМАТОР Российский патент 1994 года по МПК H01F17/04 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к конструированию элементов радиоэлектронной аппаратуры, и может быть использовано при проектировании и изготовлении миниатюрных трансформаторов.

Известен трансформатор, содержащий индуктивно связанные обмотки, выполненные на печатной плате в виде плоских спиралей, и ферромагнитный сердечник Ш-образного типа, центральный и боковые стержни которого охвачены плоскими спиралями, расположенными на различных слоях печатной платы [1] .

Недостатками известного трансформатора являются ограниченная область применения, обусловленная невозможностью создания в такой конструкции большого числа обмоток, а также ограничение рабочей области частот из-за наличия значительных межвитковых емкостей.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является трансформатор, содержащий индуктивно связанные обмотки, выполненные на печатной плате в виде плоских спиралей, и ферромагнитный сердечник, соосно расположенный с плоскими спиралями. Сердечник трансформатора имеет горшкообразную форму и имеет центральный стержень, который охватывается плоскими спиралями, расположенными на нескольких слоях печатной платы [2] .

Такому трансформатору также присущи отмеченные недостатки.

Цель изобретения - расширение области применения за счет обеспечения возможности увеличения числа обмоток и расширение частотного диапазона за счет уменьшения межвитковых емкостей.

Указанная цель достигается в трансформаторе, содержащем индуктивно связанные обмотки, выполненные на печатной плате в виде плоских спиралей, и ферромагнитный сердечник, соосно расположенный с плоскими спиралями, тем, что, печатная плата выполнена в виде гибкой ленты, разбитой по секциям, в которых расположены n-заходные плоские спирали (n= 1,2,3, . . . , ) в центре n-заходных спиралей выполнены отверстия, по краю которых на печатной плате расположены внутренние контактные площадки с переходными металлизированными отверстиями, соединенные с внутренними витками n-заходный спиралей, внешние витки соответствующих n-заходных спиралей подключены к внешним контактным площадкам с выполненными в них металлизированными отверстиями, n-заходные спирали соединены в m(m≥n) последовательных электрически разобщенных между собой цепочек, образующих обмотки трансформатора, выводами которых являются соответствующие внешние контактные площадки, гибкая лента сложена зигзагообразно по секциям с совпадением центров отверстий, в образованном сквозном отверстии, соосном со всеми n-заходными спиралями, расположен центральный стержень ферромагнитного сердечника.

На фиг. 1 изображены однозаходные плоские (а, б), двухзаходные (в, г) и четырехзаходные (д, е) спирали; на фиг. 2 и 3 - слои печатной платы с пятью секциями; на фиг. 6 - трансформатор в собранном состоянии; на фиг. 7 - электрические схемы трансформаторов с тремя (а) и четырьмя (б) обмотками.

Обмотки трансформатора выполнены на печатной плате в виде плоских спиралей 1 и 2, расположенных с двух сторон гибкой ленты 3 (см. фиг. 1 - 5). В центре каждой спирали выполнено сквозное отверстие 4. Центры спиралей помечены крестиком.

Плоские спирали выполнены n-заходными (n= 1,2,3, . . . , ). Число n показывает сколько независимых (электрически разобщенных) одна от другой спиралей вложены одна в другую. При этом такие "вложенные" одна в другую спирали являются эквидистантными (т. е. равноотносящими) и имеют общий центр.

По краям отверстий 4 расположены внутренние контактные площадки 5 с переходными металлизированными отверстиями.

В реальных печатных платах контактные площадки 5 выполняются круглой формы, однако, для удобства и возможности визуального определения принадлежности контактной площадки определенной обмотке трансформатора на фиг. 5 и 6 контактные площадки условно изображены различной формы: круглой, квадратной, треугольной и в форме сегмента круга (чечевицеобразной).

Один из возможных вариантов трансформатора с тремя обмотками (см. фиг. 7а) содержит три секции. Секции разделены между собой границами по сечениям В-В и Д-Д. Центры плоских спиралей 1 и 2 находятся в сечениях Б-Б, Г-Г и Е-Е. В данном варианте трансформатора используются только двухзаходные (n= 2) плоские спирали.

Выводами первичной обмотки трансформатора являются внешние контактные площадки 6 и 7, размещенные соответственно в сечениях А-А и Д-Д (см. фиг. 2,3 и 7а). Выводами первой вторичной обмотки трансформатора являются внешние контактные площадки 10 и 11, размещенные в сечении В-В (см. фиг. 2,3 и 7а).

Из совместного рассмотрения фиг. 2 и 3 можно установить, что первичная обмотка трансфоpматора образуется последовательным соединением соответствующих частей двухзаходных спиралей 1 и 2, расположенных в сечениях Б-Б, Г-Г и Е-Е, через соответствующие внутренние контактные площадки 5 и выполненные в них переходные металлизированные отверстия, а также через печатные электропроводящие перемычки 12 и 13.

Первая вторичная обмотка трансформатора образуется из частей двухзаходных спиралей 1 и 2, расположенных в сечении Е-Е и последовательно соединенных между собой через соответствующую контактную площадку 5 и выполненное в ней переходное металлизированное отверстие. Вторая вторичная обмотка трансформатора образуется из частей двухзаходных спиралей 1 и 2, расположенных в сечениях Б-Б и Г-Г и последовательно соединенных между собой через соответствующие внутренние контактные площадки 5 и выполненные в них переходные металлизированные отверстия, а также через печатную электропроводящую перемычку 14 (см. фиг. 2).

Другой вариант трансформатора с четырьмя обмотками (см. фиг. 7б) содержит пять секций.

Секции разделены между собой границами по сечениям В-В, Д-Д, Ж-Ж, И-И. В данном варианте трансформатора используются двухзаходные (n= 2) плоские спирали, центры которых находятся в сечениях Б-Б, Г-Г, Е-Е, и четырехзаходные (n= 4) плоские спирали, центры которых находятся в сечениях 3-3 и К-К.

Выводами первичной обмотки трансформатора являются внешние контактные площадки 6 и 7 (круглой формы), расположенные соответственно в сечении Л-Л и между сечениями Б-Б и В-В (см. фиг. 4,5 и 7б).

Первичная обмотка трансформатора образуется последовательным соединением соответствующих частей двухзаходных спиралей 1 и 2, расположенных в сечениях 3-3 и К-К, через внутренние контактные площадки 5 круглой формы и выполненные в них металлизированные отверстия, а также через печатные электропроводящие перемычки 15 - 18 (см. фиг. 4 и 5).

Выводами первой вторичной обмотки трансформатора являются внешние контактные площадки 8 и 9, условно изображенные в форме сегмента круга и расположенные в сечениях А-А и К-К (см. фиг. 4,5 и 7б).

Первая вторичная обмотка трансформатора образуется последовательным соединением соответствующих частей двухзаходных спиралей 1 и 2, расположенных в сечениях Б-Б, Г-Г и Е-Е, четырехзаходных спиралей 1 и 2, расположенных в сечениях Б-Б , Г-Г и Е-Е, четырехзаходных спиралей 1 и 2, расположенных в сечениях 3-3 и К-К, через контактные площадки 5 (форма-сегмент круга) и выполненные в них металлизированные отверстия, а также через дополнительные площадки 19 и 20 (с металлизированными отверстиями) и печатные электропроводящие перемычки 21 - 24 (фиг. 4 и 5).

Выводами второй вторичной обмотки трансформатора являются внешние контактные площадки 10 и 11 квадратной формы, расположенные в сечениях К-К и З-З. Указанная обмотка трансформатора образуется последовательным соединением соответствующих частей четырехзаходных плоских спиралей 1 и 2, расположенных в сечениях К-К и З-З, через внутренние контактные площадки 5 и выполненные в них металлизированные отверстия, а также через дополнительные контактные площадки 25 и 26 с металлизированными отверстиями и печатную электропроводящую перемычку 27.

Выводами третьей вторичной обмотки трансформатора являются внешние контактные площадки 28 и 29 треугольной формы, расположенные в сечениях Ж-Ж и И-И. Указанная обмотка трансформатора образуется последовательным соединением соответствующих частей четырехзаходных плоских спиралей 1 и 2, расположенных в сечениях К-К и З-З, через внутренние контактные площадки 5 треугольной формы и выполненные в них металлизированные отверстия, а также через дополнительные контактные площадки 30 и 31 с металлизированными отверстиями и печатную электропроводящую перемычку 32.

Печатная плата, выполненная в виде гибкой ленты, сложена зигзагообразно по секциям (см. фиг. 6). Гибкая лента выполнена из двухстороннего фольгированного диэлектрика, толщина которого составляет величину порядка 0,15-0,35 мм. Радиус изгиба ленты между секциями достигает величину 0,5-1,0 мм, т. е. секции фактически примыкают одна к другой, что обеспечивает достаточно высокий коэффициент взаимоиндукции между плоскими спиралями отдельных секций.

Плата изготавливается методом фотохимического травления медной фольги и металлизации сквозных отверстий по технологии изготовления двусторонних печатных плат.

После получения печатного рисунка (плоских спиралей, контактных площадок и электропроводящих перемычек) стороны платы покрываются тонким слоем изоляционного лака. Это обеспечивает надежную изоляцию между соприкасающимися сторонами смежных секций.

Гибкая лента (печатная плата) складывается зигзагообразно по секциям таким образом, что совпадают центры отверстий 4. В образованном сквозном отверстии, соосном со всеми n-заходными спиралями располагается центральный стержень 33 ферромагнитного сердечника 34. Сердечник 34 может быть выполнен, например, горшкообразной формы. Для удобства сборки сердечник 34 выполняется разъемным, состоящим из двух частей. Между частями выполняется отверстие 35, через которое проходят гибкие выводы 36 обмоток трансформатора для подключения их к внешней схеме.

Предлагаемый трансформатор работает аналогично известным трансформаторам следующим образом.

К первичной обмотке трансформатора (выводы 6 и 7) подводится переменное напряжение соответствующей амплитуды. Вторичные обмотки трансформатора (выводы 8,9,10,11,28 и 29) подключены при этом к схеме внешнего устройства.

При этом вокруг витков первичной обмотки и в сердечнике 34 возбуждается переменное электромагнитное поле с той же частотой, которое индуцирует во вторичных обмотках трансформатора переменные напряжения соответствующей амплитуды.

Предлагаемый трансформатор позволяет расширить область его применения за счет обеспечения возможности увеличения числа обмоток, поскольку можно использовать n-заходные спирали с достаточно большим числом n или их различные комбинации.

Другим важным достоинством является расширение частотного диапазона. Это обусловлено тем, что витки различных обмоток плоских спиралей вложены друг в друга и создают эффект взаимного экранирования витков обмоток, что уменьшает межвитковую емкость для каждой обмотки.

Предлагаемый трансформатор является компактным, надежным, долговечным в эксплуатации и дешевым в изготовлении.

Трансформаторы с предлагаемой конструкцией могут изготавливаться в массовом количестве на предприятиях со средним уровнем развития технологии изготовления печатных плат. (56) 1. Патент США N 4622627, кл. 336-200, 1986.

2. Патент Великобритании N 2083952, кл. Н 01 F 17/04, 1981.

Использование: в электротехнике, а именно в конструировании элементов радиоэлектронной аппаратуры, и может быть использовано при проектировании и изготовлении миниатюрных трансформаторов. Сущность изобретения: трансформатор выполнен на гибкой ленте, разбитой на секции, в которых расположены n-заходные плоские спирали, где n = 1, 2, 3, . . . , . В центре спиралей выполнены отверстия, по краю которых расположены внутренние контактные площадки с переходными металлизированными отверстиями, соединенные с внутренними витками n-заходных спиралей. Внешние витки соответствующих n-заходных спиралей подключены к внешним контактным площадкам с выполненными в них металлизированными отверстиями, n-заходные спирали соединены в m(m≥n) последовательных электрически разобщенных между собой цепочек, образующих обмотки трансформатора. Выходами трансформатора являются соответствующие внешние контактные площадки. Гибкая лента сложена зигзагообразно по секциям с совпадением центров отверстий. В образованном сквозном отверстии, соосном со всеми n-заходными спиралями, расположен центральный стержень ферромагнитного сердечника. 7 ил.

ТРАНСФОРМАТОР, содержащий индуктивно связанные печатные обмотки, расположенные соосно с обеих сторон печатной платы, внешние контактные площадки, соединенные с внешними витками печатных обмоток, ферромагнитный сердечник, соосный с печатными обмотками, отличающийся тем, что печатная плата выполнена в виде гибкой ленты, печатные обмотки, являющиеся индуктивными секциями, - в виде n-заходных плоских спиралей, где n = 1, 2, 3 . . . , с внутренними контактными площадками, соединенными с внутренними витками соответствующих спиралей, причем внутренние витки каждых двух n-заходных плоских спиралей, расположенных на сторонах гибкой ленты напротив друг друга, соединены между собой через металлизированное отверстие, выполненное во внутренних контактных площадках, плоские n-заходные спирали индуктивных секций соединены между собой в m гальванически развязанных между собой цепочек, образующих обмотки трансформатора, выводами которых являются соответствующие внешние контактные площадки, гибкая лента сложена зигзагообразно по секциям с совпадением центров отверстий, в образованном сквозном отверстии расположен ферромагнитный сердечник.