电流互感器及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种电流互感器及其制造方法，其中电流互感器，由上部磁心、多层PCB板、下部磁心相互组装形成，上部磁心包括磁心上面板、位于上面板中心位置的中柱，以及与中柱同向、平行且镜像排列的与磁心上面板边缘齐平的两个边柱；下部磁心，包括磁心底柱、位于磁心底柱中部的中柱，以及与中柱同向、平行且对称排列的两边柱，上部磁心的中柱与下部磁心的中柱截面积相等且两者的边柱等宽等截面，上部磁心的磁心面板厚度与下部磁心的磁心底柱厚度相同。本发明专利技术具有的有益效果是，仅有磁心与多层PCB板的组合，工艺难度低。

Current transformer and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
电流互感器及其制造方法
本专利技术涉及低压电器
，尤其涉及一种运用在微小功率高频开关电源中的电流互感器的结构及其组装制造方法。
技术介绍
电流互感器是一种常用在开关电源中的特殊磁器件，通过与开关器件连接，对电路中的电流进行跟踪检测，运用极其广泛。其设计原理也不同于常规电子变压器，初级一般一匝或很少几匝，次级匝数很多，初次级之间的匝比一般为1：50或更多。(参考书刊号ISBN：9787538136043，2002年辽宁科学技术出版社出版的《实用电源技术手册磁性元器件分册》第九章节)。作为使用在输出功率为50W以下的微小功率高频开关电源中的电流互感器，通流量小，一般在1～20A左右，但受微小功率开关电源产品模块化、小型化发展的需要，对体积和尺寸的要求比较苛刻，而体积和尺寸不断小型化所带来的工艺加工难度、产品可靠性问题越来越严重。早期常用的电流互感器主要是由磁心、骨架、线圈等部件构成的骨架式变压器作成，分为两种实施方式：第一种：参考专利申请号01253774.8名为“初级绕组埋入式电流互感器”的专利文献，它是将一段金属埋在在骨架中充当初级的一匝线圈，次级多匝数绕在骨架上，这是一种较早的骨架式电流互感器(参考图1A)，他由磁心、线圈、塑胶骨架组成，初级线圈由骨架内的一段内埋金属线形成，次级多线圈的绕组额外绕制在塑胶骨架上，再进行系列工序的组装而成。受内埋金属线的尺寸限制，通流量约10A，互感器整体尺寸约为6*5*5mm。第二种：参考专利申请号201210231390.4名为“一种应用于模块电源的中大功率的高频电流互感器”的专利文献，这种互感器(参考图1B)的初级一匝采用外置式的金属导片，次级多匝数绕制也是绕制在骨架上，再进行系列工序的组装而成。该种结构使得电流互感器的初级一匝的尺寸增加，初级绕组通流量大大的提升到约20A，互感器整体尺寸约为8*6*6mm，能够运用于中功率场合。很显然的，这类骨架组合式电流互感器，骨架作为必不可少的支撑绕组的载体，次级多匝数的线圈绕制在骨架上，而骨架的加工本身属于较复杂的注塑成型加工工艺，然后再需要经过一序列的如绕线、理线、浸锡等工艺，整体生产过程比较复杂，效率较低，体积较大。同时金属导片与骨架本体的组装配合还会存在电流互感器整体的耐压性能和共面度问题。参考2014.02.12公布的申请号为201310368399.4的专利技术专利“一种用于制作电流互感器的夹具及其制作方法”，该专利就是为了解决这种互感器的共面度制造问题，进行辅助工夹具的创新优化。近年来，在如何减少电流互感器的组件，降低生产制造难度，减少人工参与的工序，从而降低互感器的制造成本，该领域技术人员也进行了系列的优化创新。比如参考专利申请号200910095575.5名为“一种高频脉冲电流互感器”的专利文献，这种互感器(参考图1C)是利用磁心直接作为线圈绕组的承载体，减少了互感器的组件，简化了制造工艺，降低了成本。又例如参考专利申请号201610825312.5名为“磁心的制造方法及基于该磁心的电流互感器的制造方法”的专利文献，这种新型的电流互感器(参考图1D)利用电镀涂层工艺实现初级一匝的金属导层，进一步减少了互感器的组件，缩小互感器体积，使得互感器的制造工艺更加简便，自动化可实施性更高，这种电流互感器的整体尺寸约为6*4*4mm。综上，目前常用的电流互感器，不管是采用骨架还是磁心作为次级多绕组的载体，还是内埋或者外加的初级金属导片，都离不开漆包线绕制的工艺过程。由于互感器的次级匝数很多，绕制过程将变得尤为困难，甚至还需要借助专用的绕线机等机器设备。工艺的复杂度导致电流互感器的生产制程变得更加繁琐，其顶部结构也不便于自动化贴片的吸附，而这类型的电流互感器因为引脚的形变或浸锡导致的锡渣黏附，在贴片安装时的共面度上也存在很大的品质隐患。
技术实现思路
鉴于以上问题，本专利技术目的在于提供一种采用多层PCB板做成的体积小、组件少、工艺简单、自动化程度高的片式电流互感器。同时，本专利技术的另一个目的在于提供一种多层PCB片式电流互感器的组装制造方法。本专利技术提供的技术方案如下：为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供一种电流互感器，为方形结构的贴片元件，由一对磁心和PCB绕组板构成，一对磁心，为“日”字形结构，用以形成闭合磁路，包括面板、底柱、中柱和边柱；PCB绕组板，由PCB板裁切制成，PCB板是具有多层走线层的PCB板，PCB板的中心开设有贯穿PCB板的中孔，用以供磁心中柱插入；PCB板内有环绕中孔的绕组走线层，PCB板下表面的四个角电镀为端点位的贴片焊盘；PCB板下表面两个端点位的贴片焊盘之间设有中间位的贴片焊盘，PCB板上表面对应中间位的贴片焊盘的位置设有第一铜箔，PCB板侧壁对应中间位的贴片焊盘与第一铜箔的连通位置设有第二铜箔，第一铜箔、第二铜箔与中间位的贴片焊盘连成金属连接带；PCB板的底部开有通槽，用以供磁心底柱沉降组入；一对磁心分别组入PCB绕组板的上部和下部，PCB绕组板的第一铜箔与上部磁心的内表面接触连接，磁心底柱沉降于PCB绕组板的通槽中，PCB绕组板的贴片焊盘凸出于磁心底面，上部磁心、PCB绕组板和下部磁心通过粘接固定成型。作为本专利技术的进一步改进，所述PCB绕组板，沿中孔对称两侧的位置向外开设有凹口，凹口宽度与通槽宽度相同，用以供磁心边柱插入；上部磁心的面板与PCB绕组板的板面大小相同，上部磁心的边柱与PCB绕组板的凹口等宽；下部磁心的底柱、边柱与PCB绕组板的凹口等宽。作为本专利技术的进一步改进，所述磁心的边柱截面积之和大于中柱截面积，磁心上面板的厚度大于边柱的厚度。作为本专利技术的进一步改进，所述PCB绕组层的贴片焊盘，位于PCB板同一平面，用以通过精准的等厚的敷铜尺寸可保证整体的贴片共面度。作为本专利技术的进一步改进，所述磁心的中柱和边柱的端面研磨为镜面平面。作为本专利技术的进一步改进，所述PCB绕组层的绕组走线层，敷铜线圈以中孔为圆心，按照顺时钟方向呈螺旋式分层排布。作为本专利技术的进一步改进，所述PCB绕组板，是具有多层走线层的PCB板，包括初级绕组的走线层和次级绕组的走线层，初级绕组的起线端连接到第一端点位的贴片焊盘，收线端连接到第二端点位的贴片焊盘；次级绕组的的起线端连接到第三端点位的贴片焊盘，收线端连接到第四端点位的贴片焊盘。作为本专利技术的进一步改进，所述上部磁心，包括上面板、位于上面板中心位置的中柱以及与中柱同向、平行且对称排列的两个边柱，边柱宽度小于上面板宽度，中柱径向宽度小于边柱，中柱与边柱的高度等高；下部磁心，包括底柱、位于底柱中部的中柱以及与中柱同向、平行且对称排列的两边柱，上部磁心与下部磁心的中柱截面积相等且两者的边柱等宽等截面。作为本专利技术的进一步改进，所述一对磁心，为“口”字形结构，包括面板、底柱和边柱，用以形成闭合磁路；所述PCB绕组板，为中心开设有贯穿PCB板的中孔的多层走线层的PCB板，以供磁心一边柱插入；并沿中孔一侧的位置向外开设有凹口，凹口宽度与通槽宽度相同，用以供磁心另本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电流互感器，其特征在于：为方形结构的贴片元件，由一对磁心和PCB绕组板构成；/n一对磁心，为“日”字形结构，用以形成闭合磁路，包括面板、底柱、中柱和边柱；/nPCB绕组板，由PCB板裁切制成，PCB板是具有多层走线层的PCB板，PCB板的中心开设有贯穿PCB板的中孔，用以供磁心中柱插入；PCB板内有环绕中孔的绕组走线层，PCB板下表面的四个角电镀为端点位的贴片焊盘；PCB板下表面两个端点位的贴片焊盘之间设有中间位的贴片焊盘，PCB板上表面对应中间位的贴片焊盘的位置设有第一铜箔，PCB板侧壁对应中间位的贴片焊盘与第一铜箔的连通位置设有第二铜箔，第一铜箔、第二铜箔与中间位的贴片焊盘连成金属连接带；PCB板的底部开有通槽，用以供磁心底柱沉降组入；/n一对磁心分别组入PCB绕组板的上部和下部，PCB绕组板的第一铜箔与上部磁心的内表面接触连接，磁心底柱沉降于PCB绕组板的通槽中，PCB绕组板的贴片焊盘凸出于磁心底面，上部磁心、PCB绕组板和下部磁心通过粘接固定成型。/n

【技术特征摘要】
1.一种电流互感器，其特征在于：为方形结构的贴片元件，由一对磁心和PCB绕组板构成；
一对磁心，为“日”字形结构，用以形成闭合磁路，包括面板、底柱、中柱和边柱；
PCB绕组板，由PCB板裁切制成，PCB板是具有多层走线层的PCB板，PCB板的中心开设有贯穿PCB板的中孔，用以供磁心中柱插入；PCB板内有环绕中孔的绕组走线层，PCB板下表面的四个角电镀为端点位的贴片焊盘；PCB板下表面两个端点位的贴片焊盘之间设有中间位的贴片焊盘，PCB板上表面对应中间位的贴片焊盘的位置设有第一铜箔，PCB板侧壁对应中间位的贴片焊盘与第一铜箔的连通位置设有第二铜箔，第一铜箔、第二铜箔与中间位的贴片焊盘连成金属连接带；PCB板的底部开有通槽，用以供磁心底柱沉降组入；
一对磁心分别组入PCB绕组板的上部和下部，PCB绕组板的第一铜箔与上部磁心的内表面接触连接，磁心底柱沉降于PCB绕组板的通槽中，PCB绕组板的贴片焊盘凸出于磁心底面，上部磁心、PCB绕组板和下部磁心通过粘接固定成型。


2.根据权利要求1所述的电流互感器，其特征在于：所述PCB绕组板，沿中孔对称两侧的位置向外开设有凹口，凹口宽度与通槽宽度相同，用以供磁心边柱插入；上部磁心的面板与PCB绕组板的板面大小相同，上部磁心的边柱与PCB绕组板的凹口等宽；下部磁心的底柱、边柱与PCB绕组板的凹口等宽。


3.根据权利要求1或2所述的电流互感器，其特征在于：所述磁心的边柱截面积之和大于中柱截面积，磁心上面板的厚度大于边柱的厚度。


4.根据权利要求1或2所述的电流互感器，其特征在于：所述PCB绕组层的贴片焊盘，位于PCB板同一平面，用以通过精准的等厚的敷铜尺寸可保证整体的贴片共面度。


5.根据权利要求1或2所述的电流互感器，其特征在于：所述磁心的中柱和边柱的端面研磨为镜面平面。


6.根据权利要求1或2所述的电流互感器，其特征在于：所述PCB绕组...

【专利技术属性】
技术研发人员：向宇峰，刘伟，周洪滔，
申请(专利权)人：广州金升阳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44