一种板载电磁式电力线载波信号耦合装置的制作方法

1.本实用新型涉及光伏发电领域，具体涉及一种板载电磁式电力线载波信号耦合装置。

背景技术：

2.基于电气和消防安全考虑，太阳能光伏发电系统必须配备光伏板组件电源输出关断系统，其连接在光伏板和逆变器之间，使得在发生紧急或特定的情况下，可以用来断开光伏供电环路，保证人员和财产安全。
3.传统的光伏板组件电源输出关断系统在关断光伏供电环路之前，一般采用分立式磁通耦合变压器的信号耦合方式将电力载波母线交流信号（电力线载波信号）耦合下来，再输出至快速关断器的微控制单元进行信号处理，由微控制单元发出控制指令给开关驱动器，由开关驱动器控制供电环路上的开关断开，以此断开光伏供电环路。
4.但是传统的分立式磁通耦合变压器使用时，一般是将变压器焊接在pcb板的表面，电力载波母线通过变压器的磁芯，从而利用磁芯上的次级线圈将电力载波母线交流信号耦合下来，该种耦合变压器存在以下不足：
5.1、变压器体积较大，直接安装在pcb板表面，造成整个耦合装置体积变大，成本高，重量大，适用范围比较局限；
6.2、变压器制造繁琐，插接件和绕线不便组装，大规模生产成本高。
7.3、绕制传统变压器需要大量的铜制漆包线，价格昂贵。
8.4、传统耦合变压器由于结构的限制，不利于散热。
9.因此，如何解决上述现有技术存在的不足，便成为本实用新型所要研究解决的课题。

技术实现要素：

10.本实用新型的目的是提供一种板载电磁式电力线载波信号耦合装置。
11.为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
12.一种板载电磁式电力线载波信号耦合装置，该装置包括pcb板、板载式变压器和板载式电力载波耦合母线；
13.所述pcb板上至少水平间隔开设两个安装通孔；
14.所述板载式变压器包括初级线圈和次级线圈、两个磁芯以及磁芯固定件；
15.两个所述磁芯对应分布于所述pcb板的上下表面，且至少一个所述磁芯的表面延伸出至少两个磁柱，所述磁柱与所述安装通孔一一对应卡接，两个所述磁芯通过所述磁芯固定件与所述pcb板连接，两磁芯可采用铁氧体等磁性材料；
16.所述次级线圈分布于所述初级线圈的两侧并分别环绕于所述磁芯端部的两个磁柱四周，所述初级线圈串联在所述电力载波母线上，所述初级线圈、所述次级线圈和所述电力载波母线均设置在所述pcb板上，所述次级线圈连接信号接收处理电路。
17.整个技术方案中，通过将板载耦合线圈和电力载波母线集成在pcb板上，再将磁芯对应固定在pcb板上，不仅能够实现对电力载波母线的直流电供电，而且能够将交流信号耦合到pcb板上的其他电路，还能够方便整个板载式变压器的快速安装。整个安装过程只有卡接过程，方便自动化装配，易大规模生产，降低成本。
18.1．进一步的技术方案，所述初级线圈和所述次级线圈设置于所述pcb板的表面或内部的走线层，所述电力载波母线电性连接于所述pcb板表面，pcb板为铜材料和环氧树脂压合而成的复合板，例如fr-4等，其表面可电镀锡或金，初级线圈和次级线圈为走线层上的铜质走线，其与pcb板之间设置绝缘层，铜线圈和pcb板以及磁芯共同组成板载式变压器。由于多层pcb板技术的成熟，因此可将线圈设计成环形走线进而集成在pcb板表面或内部，线圈可在pcb生产时一次成型，简单可靠，无须漆包线绕制和安装等操作，不易受外物损坏，也方便磁芯的自动组装。
19.2．进一步的技术方案，所述初级线圈与所述次级线圈的匝数比一般≧2:1，也可按实际需求设置。
20.3．进一步的技术方案，上下两个所述磁芯分别与所述pcb板贴合，方便在磁芯固定件固定两磁芯时实现两磁芯和中间pcb板的固定，所述磁柱与所述磁芯一体化设置。
21.4．进一步的技术方案，所述磁芯固定件包括粘接在所述磁芯和所述pcb板之间的粘合剂，或分布于所述pcb板两端的两个所述安装通孔内的至少两个卡接件，两个所述卡接件分别穿过两个所述安装通孔将两个所述磁芯连接。
22.5．进一步的技术方案，所述卡接件包括卡扣，所述卡扣卡接于两个所述磁芯外部，卡扣将两个磁芯卡接固定，由于两个磁芯与夹在中间的pcb板贴合，因此一个卡扣能够同时将两个磁芯和中间的pcb板卡接。
23.6．进一步的技术方案，两个所述磁芯的外表面均设置有卡槽，所述卡扣设置为c型且其两端折弯部与两个所述卡槽配合，卡扣与卡槽配合使得整个磁芯固定件不占用磁芯的上下两面的高度空间，也使得两磁芯和中间pcb板之间的卡接更稳定。
24.7．进一步的技术方案，当所述磁柱设置为两个时，所述初级线圈穿过两个所述磁柱之间的间隙并串联到所述电力载波母线上，初级线圈输入输出端口分别位于磁芯前后两侧，并与pcb板上的铜制粗走线连接，继而与焊接到pcb板上的电力载波母线串联。
25.8．当所述磁柱设置为三个时，所述初级线圈于中间的磁柱前端分成两路，绕过中间的所述磁柱后于所述磁柱后端闭合成一路，初级线圈的输入输出端口分别位于磁芯前后两侧，并通过连接的pcb板串联到电力载波母线上，故流过的电流被一分为二，左右各约一半，其大小相等，方向相同；所以该电流产生两路大小相同、方向相反的且相互叠加磁力线，故中间磁柱中的磁通量为零，剩余部分的磁力线将环绕除中心磁柱外的环形磁回路，形磁耦合回路，因此本结构具有抗磁饱和特性。
26.本实用新型的工作原理及优点如下：
27.整个装置通过将线圈和电力载波母线集成在pcb板上，再将磁芯对应卡接在pcb板上的安装通孔内，通过简单的卡接就能够完成线圈、磁芯和电力载波母线之间的结构配合，这样设置不仅能够减小整个耦合装置的体积，降低成本，还能够方便各组件快速安装，整个安装过程只有卡接过程，可以采用自动化装配，以实现大规模生产；
28.线圈集成在pcb板内时，不仅省去铜制漆包线成本，还能够利用pcb板大面积的铺
铜进行快速散热，提高可靠性，延长系统的寿命。
附图说明
29.附图1为本实用新型实施例1的整体结构示意图；
30.附图2为本实用新型实施例1的爆炸图；
31.附图3为本实用新型实施例1的剖面图；
32.附图4为本实用新型实施例2的爆炸图；
33.附图5为本实用新型实施例3的爆炸图。
34.以上附图中：1.pcb板；101.安装通孔；2.板载式变压器；210.初级线圈；220.次级线圈；230.磁芯；231.卡槽；240.磁芯固定件；250.磁柱；3.电力载波母线。
具体实施方式
35.下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：
36.实施例：以下将以图式及详细叙述对本案进行清楚说明，任何本领域技术人员在了解本案的实施例后，当可由本案所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本案的精神与范围。
37.本文的用语只为描述特定实施例，而无意为本案的限制。单数形式如“一”、“这”、“此”、“本”以及“该”，如本文所用，同样也包含复数形式。
38.关于本文中所使用的“连接”，可指二或多个组件或装置相互直接作实体接触，或是相互间接作实体接触，亦可指二或多个组件或装置相互操作或动作。
39.关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
40.实施例1
41.参见附图1-3所示，一种板载电磁式电力线载波信号耦合装置，该装置包括pcb板1、板载式变压器2和电力载波母线3。
42.所述pcb板1上间隔开设三个安装通孔101。
43.所述板载式变压器2包括初级线圈210、次级线圈220、两个磁芯230以及磁芯固定件240。
44.所述初级线圈210与所述次级线圈220的匝数比一般≧2:1，可按需设计。
45.两所述磁芯230可采用铁氧体等磁性材料。
46.两个磁芯230对应分布于所述pcb板1的上下表面，上下两个磁芯230分别与所述pcb板1贴合，且两个所述磁芯230的表面延伸出三个磁柱250，即两个磁芯230均为e型磁芯230，所述磁柱250与所述磁芯230一体化设置，三个所述磁柱250分别与三个所述安装通孔101对应卡接，具体的两个磁芯230的三个磁柱250均延伸至安装通孔101内并相互贴合，实现e型-e型磁芯230配对闭合，具体参见附图2-3。
47.所述次级线圈220分布于所述初级线圈210的两侧并分别环绕于所述磁芯230端部的两个磁柱250四周，即环绕于两侧的安装通孔101外侧。
48.所述初级线圈210和所述次级线圈220和所述电力载波母线3均设置在所述pcb板1铜层走线上，pcb板1的表面可镀锡层增加载流和散热能力，电力载波母线3焊接在pcb板1
上，初级线圈210的两端与pcb板1连接，从而通过pcb板1的铜制粗走线与电力载波母线3串联，次级线圈220两端连接信号接收处理电路。
49.其中，所述初级线圈210和所述次级线圈220可以固定在pcb板1表面，或是嵌设在其表面，也可以集成在pcb板1内部，本实施例中，所述初级线圈210和所述次级线圈220分布在pcb板1内部的绝缘层内。
50.所述初级线圈210于中间的磁柱250前端分成两路，绕过中间的所述磁柱250后于所述磁柱250后端闭合成一路，初级线圈210的输入输出端口分别位于磁芯230前后两侧，并通过pcb板1上的铜制粗走线串联到电力载波母线3上，故流过的电流被一分为二，左右各约一半，大小相等，方向相同；所以该电流产生两路大小相同、方向相反的叠加磁力线，故中间磁柱250中的磁通量为零。其余线圈分别环绕于e型磁芯230两端部的两个磁柱250四周，即缠绕在相距最远的两个磁柱250周围。
51.磁芯230配对后，再通过所述磁芯固定件240与所述pcb板1连接。
52.所述磁芯固定件240包括粘接在所述磁芯230和所述pcb板1之间的粘合剂，或分布于所述pcb板1两端的两个所述安装通孔101内的至少两个卡接件，两个所述卡接件分别穿过两个所述安装通孔101将两个所述磁芯230连接。
53.具体的：当磁芯固定件240采用卡接件，卡接件包括卡扣，所述卡扣卡接于两个所述磁芯230外部，两个所述磁芯230的外表面均设置有卡槽231，所述卡扣设置为c型且其两端折弯部与两个所述卡槽231配合。
54.在安装时，可以将两个卡扣穿过安装通孔101再分别与上下两个卡槽231卡接配合，使得两磁芯230和中间pcb板1之间的卡接更稳定。
55.磁芯固定件240也可以采用粘合剂，利用粘合剂将磁芯230粘接在pcb板1上，就能够省去卡扣。
56.初级线圈210与电力载波母线3串联，次级线圈220通过信号输出电路可以连接快速关断器，初级线圈210和次级线圈220利用电磁感应将电力载波母线3上的交流信号（即电力线载波信号）耦合下来，并输出至信号接收处理电路，信号接收处理电路可以将耦合信号输出至快速关断系统或其他需要通信的系统中，以进行通信工作。
57.整个技术方案中，利用板载式变压器2耦合信号属于本领域技术人员所熟知的技术，也是现有技术中所公开过的成熟技术，在此就不多做赘述。
58.本方案的主要创新点在于线圈、电力载波母线3以及磁芯230的安装配合方式：通过将耦合线圈集成在pcb板1上，再将磁芯230对应固定在pcb板1上，最后将电力载波母线3焊接在pcb板1上，能够实现整个板载式变压器2的快速安装，整个安装过程只有卡接过程，可以采用自动化装配，以实现大规模生产。
59.实施例2
60.与实施例1区别的是：
61.两个磁芯230中，一个磁芯230为e型磁芯230，其有三个磁柱250，另一个磁芯230为i型磁芯230，其表面未设磁柱250，这样两磁芯230在配合时，e型磁芯230的三个磁柱250贯穿三个安装通孔101再与i型磁芯230贴合，实现e型-i型磁芯230配对闭合，具体参见附图4。
62.本实施例其他部分与实施例1相同，故不作赘述。
63.实施例3
64.与实施例1区别的是：
65.pcb板1上间隔开设两个安装通孔101，两个磁芯230中，一个磁芯230为c型磁芯230，其有两个磁柱250，另一个磁芯230为i型磁芯230，其表面未设磁柱250，这样两磁芯230在配合时，c型磁芯230的两个磁柱250贯穿两个安装通孔101再与i型磁芯230贴合，实现c型-i型磁芯230配对闭合，具体参见附图5。
66.当所述磁柱250设置为两个时，所述初级线圈210穿过两个所述磁柱250之间的间隙并串联到电力载波母线3上，初级线圈210输入输出端口分别位于磁芯230前后两侧。
67.本实施例其他部分与实施例1相同，故不作赘述。
68.上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：

1.一种板载电磁式电力线载波信号耦合装置，该装置包括pcb板（1）、板载式变压器（2）和电力载波母线（3），其特征在于：所述pcb板（1）上至少间隔开设两个安装通孔（101）；所述板载式变压器（2）包括初级线圈（210）、次级线圈（220）、两个磁芯（230）以及磁芯固定件（240）；两个所述磁芯（230）对应分布于所述pcb板（1）的上下表面，且至少一个所述磁芯（230）的表面延伸出至少两个磁柱（250），所述磁柱（250）与所述安装通孔（101）一一对应卡接，两个所述磁芯（230）通过所述磁芯固定件（240）与所述pcb板（1）连接；所述次级线圈（220）分布于所述初级线圈（210）的两侧并分别环绕于所述磁芯（230）端部的两个磁柱（250）四周，所述初级线圈（210）串联在所述电力载波母线（3）上，所述初级线圈（210）、所述次级线圈（220）和所述电力载波母线（3）均设置在所述pcb板（1）上。2.根据权利要求1所述的一种板载电磁式电力线载波信号耦合装置，其特征在于：所述初级线圈（210）和所述次级线圈（220）设置于所述pcb板（1）表面或内部的走线层，所述电力载波母线（3）电性连接于所述pcb板（1）表面。3.根据权利要求1所述的一种板载电磁式电力线载波信号耦合装置，其特征在于：上下两个所述磁芯（230）分别与所述pcb板（1）贴合，所述磁柱（250）与所述磁芯（230）一体化设置。4.根据权利要求1所述的一种板载电磁式电力线载波信号耦合装置，其特征在于：所述磁芯固定件（240）包括粘接在所述磁芯（230）和所述pcb板（1）之间的粘合剂，或分布于所述pcb板（1）两端的两个所述安装通孔（101）内的至少两个卡接件，两个所述卡接件分别穿过两个所述安装通孔（101）将两个所述磁芯（230）连接。5.根据权利要求4所述的一种板载电磁式电力线载波信号耦合装置，其特征在于：所述卡接件包括卡扣，所述卡扣卡接于两个所述磁芯（230）外部。6.根据权利要求5所述的一种板载电磁式电力线载波信号耦合装置，其特征在于：两个所述磁芯（230）的外表面均设置有卡槽（231），所述卡扣设置为c型且其两端折弯部与两个所述卡槽（231）配合。7. 根据权利要求1所述的一种板载电磁式电力线载波信号耦合装置，其特征在于：当所述磁柱（250）设置为两个时，所述初级线圈（210）穿过两个所述磁柱（250）之间的间隙并串联到所述电力载波母线（3）上。8.根据权利要求1所述的一种板载电磁式电力线载波信号耦合装置，其特征在于：当所述磁柱（250）设置为三个时，所述初级线圈（210）于中间的磁柱（250）前端分成两路，绕过中间的所述磁柱（250）后于所述磁柱（250）后端闭合成一路。

技术总结

一种板载电磁式电力线载波信号耦合装置，该装置包括PCB板、板载式变压器和电力载波母线，PCB板上至少间隔开设两个安装通孔，板载式变压器包括初级线圈、次级线圈、两个磁芯以及磁芯固定件，两个磁芯对应分布于PCB板的上下表面，且至少一个磁芯的表面延伸出至少两个磁柱，所述磁柱与所述安装通孔一一对应卡接，两个磁芯通过磁芯固定件与PCB板连接，所述次级线圈分布于所述初级线圈的两侧并分别环绕于所述磁芯端部的两个磁柱四周，所述初级线圈串联在所述电力载波母线上。整个装置通过将线圈和电力载波母线集成在PCB板上，将磁芯卡接在PCB板上，不仅能够减小整个耦合装置的体积，降低成本，还能够方便大规模生产。还能够方便大规模生产。还能够方便大规模生产。