CN105931814B - 嵌入式磁性组件、变压器设备 - Google Patents

嵌入式磁性组件、变压器设备 Download PDF

Info

Publication number
CN105931814B
CN105931814B CN201610098668.3A CN201610098668A CN105931814B CN 105931814 B CN105931814 B CN 105931814B CN 201610098668 A CN201610098668 A CN 201610098668A CN 105931814 B CN105931814 B CN 105931814B
Authority
CN
China
Prior art keywords
winding
electrical
transistor
winding portion
electrical winding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610098668.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105931814A (zh
Inventor
奎恩·内勒
李·弗朗西斯
王晶
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
Publication of CN105931814A publication Critical patent/CN105931814A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105931814B publication Critical patent/CN105931814B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/24—Magnetic cores
    • H01F27/26—Fastening parts of the core together; Fastening or mounting the core on casing or support
    • H01F27/266—Fastening or mounting the core on casing or support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2804—Printed windings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2823—Wires
    • H01F27/2828—Construction of conductive connections, of leads
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2895—Windings disposed upon ring cores
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/29—Terminals; Tapping arrangements for signal inductances
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/29—Terminals; Tapping arrangements for signal inductances
    • H01F27/292—Surface mounted devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/30—Fastening or clamping coils, windings, or parts thereof together; Fastening or mounting coils or windings on core, casing, or other support
    • H01F27/306—Fastening or mounting coils or windings on core, casing or other support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/40—Structural association with built-in electric component, e.g. fuse
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/005—Impregnating or encapsulating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/041—Printed circuit coils
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2804—Printed windings
    • H01F2027/2819—Planar transformers with printed windings, e.g. surrounded by two cores and to be mounted on printed circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/40—Structural association with built-in electric component, e.g. fuse
    • H01F2027/408—Association with diode or rectifier
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/337—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in push-pull configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/338—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a self-oscillating arrangement

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)

Abstract

本发明涉及一种嵌入式磁性组件变压器设备。变压器设备包括通过导电通孔和导电迹线形成在绝缘基板中的第一电绕组、第二电绕组和辅助电绕组。第一电绕组被分接端子分为第一绕组部分和第二绕组部分，所述第一绕组部分和第二绕组部分彼此交织并由单独的晶体管来供能。本发明允许第一绕组部分和第二绕组部分产生的热量更平均地被传递至这两个晶体管。每个晶体管和第一电绕组之间实质相等的路径长度改善了磁通量平衡，允许晶体管在实质相等时间的切换周期中导电。这使得相对每个晶体管和绕组部分的嵌入式变压器的切换周期更加对称，提高了变压器设备的电特性。

Description

嵌入式磁性组件、变压器设备
技术领域
本发明涉及一种包括嵌入式磁性组件变压器的设备，具体地涉及一种嵌入式磁性组件变压器设备，具有提高变压器的电性能的改进绕组设计。
已知例如US2011/0108317A1中提供了一种小型(low profile)变压器和电感器，其中磁性组件嵌入在树脂基板中形成的空腔内，并且变压器或电感器必要输入和输出电连接形成在基板表面上。然后，通过在基板顶部和/或底部表面上增加阻焊层和镀铜层，可以形成用于电源设备的印刷电路板(PCB)。然后，该设备的必要电组件可以表面安装在PCB上。
相比常规变压器，嵌入式设计允许构建显著更轻薄和更紧凑的设备。通常来说，用于将变压器设备安装在PCB(例如电子设备的主板)上的可用空间将非常有限，所以这么做是期望的。因此，具有较小占位的变压器组件能够实现在PCB上安装更多的组件，或者能够使PCB的总尺寸、继而整个设备的总尺寸减小。
当减小变压器设备的尺寸时，变压器绕组的相邻匝可能被设置得更为紧密，设置在变压器芯上的分离绕组之间的间隙也可能变小。当绕组在使用过程中变热时，这些变小的分离距离可能导致设备中热点的产生，这样可能影响周边电组件的性能。具体地，控制变压器的那些电组件可能受到热点的不利影响，导致嵌入式变压器设备的性能受损。减小整个变压器尺寸的需要趋向于使这些电组件和变压器线圈更紧密地靠近。这使得电组件对线圈发热更为脆弱，进一步加剧了问题的严重性。此外，改变电组件的位置可能导致变压器的输入和输出侧之间的电隔离的降低，增加了电弧的风险。
通过提供散热器或者制造更大的电路板以允许变压器和组件之间的更大空间，可以缓解位于变压器绕组上的电组件的不希望发热效应。还可以以电学方式修正发热效应，例如，通过增加变压器设备的电容或者包含更多电路级。然而，所有这些可能方案都要求增加嵌入式变压器设备的尺寸，由于空间的严格限制，这是经常是不可能的。
此外，变压器线圈和控制变压器的电组件之间的电路径的长度差可能进一步劣化嵌入式变压器设备的性能，尤其当与上述发热效应组合在一起时。
因此，已认识到需要提供一种具有更好电性能而不需要尺寸增加的嵌入式变压器设备，以及一种制造该设备的方法。
发明内容
现在应当参考的独立权利要求限定了本发明。从属权利要求阐述了有利特征。
本发明的第一方面中提供了一种电力电子设备，包括嵌入式变压器设备、第一晶体管和第二晶体管，其中所述嵌入式变压器设备的包括：具有第一侧和与第一侧相对的第二侧的绝缘基板，所述绝缘基板中具有空腔，所述空腔具有内周界和外周界；磁芯，容纳在空腔中并具有第一部和第二部；第一电绕组，穿过绝缘基板并布置在磁芯的第一部周围；第二电绕组，穿过绝缘基板并布置在磁芯的第二部周围；第一和第二电绕组中的每个电绕组各自包括：布置在绝缘基板的第一侧上的上导电迹线，布置在绝缘基板的第二侧上的下导电迹线，穿过与磁芯的内周界相邻的绝缘基板的内导电连接器，所述内导电连接器分别形成相应上导电迹线和相应下导电迹线之间的电连接，以及穿过与磁芯的外周界相邻的绝缘基板的外导电连接器，所述外导电连接器分别形成相应上导电迹线和相应下导电迹线之间的电连接；上导电迹线、下导电迹线以及内导电连接器和外导电连接器形成第一和第二电绕组的相应匝；其中第一电绕组包括：第一端部端子和第二端部端子，分接端子，第一端部端子和分接端子之间的第一绕组部分，第二端部端子和分接端子之间的第二绕组部分；其中：第一晶体管操作为对第一绕组部分供能；第二晶体管操作为对第二绕组部分供能；工作时，第一和第二绕组部分被交替供能；并且第一绕组部分的至少一个匝在第二绕组部分的匝之间交织。
第一绕组部分的所有匝可以都和第二绕组部分的匝交织。
第一绕组部分和第二绕组部分可以包括相同数量的匝。
分接端子可以位于到第一端部端子和第二端部端子中的每一个都实质等距的电路径上。
第一晶体管可以经由第一导电部分电连接至第一端部端子；第二晶体管可以经由第二导电部分电连接至第二端部端子；所述设备还可以包括：第一电路径，从第一晶体管经由第一导电部分、第一端部端子和第一绕组部分延伸至分接端子；以及第二电路径，从第二晶体管经由第二导电部分、第二端部端子和第二绕组部分延伸至分接端子；其中第一和第二电路径的长度实质相等。
第一端部端子可以位于空腔的外周界周围的第一角位置；第二端部端子可以位于空腔的外周界周围的第二角位置；以及分接端子可以位于第一角位置和第二角位置之间的角位置。
第一端部端子可以位于空腔的外周界周围的第一角位置；分接端子可以位于空腔的外周界周围的第二角位置；以及第二端部端子可以位于第一角位置和第二角位置之间的角位置。
所述嵌入式变压器设备的第一或第二电绕组中的一个电绕组可以比另一个电绕组具有更少的匝，并且这一个电绕组的上导电迹线和下导电迹线可以比另一个电绕组的上导电迹线和下导电迹线更宽。
所述设备还可以包括：位于第二电绕组上的附加分接端子；其中所述第二电绕组包括：在分接端子和第二电绕组的第一端部端子之间的第三绕组部分；在分接端子和第二电绕组的第二端部端子之间的第四绕组部分。
第三绕组部分的至少一个匝可以在第四绕组部分的匝之间交织。
第三绕组部分的所有匝可以都和第四绕组部分的匝交织。
第三绕组部分和第四绕组部分可以包括相同数量的匝。
所述附加分接端子可以位于到第二电绕组的第一端部端子和第二电绕组的第二端部端子中的每一个都实质等距的电路径上。
所述嵌入式变压器设备还可以包括操作为切换至少一个晶体管的辅助电绕组，所述辅助电绕组穿过绝缘基板且布置在磁芯周围；所述辅助电绕组包括：布置在绝缘基板的第一侧上的上导电迹线，布置在绝缘基板的第二侧上的下导电迹线，穿过与磁芯的内周界相邻的绝缘基板的内导电连接器，所述内导电连接器分别形成相应上导电迹线和相应下导电迹线之间的电连接，以及穿过与磁芯的外周界相邻的绝缘基板的外导电连接器，所述外导电连接器分别形成相应上导电迹线和相应下导电迹线之间的电连接；上导电迹线、下导电迹线以及内导电连接器和外导电连接器形成辅助电绕组的相应匝。
第一和第二晶体管可以设置为使得，在使用时，从嵌入式变压器的绕组到第一晶体管的热流与从嵌入式变压器的绕组到第二晶体管的热流实质相等。
第一和第二晶体管可以设置为使得，第一晶体管和嵌入式变压器的绕组之间的漏电感与第二晶体管和嵌入式变压器的绕组之间的漏电感实质相等。
可以提供一种包括所述设备的推挽(push-pull)型功率变压器。
所述功率变压器还可以包括输入侧的Royer电路。
所述功率变压器还可以包括输出侧的同步整流器。
本发明的第二方面中提供了一种电力电子设备，包括嵌入式变压器设备和第一晶体管和第二晶体管，其中所述嵌入式变压器设备包括：具有第一侧和与第一侧相对的第二侧的绝缘基板，所述绝缘基板中具有空腔，所述空腔具有内周界和外周界；磁芯，容纳在空腔中并具有第一部分和第二部分；第一电绕组，穿过绝缘基板并布置在磁芯的第一部周围；第二电绕组，穿过绝缘基板并布置在磁芯的第二部周围；第一和第二电绕组中的每个电绕组各自包括：布置在绝缘基板的第一侧上的上导电迹线，布置在绝缘基板的第二侧上的下导电迹线，穿过与磁芯的内周界相邻的绝缘基板的内导电连接器，所述内导电连接器分别形成相应上导电迹线和相应下导电迹线之间的电连接，以及穿过与磁芯的外周界相邻的绝缘基板的外导电连接器，所述外导电连接器分别形成相应上导电迹线和相应下导电迹线之间的电连接；上导电迹线和下导电迹线以及内导电连接器和外导电连接器形成第一和第二电绕组的相应匝；其中第一电绕组包括：第一端部端子和第二端部端子；分接端子；第一端部端子和分接端子之间的第一绕组部分；第二端部端子和分接端子之间的第二绕组部分；其中：第一晶体管操作为对第一绕组部分供能；第二晶体管操作为对第二绕组部分供能；工作时，第一和第二绕组部分被交替供能；其中当从与绝缘基板的第一侧正交的方向观看时，第一、第二晶体管和第一电绕组交叠，其中第一晶体管和第一电绕组的交叠面积大于第二晶体管和第一电绕组的交叠面积，以及其中第一晶体管和第一、第二绕组部分都交叠。
第二晶体管可以和第一、第二绕组部分都交叠。
本发明还提供了一种对应的制造方法。
附图说明
现在仅以说明方式参考附图对本发明的实施例进行描述，其中：
图1示出了嵌入式变压器设备形成自振荡推挽电路的一部分的实施例；
图2a示出了包括印刷电路板布局的对比嵌入式变压器设备的示例性装置；
图2b示出了用于对图2a的变压器绕组供能的晶体管的位置；
图2c是示出图2a的嵌入式变压器设备的主线圈电压随时间变化的图；
图3a示出了对比嵌入式变压器设备的示例，其中包括第一电绕组的示意图；
图3b示出了嵌入式变压器设备的实施例，其中包括第一电绕组的示意图；
图3c示出了嵌入式变压器设备的另一个实施例，其中包括第一电绕组的示意图；
图4示出了嵌入式变压器设备的实施例的印刷电路板布局；以及
图5示出了根据本发明实施例的嵌入式变压器设备的主线圈电压随时间变化的图。
具体实施方式
本发明的实施例采用以下嵌入式磁性组件变压器设备的形式，所述嵌入式磁性组件变压器设备具有围绕磁芯布置的电绕组以及对绕组供能的晶体管，其中所述磁芯嵌入在绝缘基板中。嵌入式磁性组件变压器设备可以有利地用作切换式电力电子设备(例如，自振荡推挽(Royer)电路)的一部分，或者可以用于将DC输入电压转换为DC输出电压。将结合图1讨论该实施例，以示出嵌入式变压器设备在电力电子器件上的普遍应用。将结合以下实施例讨论变压器设备本身的细节。
图1是包括嵌入式变压器设备TX1、位于变压器TX1输入侧的Royer电路100和位于变压器TX1输出侧的同步整流电路150的电路图。
Royer电路100采用+V输入端子101和GND输入端子105之间的DC输入，GND端子保持在接地电势。电阻器R1和电容器C1串联在输入端子101、105之间。电阻器R1连接在节点102和103之间，电容器C1连接在节点103和104之间。节点102连接至+V输入端子101，节点104连接至GND输入端子105。
变压器TX1是一种嵌入式磁性组件设备，并且包括限定在节点115和119之间的第一电绕组、限定在节点120和122之间的第二电绕组和限定在节点130和134之间的辅助电绕组。节点117沿第一电绕组的中部连接，节点132沿辅助电绕组的中部连接。因此，节点117和132形成分接端子。在一个示例中，节点117和132连接至各自电绕组的中点，形成中央分接端子。因而，第一电绕组被分为两个绕组部116和118，并且辅助电绕组被分为两个辅助电绕组131和133。
两个晶体管TR1和TR2被设置为分别接入和断开第一电绕组的两个部分118和116上的供能电压。晶体管被示为npn类型，但其他类型也可以。大功率开关晶体管，例如，MOSFET(金属氧化物场效应管)是适用的。
晶体管TR2的集电极在节点115处连接至第一电绕组的第一端，晶体管TR1的集电极在节点119处连接至第一电绕组的第二端。晶体管TR1的发射极和晶体管TR2的发射极都连接至节点106。节点106电连接至节点107、108和109，这些节点全都保持在接地电势，如图1中GND所示。
电容器C2的第一端子连接至节点109，另一端子连接至节点110，节点110直接连接至节点102处的高电压输入+V。节点110和节点117之间设置电阻器R3。电容器C3与晶体管TR2并联，设置在节点111和108之间，并且电容器C4与晶体管TR1并联，设置在节点107和112之间。节点111连接至第一电绕组的第一端115并连接至晶体管TR2的集电极，节点112连接至第一电绕组的第二端119并连接至晶体管TR1的集电极。
辅助电绕组的每一端各自连接至晶体管之一的基极。因而，节点130连接晶体管TR1的基极，节点134连接至晶体管TR2的基极。中间节点132连接电阻器R2的第一端子，电阻器R2的另一端子连接至节点103。
输入侧电路100在对绕组部116供能和对绕组部118供能之间振荡。当对绕组部118供能时，穿过变压器TX1的芯的增加磁通量感应出辅助电绕组131和133两端的电压。辅助电绕组131两端的感应电压具有对晶体管TR1的基极端子施加电压的合适极性，以便将晶体管TR1保持导通。因而实现了TR1导通而TR2截止的正反馈布置。最终，变压器芯中的磁场饱和，其中磁通量的变换率降为零。第一电绕组部分118两端的电压，继而其中流过的电流也降为零。辅助电绕组131和133响应该变化，其两端产生具有相反极性的感应电压。由此，具有导通晶体管TR2并截止TR1的效果，从而对绕组部分116供能。此外，产生正反馈，使得由辅助电绕组部分133施加于晶体管TR2的基极的电压将晶体管TR2保持在导通状态，同时将晶体管TR1保持在截止状态。然后，芯内的磁场饱和，并且电路返回对绕组部分118供能。只要对输入端子101和105提供输入功率，这种交替对第一绕组部分118和116供能的振荡行为将无限继续下去。
变压器的输出侧采用同步整流器电路150的形式，包括连接在第一和第二输出端子+Vout 140和0V 142之间的第一和第二晶体管Q1和Q2。在图1中，尽管两个晶体管Q1和Q2被示为感性沟道MOSFET，但可以使用任意其他合适的晶体管技术。二极管D1连接在晶体管Q1的两端，以允许电流从节点154流至节点152。二极管D2连接在晶体管Q2的两端，以允许电流从节点154流至节点155。
在变压器TX1的输出侧，第二电绕组121设置在节点120和122之间。节点120经由节点151和155连接至正向偏置的二极管D3，然后D3经由节点156和159连接至+Vout输出端子140。在该情况下，+Vout输出端子140是正输出端子。此外，节点122经由节点152和153连接至另一个正向偏置的二极管D4，然后D4经由节点157、156和159连接至+Vout输出端子140。尽管图1中二极管D3和D4被示为肖特基二极管，但同样可以使用常规整流器二极管。
位于节点120和二极管D3的输入之间的节点151将节点120连接至晶体管Q1的栅极端子。位于节点122和二极管D4的输入之间的节点153将节点122连接至晶体管Q2的栅极端子。晶体管Q1的漏极端子连接至位于节点122和二极管D4之间的节点152。晶体管Q2的漏极端子连接至位于节点120和二极管D3之间的节点155。晶体管Q1和晶体管Q2的源极端子都连接至节点154，然后节点154经由节点158和160连接至0V输出端子142。
电容器C5连接在+Vout和0V输出端子140和142的两端。第一电容器端子连接至位于二极管D4的输出和+Vout输出端子140之间的节点157，而另一端子连接至位于OV输出端子142和晶体管Q1、晶体管Q2的源极端子之间的节点158。节点157连接至位于二极管D3和+Vout输出端子140之间的节点156。反向偏置齐纳二极管D5也连接在输出端子的两端，并且具有连接至与+Vout输出端子140耦接的节点159的一个端子，和连接至与+0V输出端子142耦接的节点160的另一个端子。
第二电绕组121的两端具有根据变压器TX的芯中的磁通量变化的感应电压。因此，在第二电绕组中产生交流电。
在第一工作模式中，交流电以通过正向偏置的二极管D3的第一方向循环，并经由节点151流入晶体管Q1的栅极端子，将晶体管Q1导通。当晶体管Q1导通时，电流从源极到漏极流过晶体管Q1，并且电流在绕组121中从第二节点122流向第一节点120，并经由二极管D3流向+Vout输出端子140。因此，在输出端子+Vout 140和0V 142之间形成正电压。在该工作模式中，反向偏置二极管D4阻止电流流入保持截止的第二晶体管Q2的栅极端子。
在第二工作模式中，交流电以通过此时正向偏置的二极管D4的第二方向循环，并经由节点153流入晶体管Q2的栅极端子，将晶体管Q2导通。当晶体管Q2导通时，电流从源极到漏极流过晶体管Q2，并且电流在绕组121中从节点120流向节点122，并经由二极管D4流向+Vout输出端子140。因此，如第一工作模式，在输出端子+Vout 140和0V 142之间也形成正电压。
随着变压器中的磁通量变化，输出电路中的交流电的幅值和方向变化。由此，二极管D3和D4对交流电进行整流，使得提供至端子的输出总处于正电压信号形式。
电容器C5平滑输出电压信号，以便在输出端子140和142之间提供近似恒定的直流电。二极管D5也可以连接在输出端子的两端，以便将FET Q1和Q2处的栅极电压限制为取决于二极管值的特定范围。可以使用电阻来替代二极管D5，作为虚负载。因此，图1中示出的电路形成一种隔离式DC至DC的变换器，其接收+V和GND输入端子101和105两端的DC输入，并产生+Vout和0V输出端子140和142两端的DC输出。本领域技术人员将认识到，通过改变第一电绕组116、118和第二电绕组121上的匝数，可以调整相对于DC输入电压的DC输出电压。尽管在图1的实施例中嵌入式变压器设备被包含在Royer电路中，应当注意，其优点可以在包含嵌入式变压器的任意功率变换器电路拓扑中实现。
图2a示出了对比嵌入式变压器设备和适用于在图1的功率变换器电路中使用的印刷电路板布置。本发明申请人提交的UK专利申请GB1414469.5和GB1414468.7中描述了一种用于制造嵌入式磁性组件变压器设备的技术，通过引用将其并入本文。
如图2a所示，嵌入式磁性组件变压器设备包括第一电绕组210，所述第一电绕组210被包含在基板205的区域211和212中。嵌入式磁性组件变压器设备还包括位于基板区域221中的第二电绕组220和位于基板区域231中的辅助电绕组230。每个区域211、212、221和231通过虚线来划界。这些绕组围绕共同的磁变压器芯布置(图2a中未示出)，所述磁变压器芯设置在绝缘基板205中形成的空腔202中。磁芯位于空腔202的内周界202a和外周界202b周界之间。空腔的边缘还可以在基板每一侧处沿空腔侧通道壁202c向外延伸，以形成侧通道。如图2a所示，区域211、212、221和231彼此分离，并占据基板的分立区域。因此，绕组彼此不交叠。由空腔202形成的中央岛可被称为隔离区，因为其设计用于提供变压器的第一侧和第二侧之间的隔离。
根据位于基板顶部和底部的上导电迹线和下导电迹线形成变压器的第一、第二和辅助电绕组，并通过从基板一侧穿至另一侧的多个相应通孔来连接。
第一电绕组的第一绕组部分被包含在变压器的输入侧的区域211中。该绕组部分起始于端部端子213并包括通过导电迹线218连接在一起的外导电通孔216和内导电通孔217，以形成线圈布置。图2a示出了嵌入式变压器的上侧，因此只有上导电迹线218可见。绝缘基板205的下侧设置有下导电迹线，所述下导电迹线也将外导电通孔216和内导电通孔217相连，以完成线圈布置。第一电绕组的第一绕组部分终止于分接端子214，在该示例中，该分接端子电学定位于沿主电绕组的近似中点处。
第一电绕组的第二绕组部分被包含在区域212中，并且也包括外部导电通孔216和内部导电通孔217以及上方导电迹线218和下方(不可见)导电迹线。第一电绕组的第二绕组部分起始于分接端子214，并继续到其端部端子215结束。因此，第一和第二绕组部分将在变压器芯上彼此相接地连续。可以在沿第一电绕组的中部设置铜平面219，以调整绕组的漏电感和/或分布电容。
在图2a的示例中,外导电通孔216沿着与空腔202的外周界202b相邻的大致圆弧以单行设置。内导电通孔217设置为包括两个行的交错布置，以便将这两个行实现成与空腔202的内周界202a中的有限可用空间适配。
第二电绕组被包含在变压器的输出侧的区域221中。第二电绕组起始于端部端子223并包括外导电通孔226和内导电通孔227，以形成终止于端部端子225的线圈布置，其中所述外导电通孔216和内导电通孔217通过上导电迹线228和下导电迹线(未示出)连接在一起。如第一电绕组，可以在沿第二电绕组的中部设置铜平面229，以调整绕组的漏电感和/或分布电容。
辅助电绕组被包含在变压器的输入侧的区域231中。辅助电绕组起始于端部端子233并包括外导电通孔236和内导电通孔237，以形成终止于端部端子235的线圈布置，其中所述外导电通孔236和内导电通孔237通过上导电迹线238和下导电迹线(未示出)连接在一起。分接端子234沿辅助电绕组的中部设置。
需要注意的是，为清楚起见，图2a中仅标记了一部分内导电通孔和外导电通孔，并且仅标记了一部分导电迹线。铜平面240可以是接地平面，并且可以设置在变压器绕组附近，以调整变压器的漏电感和/或分布电容。
本领域技术人员将理解，第一电绕组可以具有相同数量的内导电通孔217和外导电通孔216，从而形成完整的第一电绕组。这确保端子第一电绕组的任一端处的端子213和215都在相同侧，例如绝缘基板205或覆盖层(如设置了一个的话)的顶部，或者在绝缘基板205的底部。备选地，还可以形成具有内导电通孔217比外导电通孔216多一个或者内导电通孔217比外导电通孔216少一个的布置的第一电绕组。这种布置意味着第一电绕组的任一端处的端子213和215在绝缘基板205的相对侧。根据与端子相连的输入电路和输出电路的位置，端部端子在相同或相对侧的上述两个备选例可是所希望的。第二电绕组和/或辅助电绕组也可以类似地布置。
在一些实施例中，当使用嵌入式变压器作为图1示出的电路的一部分时，辅助电绕组230上的电压被反馈至用于对第一电绕组210供能的输入电路，从而辅助电绕组用作反馈绕组。备选地或附加地，辅助电绕组230可用于控制输入电路和/或输出电路的一些其他方面。辅助电绕组的其他用途可以是提供内务供给(housekeeping supply)或控制同步整流器。可以设置一个以上辅助电绕组，从而允许执行一个以上的这些功能。辅助电绕组的其他用途也是可以的。此外，并非总需要有辅助电绕组。例如，如下情况，如果同步整流器设置在变压器的输出侧并且输入侧由独立装置来控制。
本领域技术人员将认识到，当变压器工作时，第一、第二和辅助电绕组两端提供的电压的比率与每个相应绕组的匝数成正比。因此，通过增加或减少导电通孔和导电迹线，可以选择每个绕组的匝数，从而获得所希望的绕组间电压比。这在例如通常需要满足对输出电压的严格要求的隔离式DC至DC变换器中尤为重要。
图2b示出了绝缘基板205，以及空腔的内周界202a和外周界202b的位置。还示出了空腔侧通道壁202c，即分别限定出被第一电绕组的第一和第二绕组部分占据的区域的区域211和212的外轮廓。需要注意的是，尽管为清楚起见省略了图2a的细节，图2b的中布置旨在与图2a的布置相对应。
如图2b所示，晶体管TR1和TR2的位置在图2a的印刷电路板层的上方。晶体管TR1和TR2负责对第一电绕组的第一和第二绕组部分供能，如结合图1的实施例所说明的。当与功率变换器电路，具体地，如图1所示的自振荡推挽(Royer)电路配置一起使用时，晶体管TR1和TR2用于交替地对第一电绕组的第一和第二绕组部分供能。在一个示例中，TR1可以导通并使得电压施加于区域211中的绕组部分两端，同时TR2可以截止并且区域212中的绕组部分处于空闲。此后，TR1截止且TR2导通，从而在区域212中的绕组部分两端施加电压，同时区域211中的绕组部分处于空闲。不会同时对区域211和212中的绕组部分供能。
借助如图2b所示布置的组件，晶体管TR1和TR2在嵌入式变压器的使用期间处于不同的热环境。具体地，当TR1导通时，除了自身导电产生的发热，其还暴露在来自被供能的区域211中的绕组的热量下。因此，TR1暴露于导通的双重加热效应下。与此相反，当晶体管TR2导通时，区域212中的绕组被供能，但是由于TR2离这些绕组位置更远，所以TR2未暴露在来自这些绕组的相同热量下。因此，切换周期期间每个晶体管TR1、TR2所受到的热应力(thermal stress)不同。
图2c中的图示270示出了该差异对嵌入式变压器设备的性能的影响。图示270在y轴上绘制了包含图2a的嵌入式变压器设备的电路的输出节点之间的输出电压。x轴上绘制时间。总体行为示出了振荡电压，其中相邻峰值对应于正被功能的不同绕组部分。波形的时间段272示出了完整的切换周期，其中第一电绕组的两个部分被连续供能。理想情况下，对于相同的绕组部分和相同的供能晶体管，时间段272中发生的两次振荡将相同。但是，存在多个不对称，导致了偏出第一和第二绕组部分之间的全对称振荡响应的偏离。具体地，由第一和第二晶体管切换时分别产生的噪声所导致的波纹274和波纹276不对称。波纹274比波纹276大得多。还存在与不同晶体管相关联的峰值之间的振荡幅值的差异。可以看出该差异，如电压278。
波纹大小的差异以及在与不同晶体管相关联的周期部分之间实现的峰值电压的差异，可归因于位于晶体管TR1和TR2下方的第一电绕组的第一绕组部分和第二绕组部分的位置。如上所述，两个线圈部分对两个晶体管的热效应是不同的，因此，相比TR2，TR1工作时暴露在更高的热应力下。不对称性的另一个原因是从绕组部分到晶体管的电路径长度的不平衡。这导致其中一个晶体管在更大比例的切换周期中导电，其结果是该晶体管上的应力增加。
图3a是根据对比示例的嵌入式变压器设备的示意图。为简明起见，仅示出了变压器上的第一电绕组310，图3a中省略了第二电绕组和辅助电绕组。绝缘基板305中示出了限定在内周界302a和外周界302b周界之间的空腔302。磁芯304***空腔302，并具有内边缘304a和外边缘304b。还设置有空腔侧通道壁302c。用于参考，在嵌入式变压器的图3a中，晶体管TR1和TR2的位置被示为交叠。
由沿空腔302的宽度延伸并包围磁芯304的方框(实线或虚线)指示变压器的绕组。图3a是示意图，所以未示出内导电通孔和外导电通孔以及上导电迹线和下导电迹线的准确布置。然而，应当理解的是，相邻实线方框在绝缘基板305的下侧连接在一起，以形成第一电绕组的第一绕组部分311。类似地，相邻虚线方框在绝缘基板305的下侧连接在一起，以形成第一电绕组的第二绕组部分312。
第一电绕组的第二绕组部分311起始于分接端子313，沿着至线圈的由虚线示出的电连接继续，包括虚线方框示出的线圈的那些匝，并沿着虚线示出的电连接继续到端部端子314。第一电绕组的第二绕组部分312起始于分接端子314，沿着至线圈的由虚线示出的电连接继续，包括虚线方框示出的线圈的那些匝，并沿着虚线示出的电连接继续到端部端子315。第一绕组部分311的绕组被分组为与第二绕组部分312相分离。因此，第一绕组部分311和第二绕组部分312围绕磁芯304以连续配置方式进行缠绕，并占据基板305的分离的区域。
如上文结合图2a和图2b所述，晶体管TR1工作时暴露在比晶体管TR2更高的热应力下。这是因为TR1对第一绕组部分311供能，而TR1位置在第一绕组部分311上方。与此相反，TR2对第二绕组部分312供能，但TR2位置不在该绕组上方。以上结合图2a讨论了适用于和图3a的绕组布置一起使用的印刷电路板布局。
图3b是根据本发明实施例的嵌入式变压器设备的示意图。和图3a一样，为简明起见，仅示出了变压器上的第一电绕组310，并从图3b中省略了第二和辅助电绕组。应当理解，上文中已结合图2a和2b讨论的这些组件也可以被包括在本实施例和之后的实施例中，并且结合图2a和2b进行的讨论同样适用于这些实施例。
绝缘基板305中示出了限定在内周界302a和外周界302b周界之间的空腔302。磁芯304***空腔302，并具有内边缘304a和外边缘304b。还设置有空腔侧通道壁302c。用于参考，在嵌入式变压器的图3b中，晶体管TR1和TR2的位置被示为交叠。
由沿空腔302的宽度延伸并包围磁芯304的方框(实线或虚线)指示变压器的绕组。图3b是示意图，所以未示出内导电通孔和外导电通孔和上导电迹线和下导电迹线的准确布置。然而，应当理解的是，相邻实线方框在绝缘基板305的下侧连接在一起，以形成第一电绕组的第一绕组部分。类似地，相邻虚线方框在绝缘基板305的下侧连接在一起，以形成第一电绕组的第二绕组部分。如图3b所示，当沿着空腔以环形方向移动时，属于第一电绕组的第一和第二绕组部分的匝相交替。因此，第一电绕组的第一和第二绕组部分相互交织，形成与图2a、2b和3a的连续布置不同的同步布置。
第一电绕组的第一绕组部分311(在该示例中，由晶体管TR1供能)起始于端部端子313，沿着至线圈的电连接连续，包括实线方框示出的线圈的那些匝，沿着至分接端子314的电连接连续，并终止于分接端子314。第一电绕组的第二绕组部分312(在该示例中，由晶体管TR2供能)起始于分接端子314，沿着至线圈的由虚线示出的电连接连续，包括虚线方框示出的线圈的那些匝，并沿着虚线示出的电连接连续到端部端子315。分接端子314可以布置为使得其实质是沿第一电绕组的中点，在该情况下是中央分接端子。分接端子314位于空腔302的外周界302b周围的角位置，所述外周界302b在第一电绕组的端部端子313和315之间。但是，在不同实施例中，可以改变端部端子313和315以及分接端子314的准确位置，并且由这些端子必须连接的周围电组件的位置来确定。
布置第一电绕组使得其交织分布，通过在绕组的整个角度范围上对第一和第二绕组部分供能，分布热量。因此，相比使用图2a和2b的嵌入式变压器所获得热量，传递至晶体管TR1和TR2中每个晶体管的热量在整个切换周期中更为恒定。这样降低了整个切换周期中的热应力的变化，由于晶体管TR1和TR2交替地导通，所以具有更为均衡和对称的行为。此外，可以使从第一电绕组至晶体管TR1和TR2的电路径长度实质相等，从而将两个绕组部分之间的磁通量不平衡最小化，并允许晶体管在实质相等比例的切换周期中导电。
如图3b所示，晶体管TR1的位置使得相比晶体管TR2，晶体管TR1与第一电绕组形成更大的交叠面积。因此，晶体管TR1比晶体管TR2受到来自第一电绕组310的更多热量。在图3b的实施例中，TR1和TR2与第一电绕组的第一和第二绕组部分都交叠。在备选实施例中，仅TR1需要与第一电绕组的第一和第二绕组部分都交叠。晶体管TR2设置为使得其仅与由晶体管TR1来供能的绕组部分交叠。
图3c是根据本发明另一个实施例的嵌入式变压器设备的示意图。空腔、磁芯以及它们的边界与结合图3b描述的实施例相同。和图3b一样，仅示出了变压器上的第一电绕组310，并且为简明起见，从图3c中省略了第二电绕组和辅助电绕组。由沿空腔302的宽度延伸并包围磁芯304的方框(实线或虚线)指示变压器的绕组。此外，未示出内导电通孔和外导电通孔以及上导电迹线和下导电迹线的准确布置。和图3b一样，相邻实线方框在绝缘基板305的下侧连接在一起，以形成第一电绕组的第一绕组部分，并且相邻虚线方框在绝缘基板的下侧连接在一起，以形成第一电绕组的第二绕组部分。如图3c所示，当沿着空腔以环形方向移动时，属于第一电绕组的第一和第二绕组部分的匝相交替。因此，第一电绕组的第一和第二绕组部分相互交织。
第一电绕组的第一绕组部分311(在该示例中，由晶体管TR1供能)起始于端部端子313，沿着至线圈的电连接连续，包括实线方框示出的线圈的那些匝，沿着至分接端子314的电连接连续，并终止于分接端子314。第一电绕组的第二绕组部分312(在该示例中，由晶体管TR2供能)起始于分接端子314，沿着至线圈的由虚线示出的电连接连续，包括虚线方框示出的线圈的那些匝，并沿着虚线示出的电连接连续到端部端子315。在以上实施例中，分接端子314可以布置为使得其实质是沿第一电绕组的中点，在该情况下是中央分接端子。
图3c的实施例与图3b的实施例区别之处在于：两个端部端子313、315的位置在第一电绕组的第一端处彼此相邻，并且分接端子314设置在第一电绕组的第二端处。因此，第二端部端子315位于空腔302的外周界302b周围的角位置，所述外周界302b在第一电绕组的第一端部端子313和分接端子314之间。该定位可以适用于与图3b不同的安装在嵌入式变压器设备上方或下方的电子组件的布置。在备选实施例中，第一端部端子313位于空腔302的外周界302b周围的角位置，所述外周界302b在第一电绕组的第二端部端子315和分接端子314之间。和图3b的实施例相同，端部端子313和315以及分接端子314的准确位置可以改变，并且将由这些端子所必须连接的周围电组件的位置来确定。
根据结合图3b的实施例来描述的相同理由，由于第一和第二绕组部分相交织，与热量分布相关的优点、至晶体管TR1和TR2的热传输、以及热应力同样适用于图3c的实施例。此外，可以使从第一电绕组至晶体管TR1和TR2的电路径长度实质相等，从而将磁通量不平衡最小化，并允许晶体管在实质相等比例的切换周期的中导电。
图3c中，和图3b相同，晶体管TR1的位置使得相比晶体管TR2，晶体管TR1与第一电绕组形成更大的交叠面积。因此，晶体管TR1比晶体管TR2受到来自第一电绕组310的更多热量。在图3c的实施例中，TR1和TR2与第一电绕组的第一和第二绕组部分都交叠。在备选实施例中，仅TR1需要与第一电绕组的第一和第二绕组部分都交叠。晶体管TR2设置为使得其仅与由晶体管TR1来供能的绕组部分交叠。
在一些实施例中，通过与第一电绕组的第一和第二绕组部分相似的方式，第二电绕组还可被分为第三和第四绕组部分。可以设置连接至第二电绕组的附加分接端子。第三绕组部分的匝和第四绕组部分的匝可以相交织，以实现输出侧的热量均匀分布。此外，可以使从第二电绕组至晶体管或者连接在第三和第四绕组部分两端的其他切换装置的电路径长度实质相等，从而将输出侧磁通量不平衡最小化，并允许与第二电绕组相连的晶体管在的切换周期中导电。
尽管图3b和3c示出了第一电绕组的第一绕组部分的所有匝与第一电绕组的第二绕组部分的匝相交织，在其他实施例中，可能只有一匝或一个以上匝以这种方式交织。
图4示出了用于嵌入式变压器设备的上层的示例性印刷电路板布局。第一电绕组的布置和图3b所示相似。和以上实施例相同，空腔402设置在内周界402a和外周界402b之间的绝缘基板405中。还设置有空腔侧通道壁404c。具有内边缘404a和外边缘404b的磁芯404***在空腔402中。
第一电绕组410形成在区域410a中。第二电绕组420形成在区域421中，辅助电绕组430形成在区域431中。图4中所有这些区域都通过虚线来分界。第一电绕组包括通过导电迹线418相连的外导电通孔416和内导电通孔417，如结合上文实施例所说明。类似地，第二电绕组420包括通过导电迹线428相连的外导电通孔426和内导电通孔427，并且辅助电绕组430包括通过导电迹线438相连的外导电通孔436和内导电通孔437。
和以上实施例相同，第一电绕组包括第一绕组部分411和第二绕组部分412。图4中用实线示出了包括第一绕组部分411的一部分的那些导电迹线的，并以叠加的虚线示出了包括第二绕组部分412的一部分的那些导电迹线。第一绕组部分起始于端部端子413，并沿着导电迹线连续至线圈。其包括以实线示出的那些导电迹线，并且最终导电迹线形成至第一绕组部分411终止处的分接端子414的电路径。
第二绕组部分起始于分接端子414，并且沿着用虚线示出的导电迹线连续至线圈。其包括以虚线示出的那些导电迹线412，并且最终导电迹线连接至端部端子415。如上所述，在一些示例中，第一晶体管TR1和TR2(图4中未示出)分别对第一绕组部分411和第二绕组部分412供能。需要注意的是，晶体管TR1和TR2设置在图4的PCB上方，例如，如图3b和3c所示，在与空腔302相关的位置处。根据结合以上实施例来描述的相同理由，由于属于第一和第二绕组部分411、412的匝相交织，上文所述的与热量分布相关的优点、至晶体管TR1和TR2的热传输、以及热应力同样适用于该实施例。此外，可以使从第一电绕组至晶体管TR1和从第一电绕组至晶体管TR2的电路径长度实质相等，从而将两个绕组部分之间的磁通量不平衡最小化，并允许晶体管在实质相等比例的切换周期中导电。
第二电绕组420和辅助电绕组430与结合图2a讨论的第二电绕组和辅助电绕组相似，其中图4中的数字4XX对应于图2a中的2XX。因此，结合图2a对以上这些绕组的描述同样适用于本实施例。
可以在沿第一电绕组的中部设置导电平面419，以允许绕组的漏电感和/或分布电容被调整。铜平面240可以是接地平面，并且可以设置在变压器绕组周围，以调整变压器的漏电感和/或分布电容。
在一些实施例中，如上所述，第二电绕组还可以被分为两个绕组部分。尽管图4示出了第一电绕组的第一绕组部分的所有匝与第一电绕组的第二绕组部分的匝相交织，在其他实施例中，可以只有一匝或一个以上匝以这种方式交织。
图5中的图示570示出了本发明的嵌入式变压器的示例性特性。图示570在y轴上示出了包含图4的嵌入式变压器设备的电路的输出节点之间的输出电压。x轴上绘制时间。该图示570应当与示出对比嵌入式变压器的相应图的图2c的图示270相比较。和图2c相同，图示570中的相邻峰值对应于正被供能的第一电绕组的不同绕组部分。时间段572示出了完整的切换周期，该时间段中的两个振荡具有相似的形状和相似的峰峰值电压。此外，晶体管切换引起的波纹574比图2c中的更加对称。如上所述，至晶体管TR1和TR2的更均匀的热传递以及从每个晶体管至变压器绕组的实质相等的路径长度，使嵌入式变压器的电特性得到提高。这防止了在切换周期中施加于每个晶体管的不对称应力量，并帮助确保每个晶体管以实质相等的时间量导通。
尽管贯穿本申请参考了导电通孔，应当注意，可以使用任意导电连接装置(例如导电引脚或导电丝)来完全等同地替换导电通孔中的任意一个或多个。导电通孔可以由电镀通孔形成。以上描述中被称为铜平面和导电迹线的那些部件可以由任何合适的导电材料制成，而不限于铜导体。
尽管导电迹线被示为具有大致相同的宽度，宽度也可以变化。例如，如果第二电绕组上存在比第一电绕组更少的匝，则可以存在空间以允许第二电绕组的导电迹线更宽。这将降低绕组的电阻，并因此降低绕组工作时产生的热量。根据电路板上的可用空间，属于第一和/或第二和/或辅助电绕组的任意的上和/或下导电迹线(仅其中的一部分导电迹线)可具有比其他绕组的导电迹线更大的宽度。
结合以上提出的实施例讨论的第一和第二电绕组各自可以是与变压器的输入电源相连的主变压器绕组，或者是与变压器的输出相连的次级变压器绕组。嵌入式变压器设备可以是升压(step-up)变压器或降压(step-down)变压器。
尽管在上述示例中磁芯304、404和空腔202、302、402被示为圆形形状，在其他实施例中，其可以具有不同形状。非限制性示例包括椭圆或细长环形(toroidal)形状，环形形状具有间隙、EE、EI、I、EFD、EP、UI和UR芯形状。磁芯304、404上可以涂覆绝缘材料以降低导电磁芯和导电通孔或金属迹线之间出现击穿的可能性。磁芯还可以具有提供磨圆的轮廓或横截面的倒角边。
在其他实施例中，第一电绕组侧和第二电绕组侧上的不同匝数可用于图1至图5中示出的实施例。例如，已知的Royer电路可以包括用于第一电绕组侧的16匝和用于第二电绕组侧的18匝。因此，通过替换同步整流器电路的已知Royer电路输出，图4中示出的变压器减少了第二电绕组侧所需的匝数。在备选实施例中，图4中的变压器可适配为，通过使用第一电绕组侧的半桥电路和第二电绕组侧的常规Royer输出，减少第一电绕组侧的匝。这样，相比已知的Royer电路设备，可以将变压器在第一电绕组侧所需的匝数减少6。
备选地，通过使用第一电绕组侧的半桥电路和第二电绕组侧的同步整流器电路，第一电绕组和第二电绕组可以都具有减少的匝。这样，可以将已知的Royer电路配置所需的匝数减少13。在所有情况下，减少匝数意味着布局设计的灵活性，促使组件之间具有更高的电势隔离并且热量分布更为均匀。但是，减少电绕组的匝数仅需要向电路增加一个附加晶体管(例如，在FET双封装中)。减少第一电绕组的匝数需要设置半桥电路，这意味着相比已知的Royer设计，在第一电绕组侧有更多的组件。
在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以并且本领域技术人员将能够对上述示例性实施例做出各种修改。

Claims (35)

1.一种电力电子设备，包括嵌入式变压器设备和第一晶体管、第二晶体管，其中所述嵌入式变压器设备包括：
绝缘基板，具有第一侧和与第一侧相对的第二侧，所述绝缘基板中具有空腔，所述空腔具有内周界和外周界；
磁芯，容纳在所述空腔中并具有第一部和第二部；
第一电绕组，穿过绝缘基板并布置在磁芯的第一部周围；
第二电绕组，穿过绝缘基板并布置在磁芯的第二部周围；
第一电绕组和第二电绕组各自还包括：
布置在绝缘基板的第一侧的上导电迹线；
布置在绝缘基板的第二侧的下导电迹线；
穿过与磁芯的内周界相邻的绝缘基板的内导电连接器，所述内导电连接器分别形成相应上导电迹线和相应下导电迹线之间的电连接；以及
穿过与磁芯的外周界相邻的绝缘基板的外导电连接器，所述外导电连接器分别形成相应上导电迹线和相应下导电迹线之间的电连接；
上导电迹线和下导电迹线以及内导电连接器和外导电连接器形成第一电绕组和第二电绕组的相应匝；
其中第一电绕组包括第一端部端子、第二端部端子、分接端子、第一端部端子和分接端子之间的第一绕组部分以及第二端部端子和分接端子之间的第二绕组部分；
其中，第一晶体管布置为对第一绕组部分供能；
其中，第二晶体管布置为对第二绕组部分供能；
其中，工作时，第一绕组部分和第二绕组部分在将第一晶体管和/或第二晶体管暴露在热应力下的切换周期中被交替供能；以及
其中，第一绕组部分的至少一个匝在第二绕组部分的匝之间交织，使得切换周期内第一晶体管和/或第二晶体管暴露在其下的热应力的变化降低。
2.根据权利要求1所述的设备，其中第一绕组部分的每个匝都与第二绕组部分的匝交织。
3.根据权利要求1所述的设备，其中第一绕组部分和第二绕组部分包括相同数量的匝。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述分接端子位于到第一端部端子和第二端部端子中的每一个都实质等距的电路径上。
5.根据权利要求1所述的设备，其中：
第一晶体管经由第一导电部分电连接至第一端部端子；
第二晶体管经由第二导电部分电连接至第二端部端子；所述设备还包括：
第一电路径，从第一晶体管经由第一导电部分、第一端部端子和第一绕组部分延伸至分接端子；以及
第二电路径，从第二晶体管经由第二导电部分、第二端部端子和第二绕组部分延伸至分接端子；
其中第一电路径和第二电路径的长度实质相等。
6.根据权利要求1所述的设备，其中：
第一端部端子位于空腔的外周界周围的第一角位置；
第二端部端子位于空腔的外周界周围的第二角位置；以及
分接端子位于第一角位置和第二角位置之间的角位置。
7.根据权利要求1所述的设备，其中：
第一端部端子位于空腔的外周界周围的第一角位置；
分接端子位于空腔的外周界周围的第二角位置；以及
第二端部端子位于第一角位置和第二角位置之间的角位置。
8.根据权利要求1所述的设备，其中所述嵌入式变压器设备的第一电绕组或第二电绕组中的一个电绕组比另一个电绕组具有更少的匝，并且所述一个电绕组的上导电迹线和下导电迹线分别比所述另一个电绕组的上导电迹线和下导电迹线更宽。
9.根据权利要求1所述的设备，还包括：
位于第二电绕组上的附加分接端子；
其中所述第二电绕组包括：
在分接端子和第二电绕组的第一端部端子之间的第三绕组部分；
在分接端子和第二电绕组的第二端部端子之间的第四绕组部分。
10.根据权利要求9所述的设备，其中：
第三绕组部分的至少一个匝在第四绕组部分的匝之间交织。
11.根据权利要求10所述的设备，其中第三绕组部分的每个匝都和第四绕组部分的匝交织。
12.根据权利要求9所述的设备，其中第三绕组部分和第四绕组部分包括相同数量的匝。
13.根据权利要求9所述的设备，其中所述附加分接端子位于到第二电绕组的第一端部端子和第二电绕组的第二端部端子中的每一个都实质等距的电路径上。
14.根据权利要求1所述的设备，其中所述嵌入式变压器设备包括操作为切换至少一个晶体管的辅助电绕组，所述辅助电绕组穿过绝缘基板且布置在所述磁芯周围；
所述辅助电绕组包括：
布置在绝缘基板的第一侧的上导电迹线；
布置在绝缘基板的第二侧的下导电迹线；
穿过与磁芯的内周界相邻的绝缘基板的内导电连接器，所述内导电连接器分别形成相应上导电迹线和相应下导电迹线之间的电连接；以及
穿过与磁芯的外周界相邻的绝缘基板的外导电连接器，所述外导电连接器分别形成相应上导电迹线和相应下导电迹线之间的电连接；
上导电迹线和下导电迹线以及内导电连接器和外导电连接器形成辅助电绕组的相应匝。
15.根据权利要求1所述的设备，其中第一晶体管和第二晶体管设置为：在使用时，从嵌入式变压器的电绕组到第一晶体管的热流与从嵌入式变压器的电绕组到第二晶体管的热流实质相等。
16.根据权利要求1所述的设备，还包括沿第一电绕组和/或第二电绕组中部设置的铜平面，且设置为使得第一晶体管和嵌入式变压器的电绕组之间的漏电感与第二晶体管和嵌入式变压器的电绕组之间的漏电感实质相等。
17.一种推挽型功率变压器，包括根据权利要求1至16任一项所述的设备。
18.根据权利要求17所述的功率变压器，还包括输入侧的Royer电路。
19.根据权利要求17或18的功率变压器，还包括输出侧的同步整流器。
20.一种制造电力电子设备的方法，包括：
a)制备具有第一侧和与第一侧相对的第二侧的绝缘基板，所述绝缘基板中具有空腔，所述空腔具有内周界和外周界；
b)在所述空腔中***磁芯，所述磁芯具有第一部和第二部；
c)形成第一电绕组，所述第一电绕组穿过绝缘基板并布置在磁芯的第一部周围；
d)形成第二电绕组，所述第二电绕组穿过绝缘基板并布置在磁芯的第二部周围；
其中第一电绕组包括第一端部端子、第二端部端子、分接端子、第一端部端子和分接端子之间的第一绕组部分以及第二端部端子和分接端子之间的第二绕组部分；
其中第一电绕组和第二电绕组各自还包括：
布置在绝缘基板的第一侧的上导电迹线；
布置在绝缘基板的第二侧的下导电迹线；
穿过与磁芯的内周界相邻的绝缘基板的内导电连接器，所述内导电连接器分别形成相应上导电迹线和相应下导电迹线之间的电连接；以及
穿过与磁芯的外周界相邻的绝缘基板的外导电连接器，所述外导电连接器分别形成相应上导电迹线和相应下导电迹线之间的电连接；
上导电迹线和下导电迹线以及内导电连接器和外导电连接器形成第一电绕组和第二电绕组的相应匝；
e)提供布置为对第一绕组部分供能的第一晶体管；
f)提供布置为对第二绕组部分供能的第二晶体管；
其中，在工作时，第一绕组部分和第二绕组部分在将第一晶体管和/或第二晶体管暴露在热应力下的切换周期中被交替供能；以及
g)使第一绕组部分的至少一个匝在第二绕组部分的匝之间交织，使得切换周期内第一晶体管和/或第二晶体管暴露在其下的热应力的变化降低。
21.根据权利要求20所述的方法，其中步骤g)包括将第一绕组部分的每个匝都和第二绕组部分的匝交织。
22.根据权利要求20所述的方法，其中第一绕组部分和第二绕组部分包括相同数量的匝。
23.根据权利要求20所述的方法，还包括将所述分接端子设置在到第一端部端子和第二端部端子中的每一个都实质等距的电路径上。
24.根据权利要求20所述的方法，还包括：
经由第一导电部分，将第一晶体管电连接至第一端部端子；
经由第二导电部分，将第二晶体管电连接至第二端部端子；
所述设备还包括：
第一电路径，从第一晶体管经由第一导电部分、第一端部端子和第一绕组部分延伸至分接端子；以及
第二电路径，从第二晶体管经由第二导电部分、第二端部端子和第二绕组部分延伸至分接端子；
其中第一电路径和第二电路径的长度实质相等。
25.根据权利要求20所述的方法，还包括：
将第一端部端子设置在空腔的外周界周围的第一角位置；
将第二端部端子设置在空腔的外周界周围的第二角位置；以及
将分接端子设置在第一角位置和第二角位置之间的角位置。
26.根据权利要求20所述的方法，还包括：
将第一端部端子设置在空腔的外周界周围的第一角位置；
将分接端子设置在空腔的外周界周围的第二角位置；以及
将第二端部端子设置在第一角位置和第二角位置之间的角位置。
27.根据权利要求26所述的方法，其中所述第一电绕组或第二电绕组中的一个电绕组比另一个电绕组具有更少的匝，并且所述一个电绕组的上导电迹线和下导电迹线分别比另一个电绕组的上导电迹线和下导电迹线更宽。
28.根据权利要求20所述的方法，还包括：
提供位于第二电绕组的附加分接端子；
其中所述第二电绕组包括：
在分接端子和第二电绕组的第一端部端子之间的第三绕组部分；
在分接端子和第二电绕组的第二端部端子之间的第四绕组部分。
29.根据权利要求28所述的方法，还包括：
h)使第三绕组部分的至少一个匝在第四绕组部分的匝之间交织。
30.根据权利要求29所述的方法，其中步骤h)包括使第三绕组部分的每个匝都和第四绕组部分的匝交织。
31.根据权利要求28所述的方法，其中第三绕组部分和第四绕组部分包括相同数量的匝。
32.根据权利要求28所述的方法，还包括，将所述附加分接端子设置在到第二电绕组的第一端部端子和第二电绕组的第二端部端子中的每一个都实质等距的电路径上。
33.根据权利要求20所述的方法，还包括：
形成操作为切换至少一个晶体管的辅助电绕组，所述辅助电绕组穿过绝缘基板且布置在磁芯周围；
其中所述辅助电绕组包括：
布置在绝缘基板的第一侧的上导电迹线；
布置在绝缘基板的第二侧的下导电迹线；
穿过与磁芯的内周界相邻的绝缘基板的内导电连接器，所述内导电连接器分别形成相应上导电迹线和相应下导电迹线之间的电连接；以及
穿过与磁芯的外周界相邻的绝缘基板的外导电连接器，所述外导电连接器分别形成相应上导电迹线和相应下导电迹线之间的电连接；
上导电迹线和下导电迹线以及内导电连接器和外导电连接器形成辅助电绕组的相应匝。
34.根据权利要求20所述的方法，还包括设置第一晶体管和第二晶体管使得，在使用时，从电绕组到第一晶体管的热流与从电绕组到第二晶体管的热流实质相等。
35.根据权利要求20所述的方法，还包括沿第一电绕组和/或第二电绕组中部设置的铜平面，且设置使得第一晶体管和电绕组之间的漏电感与第二晶体管和电绕组之间的漏电感实质相等。
CN201610098668.3A 2015-02-26 2016-02-23 嵌入式磁性组件、变压器设备 Active CN105931814B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB1503274.1A GB2535765B (en) 2015-02-26 2015-02-26 Embedded magnetic component transformer device
GB1503274.1 2015-02-26

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105931814A CN105931814A (zh) 2016-09-07
CN105931814B true CN105931814B (zh) 2020-09-04

Family

ID=52876191

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610098668.3A Active CN105931814B (zh) 2015-02-26 2016-02-23 嵌入式磁性组件、变压器设备

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9922764B2 (zh)
CN (1) CN105931814B (zh)
GB (1) GB2535765B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2549770A (en) * 2016-04-28 2017-11-01 Murata Manufacturing Co Power electronics device with improved isolation performance
GB2553822B (en) 2016-09-15 2018-12-26 Murata Manufacturing Co DC-DC Converter device
DE102016119164A1 (de) * 2016-10-10 2018-04-12 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Planarer Übertrager mit integriertem Ringkern
CN110415939A (zh) * 2018-04-29 2019-11-05 深南电路股份有限公司 变压器、电磁器件及变压器的制作方法
US11545291B2 (en) 2018-04-29 2023-01-03 Shennan Circuits Co., Ltd. Transformer, electromagnetic device and manufacturing method of the transformer
DE102019127466B4 (de) * 2019-10-11 2022-08-25 Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Magnetspule für ein MR-Gerät
CN117480579A (zh) * 2021-06-15 2024-01-30 株式会社村田制作所 包括通风通道和多层绕组的嵌入式磁组件设备
GB2613814B (en) * 2021-12-15 2024-04-17 Murata Manufacturing Co Embedded magnetic component transformer device

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1592061A (zh) * 2003-09-01 2005-03-09 台达电子工业股份有限公司 推挽式变换器及用于电源供应器、不断电供电***的方法
CN102684506A (zh) * 2012-05-09 2012-09-19 广州金升阳科技有限公司 一种提高自激推挽式变换器工作效率的方法及自激推挽式变换器
TW201415968A (zh) * 2012-10-02 2014-04-16 Tripod Technology Corp 電路板封裝結構及其製造方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5070317A (en) * 1989-01-17 1991-12-03 Bhagat Jayant K Miniature inductor for integrated circuits and devices
DE19615921A1 (de) * 1996-04-22 1997-10-23 Vacuumschmelze Gmbh Induktives Bauelement in flacher Bauform
JP4030028B2 (ja) * 1996-12-26 2008-01-09 シチズン電子株式会社 Ｓｍｄ型回路装置及びその製造方法
US6445271B1 (en) * 1999-05-28 2002-09-03 Honeywell International Inc. Three-dimensional micro-coils in planar substrates
US6255714B1 (en) * 1999-06-22 2001-07-03 Agere Systems Guardian Corporation Integrated circuit having a micromagnetic device including a ferromagnetic core and method of manufacture therefor
TW511419B (en) * 2000-10-10 2002-11-21 Primarion Inc Microelectronic magnetic structure, device including the structure, and methods of forming the structure and device
US6990729B2 (en) * 2003-09-05 2006-01-31 Harris Corporation Method for forming an inductor
US7196607B2 (en) * 2004-03-26 2007-03-27 Harris Corporation Embedded toroidal transformers in ceramic substrates
US8350657B2 (en) * 2005-06-30 2013-01-08 Derochemont L Pierre Power management module and method of manufacture
EP2095379A4 (en) * 2006-11-14 2012-12-19 Pulse Eng Inc WIRELESS INDUCTIVE DEVICE AND METHOD
TW200947482A (en) * 2008-05-01 2009-11-16 Taimag Corp Modularized inductive device
US8466769B2 (en) * 2010-05-26 2013-06-18 Tyco Electronics Corporation Planar inductor devices
CN102299616B (zh) * 2011-08-23 2013-09-25 广州金升阳科技有限公司 一种自激推挽式变换器
US8823480B2 (en) * 2012-08-10 2014-09-02 Tyco Electronics Corporation Planar electronic device
US20140125446A1 (en) * 2012-11-07 2014-05-08 Pulse Electronics, Inc. Substrate inductive device methods and apparatus

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1592061A (zh) * 2003-09-01 2005-03-09 台达电子工业股份有限公司 推挽式变换器及用于电源供应器、不断电供电***的方法
CN102684506A (zh) * 2012-05-09 2012-09-19 广州金升阳科技有限公司 一种提高自激推挽式变换器工作效率的方法及自激推挽式变换器
TW201415968A (zh) * 2012-10-02 2014-04-16 Tripod Technology Corp 電路板封裝結構及其製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20160254088A1 (en) 2016-09-01
US9922764B2 (en) 2018-03-20
GB201503274D0 (en) 2015-04-15
GB2535765B (en) 2019-06-19
CN105931814A (zh) 2016-09-07
GB2535765A (en) 2016-08-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105931814B (zh) 嵌入式磁性组件、变压器设备
US10002703B2 (en) Embedded magnetic component transformer device
US8174348B2 (en) Two-phase coupled inductors which promote improved printed circuit board layout
US10573457B2 (en) Embedded magnetic component transformer device
EP1760867B1 (en) Switching power supply unit
US8952776B2 (en) Powder core material coupled inductors and associated methods
US9960683B2 (en) Electronic circuit device
US20110148559A1 (en) multi-turn inductors
CN107834856B (zh) Dc-dc转换器设备
US9013259B2 (en) Powder core material coupled inductors and associated methods
US10930422B2 (en) Power electronics device with improved isolation performance
US20150235754A1 (en) Ferrite inductors for low-height and associated methods
JP4757683B2 (ja) 電源
US11004591B2 (en) Multilayer transformer structure comprising multiple rectification elements
US20090109717A1 (en) Power factor corrected circuit having integrated coil
US20160086711A1 (en) Integrated magnetic module
KR20200060446A (ko) 변압기 장치, 회로 장치, 및 변압기 장치를 동작시키는 방법
EP3853876B1 (en) Low-height coupled inductors
US20230187119A1 (en) Embedded magnetic component transformer device
WO2024017770A1 (en) Multi-phase power converter circuit layout to minimize drive loop and power loop inductances

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant