CN117480580A - 包括多层绕组的嵌入式磁设备 - Google Patents

Abstract

一种设备包括：基板；磁芯，在基板中，包括孔，并且被划分为第一半部和与第一半部相对的第二半部；第一绕组，延伸穿过孔并围绕磁芯延伸；第二绕组，延伸穿过孔并围绕磁芯延伸；以及第三绕组，延伸穿过孔、围绕磁芯延伸、并围绕第一绕组的一部分延伸。第一绕组和第三绕组仅围绕磁芯的相同半部延伸。第二绕组的至少一个第一匝围绕磁芯的第二半部延伸。

Description

包括多层绕组的嵌入式磁设备

技术领域

本发明涉及嵌入式磁设备，并且更具体地，涉及具有多层绕组的嵌入式磁设备。

背景技术

电源设备包括诸如变压器和磁芯之类的磁组件。磁组件通常对电源设备的重量和尺寸影响最大，使得小型化和成本降低变得困难。

在解决该问题时，已知提供低轮廓(low-profile)变压器和电感器，其中变压器或电感器嵌入在由树脂制成的基板中的空腔中，并且变压器或电感器的必要输入和输出电连接形成在基板表面上。基板可以是印刷电路板(PCB)，该PCB包括基板的顶表面和/或底表面上的附加阻焊层和镀铜层。然后，电源设备的电子组件可以表面安装在基板上。这允许制造更紧凑且更薄的电源设备。

在一种已知方法中，具有磁组件的封装结构可以集成到印刷电路板中。在这种已知方法中，在由环氧基玻璃纤维制成的绝缘基板中形成空腔，将环形磁芯放置到该空腔中，然后用环氧树脂凝胶填充该空腔，使得完全覆盖磁芯。然后固化环氧树脂凝胶，形成具有嵌入式磁芯的固体基板。为了设置初级绕组和次级绕组中包括的过孔和迹线，(1)在环形磁芯的内圆周和外圆周上的固体基板中钻出通孔，(2)然后将通孔镀上铜以形成过孔，以及(3)在固体基板的顶表面和底表面上形成迹线，以将各个过孔一起连接成绕组配置并形成输入端子和输出端子。以这种方式，在磁芯周围产生线圈导体。嵌入式变压器的线圈导体包括形成初级绕组和次级绕组的线圈。嵌入式电感器可以以相同的方式形成，但在输入和输出连接、过孔的间距以及所使用的磁芯的类型方面可以变化。

然后可以将阻焊层添加到基板的顶表面和底表面，覆盖表面迹线，从而允许附加电子组件安装在阻焊层上。在电源设备中，例如，一个或多个晶体管和关联的控制电子器件(例如，集成电路(IC)和无源组件)可以安装在阻焊层上。

以这种方式制造的电源设备具有若干个关联的问题。当环氧树脂凝胶凝固时，可以在环氧树脂凝胶中形成气泡。在基板的表面上的电子组件的回流焊接期间，这些气泡可以膨胀并导致电源设备的故障。

备选地，可以使用第二种已知方法，其中不使用环氧树脂凝胶来填充空腔。在该方法中，首先在固体树脂基板中与环形磁芯的内周和外周相对应的位置处钻出通孔。然后对通孔进行电镀以形成变压器绕组的竖直过孔，并且金属盖形成在过孔的顶部和底部上。然后，在过孔之间的固体树脂基板中铺设(routed)磁芯的环形空腔，并且将环型磁芯放置在空腔中。空腔比磁芯稍大，因此磁芯周围可以存在气隙。

一旦磁芯已经***到空腔中，就将上环氧介电层和下环氧介电层添加到基板以覆盖空腔和磁芯。穿过上环氧树脂层和下环氧树脂层钻出通孔直至过孔的盖，并且进行电镀，随后在基板的顶表面和底表面上形成迹线，以形成输入端子和输出端子。

当嵌入式磁组件为变压器时，在磁芯的一侧上设置初级绕组，并且在磁芯的与初级绕组相对的一侧上设置次级绕组。该类型的变压器可以用于电源设备，例如隔离式DC-DC转换器，其中初级侧与次级侧之间需要隔离。隔离距离是初级绕组与次级绕组之间的最小间距。

在上述这些已知方法中，初级绕组与次级绕组之间的间距必须足够大以实现高隔离值，因为隔离仅受空气的介电强度的限制，在这种情况下是在空腔中或在设备的顶表面和底表面处。隔离值也可以因空腔或表面被污垢污染而受到不利影响。

对于许多产品，需要安全机构的批准来证明隔离特性。如果所需的通过空气的隔离距离较大，则将对产品尺寸产生负面影响。对于电源增强电压(即，250Vrms)，在PCB上从初级绕组到次级绕组需要约5mm的间距，以满足EN/UL60950的绝缘要求。

因此，形成变压器的初级绕组和次级绕组的过孔的尺寸和间距主要由电源设备的规格决定。过孔必须具有足够的直径，使得过孔可以成功地镀有金属，并且使得迹线可以以适当的绕组图案形成以将过孔连接在一起。此外，如果过孔放置得太近或太靠近其他组件(例如磁芯)，则电源设备的电容和隔离特性可能受到不利影响。

为了满足EN/UL60950的绝缘要求，例如，对于电源参考电压(即，250Vrms)，固体绝缘体需要0.4mm的隔离距离。图1是上绕组层暴露的嵌入式磁组件设备的顶视图。变压器的初级绕组410被示出在左侧，并且变压器的次级绕组420被示出在右侧。在隔离式DC-DC转换器中，例如，变压器的初级绕组410和次级绕组420必须彼此充分隔离。在图1中，基板305的中心区域(即，由芯腔的内壁包围的区域)(由同心虚线圆圈示出)限定初级绕组和次级绕组之间的隔离区域430。初级绕组410和次级绕组420的内过孔412和422之间的最小距离是隔离距离，并且在图1中由箭头432示出。

图2表示图1所示的已知设备的侧截面图。图2示出了磁芯310、形成初级绕组的迹线413、形成次级绕组的迹线423、外过孔411和421、以及内过孔412和422。如图所示，初级侧和次级侧之间的距离432可以减小到例如约0.4mm，从而允许生产显著更小的设备以及具有更多数量的绕组的设备。

然而，图1和图2所示的设备具有初级绕组和次级绕组之间的耦合以及漏电感较高的问题。在操作中，大的漏电感导致电压浪涌，其可以导致连接电路(包括开关组件)损坏。此外，当电路在高频下操作时，漏电感会导致功率传输延迟和不良负载调节。磁芯内部的空间有限，并且如果需要更多的绕组匝数和对应通孔，同时保持最小隔离距离，则需要增加设备尺寸。

发明内容

为了克服上述问题，本发明的优选实施例提供了紧凑的嵌入式磁组件设备，每个嵌入式磁组件设备具有围绕磁芯的一侧缠绕的绕组，并且每个嵌入式磁组件设备具有改进的耦合和减小的漏电感。

根据本发明的优选实施例，一种嵌入式磁组件设备包括：绝缘基板，包括第一侧、与第一侧相对的第二侧、以及空腔；磁芯，被包括在所述空腔中并且包括内周和外周；第一电绕组，延伸穿过所述绝缘基板并围绕所述磁芯延伸；第二电绕组，延伸穿过所述绝缘基板并围绕所述磁芯延伸；第三电绕组，延伸穿过所述绝缘基板并围绕所述磁芯延伸；以及第四电绕组，延伸穿过所述绝缘基板并围绕所述磁芯延伸。第一电绕组、第二电绕组、第三电绕组和第四电绕组中的每一个包括：上迹线，位于绝缘基板的第一侧上；下迹线，位于所述绝缘基板的第二侧上；内导电连接器，与磁芯的内周相邻地延伸穿过绝缘基板，所述内导电连接器分别限定相应上迹线和相应下迹线之间的电连接；以及外导电连接器，与磁芯的外周相邻地延伸穿过绝缘基板，所述外导电连接器分别限定相应第一上迹线和相应第一下迹线之间的电连接。第一电绕组、第二电绕组和第三电绕组比第四电绕组更靠近磁芯。

第四电绕组的上迹线和下迹线可以比第一电绕组、第二电绕组和第三电绕组的上迹线和下迹线宽。第四电绕组可以包括每个相应第一上迹线和相应第一下迹线之间的两个外导电连接器。第二电绕组可以与第一电绕组重叠。第一电绕组、第二电绕组和第三电绕组的上迹线与第四电绕组的上迹线可以在绝缘基板的不同层上，并且第一电绕组、第二电绕组和第三电绕组的下迹线与第四电绕组的上迹线可以在不同的层上。磁芯可以是八角形形状。

嵌入式磁组件设备还可以包括：第一隔离层，位于绝缘基板的第一侧上在第一电绕组和第二电绕组之间；以及第二隔离层，位于绝缘基板的第二侧上在第一电绕组和第二电绕组之间。第一隔离层和/或第二隔离层可以包括单个层。

根据本发明的优选实施例，一种电路包括：电路基板；以及本发明的各种其他优选实施例中的任一个的嵌入式磁组件设备，安装到电路基板的第一表面。

根据本发明的优选实施例，一种制造嵌入式磁组件设备的方法包括：在绝缘基板中形成空腔，该绝缘基板包括第一侧和与第一侧相对的第二侧；在空腔中安装磁芯，该磁芯包括内周和外周；形成第一电绕组，该第一电绕组延伸穿过绝缘基板并围绕磁芯延伸；形成第二电绕组，该第二电绕组延伸穿过绝缘基板并围绕磁芯延伸；形成第三电绕组，该第三电绕组延伸穿过绝缘基板并围绕磁芯延伸；以及形成第四电绕组，该第四电绕组延伸穿过绝缘基板并围绕磁芯延伸。第一电绕组、第二电绕组、第三电绕组和第四电绕组中的每一个包括：上迹线，位于绝缘基板的第一侧上；下迹线，位于所述绝缘基板的第二侧上；内导电连接器，与磁芯的内周相邻地延伸穿过绝缘基板，所述内导电连接器分别限定相应上迹线和相应下迹线之间的电连接；以及外导电连接器，与磁芯的外周相邻地延伸穿过绝缘基板，所述外导电连接器分别限定相应第一上迹线和相应第一下导电迹线之间的电连接。第一电绕组、第二电绕组和第三电绕组比第四电绕组更靠近磁芯。

第四电绕组的上迹线和下迹线可以比第一电绕组、第二电绕组和第三电绕组的上迹线和下迹线宽。第四电绕组可以包括每个相应第一上迹线和相应第一下迹线之间的两个外导电连接器。第二电绕组可以与第一电绕组重叠。连接到第一电绕组的上迹线与连接到第二电绕组的上迹线可以在不同的层上，并且连接到第一电绕组的下迹线与连接到第二电绕组的下迹线可以在不同的层上。磁芯可以是八角形形状。

该方法还可以包括：形成第一隔离层，其位于绝缘基板的第一侧上在第一电绕组和第二电绕组之间；以及形成第二隔离层，其位于绝缘基板的第二侧上在第一电绕组和第二电绕组之间。第一隔离层和/或第二隔离层可以包括单个层。

根据本发明的优选实施例，一种提供电路的方法包括：提供电路基板；以及将本发明的各种其他优选实施例中的任一个的嵌入式磁组件设备安装到该电路基板。

该方法还可以包括：将电子组件安装到电路基板的与第一表面相对的第二表面。

根据本发明的优选实施例，一种设备包括：基板；磁芯，在所述基板中，包括孔，并且被划分为第一半部和与第一半部相对的第二半部；第一绕组，延伸穿过所述孔并围绕所述磁芯延伸；第二绕组，延伸穿过孔并围绕磁芯延伸；以及第三绕组，延伸穿过孔、围绕磁芯延伸、并围绕第一绕组的一部分延伸。第一绕组和第三绕组仅围绕磁芯的第一半部延伸。第二绕组的至少一个第一匝围绕磁芯的第二半部延伸。

第一绕组、第二绕组和第三绕组中的每一个可以包括通过内迹线和外迹线连接的顶部迹线和底部迹线；第一绕组的顶部迹线与第三绕组的顶部迹线可以在基板的不同层上；第一绕组的底部迹线与第三绕组的底部迹线可以在基板的不同层上；第一绕组、第二绕组和第三绕组的内过孔可以位于该孔内；以及第一绕组、第二绕组和第三绕组的外过孔可以位于磁芯的外部上。第二绕组的至少一个第二匝可以围绕磁芯的第一半部延伸。第一绕组的内过孔可以布置在第一排和第二排中，并且第二绕组的内过孔可以布置在第三排中。

磁芯可以具有八边形形状，并且初级绕组和次级绕组的外过孔可以沿磁芯的三侧布置。该设备还可以包括第一绕组的顶部迹线与第二绕组的顶部迹线之间的第一绝缘层。该设备还可以包括覆盖第二绕组的顶部迹线的第二绝缘层、以及覆盖第二绕组的底部迹线的第三绝缘层。

根据本发明的优选实施例，一种模块包括：模块基板；以及本发明的各种其他优选实施例之一的设备，安装到模块基板。该模块还可以包括同步整流器，其中，第二绕组可以连接到同步整流器的栅极。该模块可以是谐振转换器，其具有由第一绕组和第二绕组的重叠确定的谐振频率。

根据以下参考附图对本发明的优选实施例的详细描述，本发明的上述和其它特征、元件、特性、步骤和优点将变得更显而易见。

附图说明

图1示出了相关技术的嵌入式磁组件的自顶向下视图。

图2表示图1所示的设备的侧截面图。

图3是可包括嵌入式磁设备的DC-DC转换器电路的示意图。

图4至图8是绕组围绕磁芯的一侧缠绕的嵌入式磁设备的图。

图9至图11示出了包括嵌入式变压器的电路模块。

图12是可包括嵌入式磁设备的DC-DC转换器电路的示意图。

图13示出了图12所示的四个绕组的可能布置。

图14至图19示出了可以包括图12的DC-DC转换器电路的电路模块的不同层。

具体实施方式

图3示出了可以包括嵌入式磁设备的DC-DC转换器电路的示意图。DC-DC转换器包括：输入电压V1；开关级，包括两个晶体管Q1和Q2；谐振回路390，包括谐振电容器C1、谐振电感器L1和磁化电感器L2；变压器TX1，包括初级绕组P1和次级绕组S1；整流级，包括桥式布置的二极管D1、D2、D5和D6；输出电容器C5；以及电阻器R1，表示负载。晶体管Q1、Q2串联连接，并且连接到输入电压V1。谐振回路390连接在晶体管Q1、Q2之间的节点与变压器TX1之间。谐振电容器C1和谐振电感器L1可以串联连接，但其他布置也是可能的。谐振电感器L1可以是变压器TX1的漏电感。磁化电感器L2与初级绕组P1并联连接。

在图3所示的谐振拓扑中，可以调整谐振电感L1以达到期望的谐振频率，这可以通过图4至图8所示的多层嵌入式变压器TX1来实现。

图4是初级绕组120和次级绕组130围绕磁芯110的一侧缠绕的嵌入式磁设备的底视图，图5是侧截面图，图6是顶部透视图，并且图7和图8是底部透视图。

图4示出了具有多层绕组的嵌入式变压器，其包括磁芯110、初级绕组120、以及在初级绕组120外部的次级绕组130。图4所示的磁芯110是八角形形状，但也可以使用其他形状，包括例如矩形。初级绕组120和次级绕组130中的每一个由通过过孔连接的迹线限定。尽管次级绕组130被示出为在初级绕组120的外部，但内部绕组可以是次级绕组130，并且外部绕组可以是初级绕组120。

初级绕组120和次级绕组130仅围绕磁芯110的相同半部延伸。初级绕组120或次级绕组130均没有匝围绕磁芯110的另一半部延伸。初级绕组120和次级绕组130可以具有任意匝数。在图13中，可以使用一个或多个辅助绕组，其(a)围绕磁芯110的与初级绕组120和次级绕组130相同的半部延伸和/或(b)围绕磁芯110的另一半部延伸。例如，辅助绕组可以包括围绕磁芯110的与初级绕组120和次级绕组130相同的半部延伸的匝，并且可以包括围绕磁芯110的另一半部延伸的匝，这类似于图13所示的布置。

初级绕组120可以包括穿过磁芯110的孔中的两排内过孔、以及磁芯110的外部上的一排外过孔。次级绕组130可以包括穿过磁芯110的孔中的一排内过孔、以及磁芯110的外部上的一排外过孔。

如图4所示，初级绕组120和次级绕组130的内过孔可以布置为三排。但其他布置也是可能的。

如图4所示，初级绕组120的一排外过孔可以与磁芯110的周边的一部分相邻并且可以沿该部分延伸。次级绕组130的一排外过孔可以与初级绕组120的一排外过孔相邻，并且比初级绕组的一排外过孔与磁芯110间隔更远。初级绕组120和次级绕组130的外过孔可以沿磁芯110的周边的一部分延伸，该部分小于磁芯110的总周边的一半。例如，如果磁芯110具有如图4所示的八边形形状，则初级绕组120和次级绕组130的外过孔可以沿磁芯110的一侧、两侧或三侧延伸。如果磁芯110具有矩形形状，则初级绕组120和次级绕组130的外过孔可以沿磁芯110的一侧延伸。

磁芯110的限定磁芯110的内周的孔可以具有任何合适的形状。例如，在图4中，内周和外周两者可以具有相同的八边形形状。但内周和外周可以具有不同的形状。

尽管未示出，但磁芯110可以容纳在可形成在绝缘基板中的空腔内。基板可以包括树脂材料，例如FR4或G10。FR4和G10是由浸渍环氧树脂粘合剂的玻璃纤维编织布组成的复合“预浸料”材料。树脂被预干燥，但未硬化，使得当它被加热时，它流动并充当玻璃纤维材料的粘合剂。已经发现这些材料具有良好的热性质和绝缘性质。然后将磁芯110安装在基板中的空腔中。该空腔可以比磁芯110稍大，使得磁芯110周围可以存在气隙。备选地，磁芯110与限定空腔的表面之间的空间可以填充有树脂、凝胶或任何其他合适的材料。磁芯110可以手动地或者通过表面安装设备(例如，取放机器)安装在空腔中。

第一绝缘层固定或层压在基板的顶部上以覆盖空腔和磁芯110。第一绝缘层可以包括用作初级绕组120的一部分的迹线的第一金属层，或者可以随后添加金属层。基板的底表面可以包括用作初级绕组120的另一部分的迹线的第二金属层，或者可以随后添加第二金属层。可选地，第二绝缘层和第二金属层可以固定到基板的底部。

随后，第三绝缘层和第三金属层固定或层压在第一绝缘层的顶部上，并且用作次级绕组130的一部分的迹线。第四绝缘层和第四金属层固定或层压在基板或第二绝缘层的底表面上，并且用作次级绕组130的另一部分的迹线。

可以使用附加绝缘层。例如，在基板和第一绝缘层之间可以包括一个或多个附加绝缘层，在第一绝缘层和第三绝缘层之间可以包括一个或多个附加绝缘层，在基板和第二绝缘层之间可以包括一个或多个附加绝缘层，并且在第四绝缘层与基板或第二绝缘层之间可以包括一个或多个附加绝缘层。

所添加的绝缘层可以由与基板相同的材料形成，因为这促进基板的顶表面和底表面与中间绝缘层之间的接合。因此，所添加的绝缘层可以层压到基板上并且彼此层压。可以通过例如施加粘合剂或通过在预浸材料的层之间执行热激活接合来执行层压。基板和附加绝缘层可以是FR4、G10或任何其他合适的材料。备选地，所添加的绝缘层和基板可以包括不同的材料。

图5表示图4所示的变压器的侧截面图。图5示出了过孔525和535可以形成为穿过基板和附加绝缘层，以将顶部绕组层和底部绕组层彼此连接。图5示出了磁芯110、初级绕组120、次级绕组130、将初级绕组120的内层连接的过孔525、以及将次级绕组130的外层连接的过孔535。

磁芯110可以是铁氧体磁芯，因为这可以向设备提供期望的电感。其他类型的磁性材料，并且甚至空气芯(其是形成在变压器的绕组之间的未填充的空腔)也是可能的。尽管在上面的示例中，磁芯110具有八边形形状，但它可以具有不同的形状。磁芯110的八边形形状使磁芯内用于感应磁场的磁空间和用于过孔525和535的物理空间最大化。磁芯110可以涂覆有绝缘材料，以降低在导电磁芯110与过孔525和535或迹线之间发生击穿的可能性。使初级绕组靠近次级绕组的这种配置改进了变压器的耦合、电感和电阻的性能特性，同时最小化或减小变压器的物理尺寸。例如，耦合可以从图1所示的配置中的约0.916改进到图4至图8所示的配置中的约0.991。另外，可以通过初级绕组120和次级绕组130的重叠部分来控制漏电感，并且因此控制谐振转换器(例如，图3所示的使用嵌入式变压器的谐振转换器)的谐振频率。

附加绕组可以被包括在磁芯110的不包括任何绕组的其他部分上。然而，在这种情况下，变压器的物理尺寸将增加，并且穿过磁芯110的开口的尺寸也将需要增加以容纳附加的必要通孔。

图5还指示内部绕组层和外部绕组层的层之间的距离为约0.28mm或约0.21mm并且初级绕组120的金属层与次级绕组130的过孔535之间的距离为约0.4mm的示例性尺寸。为了满足EN/UL60950的绝缘要求，例如，对于电源参考电压(250Vrms)，需要通过固体绝缘体进行0.4mm的分隔。

如果所添加的绝缘层和基板为FR4，则图5示出了初级绕组120和次级绕组130可以被厚度在制造和测量公差内为约0.14mm的两个绝缘层(即，在制造和测量公差内总共约0.28mm)竖直地分开(即，初级绕组120和次级绕组130的相邻迹线之间的距离)，或者可以被厚度在制造和测量公差内为约0.07mm的三个绝缘层(即，在制造和测量公差内总共约0.21mm)竖直地分开。图5还示出了初级绕组120和次级绕组130可以在制造和测量公差内水平地分开约0.4mm(即，初级绕组的迹线或过孔与次级绕组的过孔之间的最短距离)。

当绕组集成在基板的相同层中时，IEC和UL安全标准要求电绕组之间的距离大于0.4mm。在IEC和UL标准的其他规则中，将介电“薄膜片”应用于应在竖直方向上固定的隔离。当基板使用隔离距离为30kV/mm的材料时，两个介电层需要0.28mm的最小间隔。对于三个介电层，最小距离应为0.21mm。因此，水平方向和竖直方向上的隔离距离可以彼此不同。过孔525和535形成在合适的位置处以形成嵌入式变压器的初级绕组120和次级绕组130。由于变压器包括形状为八边形的在中心具有对应的八边形形状开口的磁芯110，因此适当地沿开口的部分以及沿外圆周的一侧形成过孔525和535。

可以通过钻孔、蚀刻或任何其他合适的工艺或技术的任何组合来形成通孔。然后可以对通孔进行电镀，以形成在对应的初级绕组120和次级绕组130的顶部迹线和底部迹线之间延伸的过孔525和535。

将相应过孔525和535连接的迹线限定变压器的绕组。过孔525和535的迹线和镀层通常由铜形成，并且可以以任何合适的方式形成，例如通过将铜导体层添加到绝缘层或基板的外表面(然后蚀刻铜导体层以形成必要的图案)、将铜沉积到绝缘层或基板的表面上、将铜电镀到绝缘层或基板上等。形成初级绕组120和次级绕组130的迹线的宽度和形状可以被配置为最小化电阻。例如，如图所示，形成次级绕组130的迹线的宽度朝向距穿过磁芯110的开口最远的迹线的外侧变宽。另外，如图所示，可以存在两个过孔535，用于连接限定次级绕组130的迹线以最小化较长次级绕组130的电阻。可以使用附加过孔来连接相同的迹线，具体取决于迹线的宽度。

图6和图7分别是图4的嵌入式变压器的顶部透视图和底部透视图，其中未示出基板或绝缘层的材料。图6和图7示出了磁芯110、初级绕组120的层、次级绕组130的层、初级绕组120的过孔525、以及次级绕组130的过孔535。图7的底部透视图示出了初级绕组120可以包括绕组延伸部122和124，其可以用于定位并提供端子以将初级绕组120连接到外部电路，如图8所示。

与图7类似，图8是图4所示的变压器的底部透视图，并且包括用于将初级绕组120和次级绕组130连接到基板或电路的端子柱129和139。图8示出了磁芯110、在绕组的两端处包括两个端子柱139的次级绕组130、初级绕组120、以及均连接到端子柱129的初级绕组延伸部122和124。尽管未示出，但还可以设置例如附加端子柱以对绕组进行中心抽头。

图9至图11示出了包括具有多层绕组的嵌入式变压器900在内的电路模块。电路模块可以是DC-DC转换器(例如，图3所示的DC-DC转换器)、电源、或任何其他合适的电路。如图所示，电路模块可以包括：嵌入式变压器900，通过端子柱990安装到基板940；以及电路组件950，在变压器900的下方安装到基板940。嵌入式变压器900的结构可以类似于先前参考图4至图8描述的结构。与图9类似，图10是透视图，但变压器900和端子柱990被示出为是透明的，使得变压器900下面的电子组件可见。

基板940可以是单面、双面或多层的印刷电路板(PCB)。电路组件950可以安装在基板940的与安装变压器900的表面相对的表面上，和/或可以安装在变压器900的顶表面上。

如图9至图11所示，基板940可以包括基板940的边缘上的城堡形结构945。城堡形结构945可以是用于将基板940安装到主机基板的电镀凹口或半圆形孔。备选地，城堡形结构可以是圆的较小或较大部分，或者可以是电镀孔。城堡形结构提供基板940和主机基板之间的适当对准，基板940使用焊接或另一种合适方法安装在该主机基板上。备选地，基板940可以包括输入/输出引脚、连接器、或提供电路模块和外部电路之间的电连接的任何其他合适机构。

图12示出了可包括嵌入式磁设备的DC-DC转换器电路的示意图。图12示出了改进输出电压的负载调节的隔离式DC-DC转换器。

图12的隔离式DC-DC转换器1200包括初级侧1202和次级侧1252。次级侧1252经由变压器TX1耦合到初级侧。如图12所示，初级绕组P1可以具有3匝，次级绕组S2可以具有6匝，次级绕组S3可以具有7匝，辅助绕组S1可以具有4匝，并且辅助绕组S4可以具有5匝。这些绕组中的每一个可以具有不同数量的匝。

次级侧1252包括次级绕组S2、S3、辅助绕组S1、S4、整流电路、输出电感器L1和输出电容器C2。功率通过中心抽头的次级绕组S2、S3从初级侧传输到输出端子Vout+、Vout-。次级绕组S2、S3的中心抽头可以连接到输出端子Vout-。整流电路包括连接在变压器和输出电感器L1之间的同步整流器Q1、Q2。同步整流器Q1、Q2可以是自驱动同步整流器，每个自驱动同步整流器的栅极连接到变压器TX1的辅助绕组S1、S4之一。

初级侧1202包括降压IC U1。任何合适的IC都可以用作IC U1。IC U1可以包括以下端子：Vin+、SW、BST、EN、FB和GND端子。图12中，IC U1的VIN+端可以经由第一电容器C12连接到地。SW端子可以连接到初级绕组P1的一端。BST端子还可以经由串联的第一电阻器R17和第二电容器C9连接到初级绕组P1的一端。初级绕组P1的另一端可以经由第三电容器C10连接到地，并且可以连接到输出端子(未示出)。GND端子可以连接到地。如果在施加到EN端子的电压较高时使能IC U1，则EN端子可以通过上拉电阻器R22连接到Vin+端子，以限制电流流入到EN端子中，以便防止损坏IC U1的内部组件。

初级绕组P1的另一端可以连接到串联的第二电阻器R23和第三电阻器R18。FB端子经由第四电阻器R24连接到第二电阻器R23和第三电阻器R18的中点。第三电阻器R18可以经由第五电阻器R2连接到地。电容器C1可以与第五电阻器R2并联连接，以过滤第五电阻器R2上的噪声和纹波电压。输入电压V_IN在VIN+端子与第三电阻器R18和第五电阻器R2之间的中点之间输入。如下面将描述的，第五电阻器R2和电压输入的布置形成占空比补偿电路。FB端子还可以通过电阻器R1和R24连接到VIN+端子，这可以通过检测VIN+端上的电压电平来补偿线路调节。VIN+端子处的输入电压可以具有±10％的公差，并且可以基于所检测的输入电压的电压电平来改变操作占空比，从而针对变化的输入电压提供恒定的输出电压。

第五电阻器R2的目的是改进负载调节。当在较高频率下操作时，由于变压器TX1的漏电感以及变压器TX1的初级绕组P1与次级绕组S2、S3之间的不良耦合系数而导致功率传输延迟，因此可以降低次级侧的输出电压。随着负载越大，输出电压的这种降低越大。次级侧始终经由次级绕组S2、S3监视初级侧，因此不能避免由于漏电感而导致的输出电压的降低。可以使用补偿或直接监视次级侧的电路来改进负载调节。然而，这将导致复杂的电路，并且需要注意确保次级侧的适当隔离。相反，隔离式DC-DC转换器1200通过使用占空比补偿电路的第五电阻器R2来提供更简单的解决方案。

占空比补偿电路被配置为增加IC U1中的高侧开关(未示出)的占空比，以增加输出电压以补偿功率传输延迟。当输出电流连接到负载时，第五电阻器R2上存在电压降。该电压降由IC U1的FB端子感测，由于FB端子连接到IC U1的内部运算放大器(未示出)，该内部运算放大器在FB端子处维持固定的参考电压。当重负载连接到输出时，通过第三电阻器R18的电流变小，并且第三电容器C10上的电压增加。因此，第五电阻器R2上的电压降的变化引起输出电压V_OUTl的变化，这也在次级侧1252的输出中看到。换言之，通过改变负载电流来增加IC U1的占空比。重负载会增加占空比，这补偿由于漏电感而导致的输出电压的下降。因此，通过该占空比补偿电路改进了电压调节。

图13示出了图12所示的次级绕组S2、S3和辅助绕组S1、S4的可能布置。与图12类似，在图13中，初级绕组P1可以具有3匝，次级绕组S2可以具有6匝，次级绕组S3可以具有7匝，辅助绕组S1可以具有4匝，并且辅助绕组S4可以具有5匝。但是，与图12中的绕组一样，这些绕组中的每一个可以具有不同数量的匝。图13包括两个辅助绕组S1、S4，但可以使用任意数量的辅助绕组。例如，一些应用可以仅包括单个辅助绕组。次级绕组S2、S3仅围绕磁芯1310的一侧缠绕。辅助绕组S1、S4可以围绕磁芯1310的两侧缠绕。辅助绕组Sl可以包括均位于次级绕组S3的相邻两匝之间的两匝，并且可以包括附加匝，附加匝或者(a)围绕磁芯1310的与次级绕组S2、S3相同的半部延伸，但不在次级绕组S3的相邻两匝之间，或者(b)围绕磁芯1310的另一半部延伸。辅助绕组S4可以包括位于次级绕组S2的相邻两匝之间的单匝，并且可以包括附加匝，附加匝或者(a)围绕磁芯1310的与次级绕组S2、S3相同的半部延伸，但不在次级绕组S3的相邻两匝之间，或者(b)围绕磁芯1310的另一半部延伸。辅助绕组S4的其他可能布置也是可能的。

图14示出了可以包括图12的隔离式DC-DC转换器1200的电路模块1400的示例。电路模块1400可以包括一个或多个通风口1401。尽管图14示出了位于电路模块1400的一侧的两个通风口1401，但可以使用其他布置和数量的通风孔。例如，电路模块1400可以包括单个通风口1401，或者可以包括电路模块1400的相对侧上的两个通风口。在图14中，电路模块1400包括初级侧电路1402和次级侧电路1452。通风口1401可以位于电路模块1400的与次级侧电路1452相同的一侧上。

初级绕组P1、辅助绕组S1、S4和次级绕组S2、S3中的每一个可以包括连接在一起的迹线和过孔，以便围绕磁芯1310延伸。图15至图19示出了电路模块1400的各种可能的层。图15示出了具有初级绕组P1的顶部迹线的层。图16示出了具有辅助绕组S1、S4的顶部迹线和次级绕组S2、S3的顶部迹线的层。图17示出了连接到两个通风口1401的空腔中的磁芯1310。图18示出了具有辅助绕组S1、S4的底部迹线和次级绕组S2、S3的底部迹线的层。图19示出了具有初级绕组P1的底部迹线的层。

如图15至图19所示，初级绕组P1中的迹线可以比辅助绕组S1、S4和次级绕组S2、S3中的迹线宽，并且可以通过多于一个过孔连接在一起。

应当理解，上述描述仅仅用于说明本发明。在不脱离本发明的情况下，本领域技术人员可以设计出各种替代和修改。因此，本发明旨在包含落在所附权利要求范围内的所有这些替代、修改和变化。

Claims (15)

1.一种嵌入式磁组件设备，包括：

绝缘基板，包括第一侧、与所述第一侧相对的第二侧、以及空腔；

磁芯，被包括在所述空腔中并且包括内周和外周；

第一电绕组，延伸穿过所述绝缘基板并围绕所述磁芯延伸；

第二电绕组，延伸穿过所述绝缘基板并围绕所述磁芯延伸；

第三电绕组，延伸穿过所述绝缘基板并围绕所述磁芯延伸；以及

第四电绕组，延伸穿过所述绝缘基板并围绕所述磁芯延伸，其中，

所述第一电绕组、所述第二电绕组、所述第三电绕组和所述第四电绕组中的每一个包括：

上迹线，位于所述绝缘基板的第一侧上；

下迹线，位于所述绝缘基板的第二侧上；

内导电连接器，与所述磁芯的内周相邻地延伸穿过所述绝缘基板，所述内导电连接器分别限定相应上迹线和相应下迹线之间的电连接；以及

外导电连接器，与所述磁芯的外周相邻地延伸穿过所述绝缘基板，所述外导电连接器分别限定相应第一上迹线和相应第一下迹线之间的电连接，并且

所述第一电绕组、所述第二电绕组和所述第三电绕组比所述第四电绕组更靠近所述磁芯。

2.根据权利要求1所述的嵌入式磁组件设备，其中，所述第四电绕组的上迹线和下迹线比所述第一电绕组、所述第二电绕组和所述第三电绕组的上迹线和下迹线宽。

3.根据权利要求1或2所述的嵌入式磁组件设备，其中，所述第四电绕组包括每个相应第一上迹线和相应第一下迹线之间的两个外导电连接器。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的嵌入式磁组件设备，其中，

所述第一电绕组、所述第二电绕组和所述第三电绕组的上迹线与所述第四电绕组的上迹线在所述绝缘基板的不同层上，并且

所述第一电绕组、所述第二电绕组和所述第三电绕组的下迹线与所述第四电绕组的上迹线在不同的层上。

5.一种电路，包括：

电路基板；以及

根据权利要求1至4中任一项所述的嵌入式磁组件设备，安装到所述电路基板的第一表面。

6.一种制造嵌入式磁组件设备的方法，所述方法包括：

在绝缘基板中形成空腔，所述绝缘基板包括第一侧和与所述第一侧相对的第二侧；

在所述空腔中安装磁芯，所述磁芯包括内周和外周；

形成第一电绕组，所述第一电绕组延伸穿过所述绝缘基板并围绕所述磁芯延伸；

形成第二电绕组，所述第二电绕组延伸穿过所述绝缘基板并围绕所述磁芯延伸；

形成第三电绕组，所述第三电绕组延伸穿过所述绝缘基板并围绕所述磁芯延伸；以及

形成第四电绕组，所述第四电绕组延伸穿过所述绝缘基板并围绕所述磁芯延伸；其中，

所述第一电绕组、所述第二电绕组、所述第三电绕组和所述第四电绕组中的每一个包括：

上迹线，位于所述绝缘基板的第一侧上；

下迹线，位于所述绝缘基板的第二侧上；

内导电连接器，与所述磁芯的内周相邻地延伸穿过所述绝缘基板，所述内导电连接器分别限定相应上迹线和相应下迹线之间的电连接；以及

外导电连接器，与所述磁芯的外周相邻地延伸穿过所述绝缘基板，所述外导电连接器分别限定相应第一上迹线和相应第一下导电迹线之间的电连接；并且

所述第一电绕组、所述第二电绕组和所述第三电绕组比所述第四电绕组更靠近所述磁芯。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第四电绕组的上迹线和下迹线比所述第一电绕组、所述第二电绕组和所述第三电绕组的上迹线和下迹线宽。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，所述第四电绕组包括每个相应第一上迹线和相应第一下迹线之间的两个外导电连接器。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其中，

连接到所述第一电绕组、所述第二电绕组和所述第三电绕组的上迹线与连接到所述第四电绕组的上迹线在不同的层上，并且

连接到所述第一电绕组、所述第二电绕组和所述第三电绕组的下迹线与连接到所述第四电绕组的下迹线在不同的层上。

10.一种提供电路的方法，所述方法包括：

提供电路基板；以及

将根据权利要求6至9中任一项所述的嵌入式磁组件设备安装到所述电路基板。

11.一种设备，包括：

基板；

磁芯，在所述基板中，包括孔，并且被划分为第一半部和与第一半部相对的第二半部；

第一绕组，延伸穿过所述孔并围绕所述磁芯延伸；

第二绕组，延伸穿过所述孔并围绕所述磁芯延伸；以及

第三绕组，延伸穿过所述孔、围绕所述磁芯延伸、并围绕所述第一绕组的一部分延伸；其中，

所述第一绕组和所述第三绕组仅围绕所述磁芯的第一半部延伸；以及

所述第二绕组的至少一个第一匝围绕所述磁芯的第二半部延伸。

12.根据权利要求11所述的设备，其中，

所述第一绕组、所述第二绕组和所述第三绕组中的每一个包括通过内迹线和外迹线连接的顶部迹线和底部迹线；

所述第一绕组的顶部迹线与所述第三绕组的顶部迹线在所述基板的不同层上；

所述第一绕组的底部迹线与所述第三绕组的底部迹线在所述基板的不同层上；

所述第一绕组、所述第二绕组和所述第三绕组的内过孔位于所述孔内；以及

所述第一绕组、所述第二绕组和所述第三绕组的外过孔位于所述磁芯的外部上。

13.根据权利要求11或12所述的设备，其中，所述第二绕组的至少一个第二匝围绕所述磁芯的第一半部延伸。

14.一种模块，包括：

模块基板；以及

根据权利要求11至13中任一项所述的设备，安装到所述模块基板。

15.根据权利要求14所述的模块，还包括同步整流器；其中，

所述第二绕组连接到所述同步整流器的栅极。