嵌入式磁性组件、变压器设备制造技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术实现思路
现在应当参考的独立权利要求限定了本专利技术。从属权利要求阐述了有利特征。本专利技术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。本专利技术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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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，第一绕组部分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。...

【技术特征摘要】
2015.02.26 GB 1503274.11.一种电力电子设备，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，第一绕组部分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。2.根据权利要求1所述的设备，其中第一绕组部分的所有匝都与第二绕组部分的匝交织。3.根据权利要求1或2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.根据前述任一项权利要求所述的设备，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.根据前述任一项权利要求所述的设备，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.根据前述任一项权利要求所述的设备，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至5中任一项所述的设备，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.根据前述任一项权利要求所述的设备，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.根据前述任一项权利要求所述的设备，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所有匝都和第四绕组部分的匝交织。12.根据权利要求9至11中任一项所述的设备，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至12中任一项所述的设备，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.根据前述任一项权利要求所述的设备，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.根据前述任一项权利要求所述的设备，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。16.根据前述任一项权利要求所述的设备，其中第一晶体管和第二晶体管设置为，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。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
\t基板中具有空腔，所述空腔具有内周界和外周界；b)在所述空腔中插入磁芯，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；其中第一电绕组和第二电绕组各自包括：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...

【专利技术属性】
技术研发人员：奎恩·内勒，李·弗朗西斯，王晶，
申请(专利权)人：株式会社村田制作所，
类型：发明
国别省市：日本;JP