DC‑DC转换器设备制造技术

本申请涉及DC‑DC转换器，包括：绝缘基板；嵌入到所述绝缘基板中的磁芯，所述磁芯具有小于或等于5.4mm×5.4mm×1.8mm的非零x、y和z尺寸；分离的初级变压器绕组和次级变压器绕组，围绕所述磁芯的第一区域和第二区域；以及控制电路，包括：振荡器；耦接至所述振荡器的驱动电路；以及耦接至所述驱动电路的一个或多个开关；所述驱动电路向所述一个或多个开关提供开关信号，并且使所述一个或多个开关通电以向所述初级变压器绕组提供驱动电压；以及其中所述一个或多个开关是在绝缘体上硅结构中实现的场效应晶体管或者实现为蓝宝石上硅结构的场效应晶体管。

DC DC converter equipment

The invention relates to DC DC converter, comprising: an insulating substrate; the insulating core is embedded into the substrate, wherein the magnetic core is less than or equal to 5.4mm * 5.4mm * 1.8mm x, Y Z and non zero dimensions; separation of the primary winding and the secondary winding of transformer, the first and second regions around the core the; and a control circuit comprises an oscillator; coupling drive circuit is connected to the oscillator; and coupled to the drive circuit of one or more switches; the drive circuit provides a switch signal to one or more of the switch, and the one or more switch to provide a primary transformer winding to the driving voltage; and wherein one or more switches are achieved in the field effect transistor silicon on insulator structure or for field effect transistor silicon on sapphire structure .

【技术实现步骤摘要】
DC-DC转换器设备
本申请涉及嵌入式DC-DC转换器设备，并且具体地涉及一种具有改进的功率效率的DC-DC转换器设备。
技术介绍
已知例如US2011/0108317A1中提供了一种小轮廓(lowprofile)变压器和电感器，其中磁性组件嵌入在树脂基板中的空腔内，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，该转换器设备的必要电子组件可以表面安装在PCB上。相比常规转换器，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，用于将转换器设备安装在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，包括具有较小占用空间的变压器组件在内的转换器设备能够实现在PCB上安装更多的组件，或者能够使PCB的总尺寸、继而整个转换器设备的总尺寸减小。嵌入式DC-DC转换器设备可以配置为推挽式转换器。以本申请人的名义的US2016/111965中讨论了一个这种设备，将其合并在此作为参考。将这种类型的转换器合并到本申请人的NXE1生产线中。US2016/111965的设备描述用于带式电路结构(称作自振荡推挽式电路)，其依赖于磁芯的饱和度来操作。下面结合图5更详细地描述这种设备。然而对于可以减小典型的变压器的尺寸存在实际的限制。例如，减小变压器的磁芯的尺寸导致了芯区更快饱和，导致了从初级绕组到次级绕组的电功率传递时的操作损耗。增加芯区的操作频率减小了芯区处于饱和状态的时间。然而，由于涡流损耗和磁滞损耗，增加变压器的操作频率导致了明显的损耗。此外，由于其组件的电阻，诸如US2016/111965之类的现有技术转换器具有有限的操作频率。因此，我们希望能够提供一种小型化的DC-DC转换器设备，所述DC-DC转换器设备通过在高操作频率下减小的损耗而要求较少的输入功率，并且提供一种制造这种设备的方法。
技术实现思路
现在应当参考的独立权利要求限定了本申请。从属权利要求阐述了有利特征。在本专利技术的第一方面，提供了一种DC-DC转换器，包括：绝缘基板；嵌入到所述绝缘基板中的磁芯，所述磁芯具有小于5.4mm×5.4mm×1.8mm的非零尺寸；分离的初级变压器绕组和次级变压器绕组，围绕所述磁芯的第一区域和第二区域；控制电路，包括：振荡器；耦接至所述振荡器的驱动电路；耦接至所述驱动电路的一个或多个开关；所述驱动电路提供开关信号以控制所述一个或多个开关，并且使所述一个或多个开关通电以向所述初级变压器绕组提供驱动电压；其中所述一个或多个开关可以是在绝缘体上硅结构中实现的场效应晶体管或者实现为蓝宝石上硅结构的晶体管。驱动所述开关的开关信号可以具有至少1MHz的频率，并且优选地在1MHz和10MHz之间。向所述控制电路和变压器供电的电源单元可以具有额定在1.5W或以下的满负荷处的功耗。所述初级变压器绕组和所述次级变压器绕组中的每一个包括围绕所述磁芯的区域的嵌入式导电线圈，其中所述导电线圈包括穿过与所述磁芯相邻的绝缘基板的多个导电过孔以及连接相邻的导电过孔的多个导电迹线，所述导电过孔和所述导电迹线从而形成线圈结构。所述绝缘基板可以具有彼此相对的第一主表面和第二主表面，并且所述多个导电迹线分别设置在所述第一主表面和所述第二主表面上。连接在所述振荡器的接地端和输入端之间的电容器可以根据所述电容器的电容来调谐所述振荡器的振荡频率。所述电容器可以连接至所述振荡器的输入端，而不可以连接其他电学组件。所述初级变压器绕组可以包括小于五个绕组。附图说明现在仅以说明方式参考附图对本专利技术的实施例进行描述，其中：图1A至图1G示出了根据示例实施例的制造DC-DC转换器设备的嵌入式磁芯的示例技术；图2在形成绕组结构的导电过孔的顶视图中示出了本专利技术的第一实施例；图3示出了用于图2中的导电过孔的布置的迹线图案以形成所述绕组：图4示出了转换器设备形成开关控制的推挽式转换器电路的一部分的实施例；以及图5示出了转换器设备形成自振荡推挽式转换器电路的一部分的比较示例。具体实施方式本专利技术的示例实施例采取嵌入式转换器设备的形式，具有设置在基板中嵌入的磁芯周围的第一变压器绕组和第二变压器绕组。转换器设备可以有利地用作开关功率电子设备的一部分。在下面将详细讨论的图2至图4中示出所述设备的实施例。为了便于理解，现在将参考图1A至图1F来描述制造转换器设备的示例方法。本申请人提交的US2016/049235(A1)和US2016/049236(A1)中描述了一种用于制造转换器设备的技术，通过引用将其并入本文。在所述方法的第一步骤中，如图1A所示，在绝缘基板101中路由用于包封磁芯的圆环或腔102。在本示例中，绝缘基板由诸如FR4之类的树脂材料形成。FR4是由浸渍有环氧树脂粘合剂的编织玻璃纤维布组成的复合“预浸”材料。树脂被预干燥但未硬化，使得当它被加热时，它流动并用作玻璃纤维材料的粘合剂。已经发现FR4具有良好的热和绝缘性质。如图1B所示，然后将圆形磁芯103安装在腔体102中。腔体102可以略微大于磁芯103，使得可以在磁芯103周围存在空气隙。可以手动地或者通过诸如拾取和放置机器之类的表面安装设备将磁芯103安装在腔体中。在下一个步骤中，如图1C所示，将第一绝缘层104或盖层固定或层压在绝缘基板101上以覆盖腔体102和磁芯103。优选地，所述盖层104由与绝缘基板101相同的材料形成，因为这有助于绝缘基板101的上表面和盖层104的下表面之间的接合。因此，盖层104也可以由层压在绝缘基板101上诸如FR4之类的材料形成。层压可以是预浸渍材料层之间的过孔粘合或者过孔热激活接合。在其他实施例中，其他材料可以用于层104。在图1D所示的下一个步骤中，穿过绝缘基板101和盖层104形成通孔105。通孔105形成在合适的位置以形成嵌入式变压器的第一和第二线圈导体绕组。随后将描述通孔的实际布置，但是在图1D中示出了包括与腔体102的内部和外部圆形周界相对应的两个弧形在内的通孔普通图案。如在现有技术中已知的，可以通过钻孔或任意其他合适的技术形成通孔105。如图1E所示，然后对通孔105进行电镀以形成从盖层的上表面延伸至基板101的下表面的导电过孔106。向盖层104的上表面添加导电或金属迹线107以形成连接相应的导电过孔106的上部绕组层以及形成所述变压器的绕组的部分。在图1E的右手侧作为示例图示了上部绕组层。金属迹线107和用于导电过孔的电镀通常由铜形成，并且可以按照任意合适的方式形成，例如通过向层104的外表面添加铜导体层、然后对铜导体层进行刻蚀以形成必需的图案，将铜沉积到表面上等等。金属迹线107也形成在绝缘基板101的下表面上以形成下部绕组层，所述下部绕组层也连接相应的导电过孔106以部分形成变压器绕组。上部和下部绕组层和过孔106一起形成了变压器的绕组。在该图示中，只示出了第一侧和第二侧绕组。如图1F和图1G所示，可选的第二和第三另外的绝缘层108可以形成在图1E所示的结构的上表面和小表面上，以形成第一隔离屏障和第二隔离屏障。可以通过层压或任意其他合适的技术将所述层固定在适当的位置。在图1F中，第一绝缘层的下表面或第一隔离屏障108a粘附至盖层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种DC‑DC转换器，包括：绝缘基板；嵌入到所述绝缘基板中的磁芯，所述磁芯具有小于或等于5.4mm×5.4mm×1.8mm的非零x、y和z尺寸；分离的初级变压器绕组和次级变压器绕组，围绕所述磁芯的第一区域和第二区域；以及控制电路，包括：振荡器；耦接至所述振荡器的驱动电路；以及耦接至所述驱动电路的一个或多个开关；所述驱动电路向所述一个或多个开关提供开关信号，并且使所述一个或多个开关通电以向所述初级变压器绕组提供驱动电压；以及，其中所述一个或多个开关是在绝缘体上硅结构中实现的场效应晶体管或者实现为蓝宝石上硅结构的场效应晶体管。

【技术特征摘要】
2016.09.15 GB 1615743.01.一种DC-DC转换器，包括：绝缘基板；嵌入到所述绝缘基板中的磁芯，所述磁芯具有小于或等于5.4mm×5.4mm×1.8mm的非零x、y和z尺寸；分离的初级变压器绕组和次级变压器绕组，围绕所述磁芯的第一区域和第二区域；以及控制电路，包括：振荡器；耦接至所述振荡器的驱动电路；以及耦接至所述驱动电路的一个或多个开关；所述驱动电路向所述一个或多个开关提供开关信号，并且使所述一个或多个开关通电以向所述初级变压器绕组提供驱动电压；以及，其中所述一个或多个开关是在绝缘体上硅结构中实现的场效应晶体管或者实现为蓝宝石上硅结构的场效应晶体管。2.根据权利要求1所述的DC-DC转换器，其中驱动所述开关的开关信号具有至少1MHz的频率，并且优选地在1MHz至10MHz的范围内。3.根据权利要求1或2所述的DC-DC转换器，包括向所述控制电路和变压器供电的电源单元，所述电源单元具有额定在1.5W或以下的满负荷处的功耗。4.根据任一前述权利要求所述的DC-DC转换器，其中所述初级变压器绕组和所述次级变压器绕组中的每一个包括围绕所述磁芯的区域的嵌入式导电线圈，其中所述导电线圈包括穿过与所述磁芯相邻的绝缘基板的多个导电过孔以及连接相邻的导电过孔的多个导电迹线，所述导电过孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：奎因·克内勒，斯科特·帕里什，马克·莫法特，
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