一种多功能印刷电路板制造技术

本发明专利技术提供一种用于将基于GaN的功率转换器的多个组件组装到单个封装中的多功能印刷电路板(PCB)，其包括：内置变换器，其包括变换器初级绕组和变换器次级绕组；内置耦合器，其包括耦合器初级绕组和耦合器次级绕组；多个导电迹线和导电通孔，其用于在所述内置变换器、所述内置耦合器和所述多个组件之间提供电连接。所述变换器初级绕组、所述变换器次级绕组、所述耦合器初级绕组和所述耦合器次级绕组中的每一个由分别形成于一个或多个PCB层之上的一个或多个平面导电线圈构造而成。一个或多个平面导电线圈构造而成。一个或多个平面导电线圈构造而成。

【技术实现步骤摘要】
一种多功能印刷电路板


[0001]本公开总体上涉及一种多功能印刷电路板，且更具体地说，涉及一种具有变换器和耦合器等平面电磁组件，用于将基于GaN的功率转换器的多个组件组装到单个封装中的多功能印刷电路板。

技术介绍

[0002]基于GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的功率转换器由于其低功耗和快速开关转换而广泛地用于移动装置中的快速充电和功率转换。
[0003]一般来说，功率转换器使用具有初级线圈和次级线圈的变换器将功率从电源传递到负载。在初级线圈和次级线圈中流动的电流通过初级侧和次级侧开关装置传导或阻断，初级侧和次级侧开关装置分别由初级侧和次级侧控制器控制。变换器的制造涉及将导线缠绕在芯或线轴结构上，这是最难小型化的。此外，随着工作频率的提高，需要保证初级侧和次级侧开关交替接通和断开，以免功率转换器发生故障。一些方法使用光耦合器在初级侧和次级侧控制器之间进行通信，以免初级侧和次级侧开关同时接通。然而，光耦合器存在着功耗高、寿命短、对环境温度依赖、可靠性低的问题。

技术实现思路

[0004]本公开的一个目标是提供一种在初级侧和次级侧控制器之间具有更可靠和稳定的通信从而满足在高频下操作的连续要求的基于GaN的功率转换器。本公开的另一目标是提供一种具有更紧凑的大小从而促进更多功能集成到单个移动装置中的基于GaN的功率转换器。
[0005]根据本公开的一个方面，提供一种基于GaN的功率转换器，其包括：变换器；磁耦合器；初级开关；次级开关；初级控制器；次级控制器；多层印刷电路板(PCB)，包括：分别形成于一个或多个PCB层之上且彼此对齐以构造所述变换器和所述耦合器的一个或多个平面线圈；以及用于在所述变换器、所述耦合器、初级开关、次级开关、初级控制器和次级控制器之间提供电连接的多个传导迹线和通孔。所述功率转换器进一步包括一对铁氧体芯，所述一对铁氧体芯分别固定到所述PCB的顶表面和底表面上且由所述变换器和所述耦合器共享。
[0006]根据本公开的另一个方面，提供一种用于将基于GaN的功率转换器的多个组件组装到单个封装中的多功能印刷电路板(PCB)，其包括：内置变换器，其包括变换器初级绕组和变换器次级绕组；内置耦合器，其包括耦合器初级绕组和耦合器次级绕组；多个导电迹线和导电通孔，其用于在所述内置变换器、所述内置耦合器和所述多个组件之间提供电连接；其中所述变换器初级绕组、所述变换器次级绕组、所述耦合器初级绕组和所述耦合器次级绕组中的每一个由分别形成于一个或多个PCB层之上的一个或多个平面导电线圈构造而成；所述一个或多个PCB层堆叠，且所述一个或多个平面导电线圈彼此对齐，使得所述变换器和所述耦合器能够共享一对共同的铁氧体芯；所述内置变换器配置成通过以某一开关频率接通和断开连接到所述变换器初级绕组的初级开关和连接到所述变换器次级绕组的次
级开关来传递功率；所述内置耦合器配置成将载波信号从配置成控制所述初级开关的接通和断开的初级侧控制器传递到配置成控制所述次级开关的接通和断开的次级侧控制器，以便确保所述初级开关和所述次级开关交替地接通和断开；且由所述耦合器传递的所述载波信号具有不同于所述变换器的所述开关频率的载波频率。
[0007]所述变换器配置成通过以某一开关频率接通和断开所述初级开关和所述次级开关来传递功率。所述耦合器配置成将同步信号从所述初级控制器传递到所述次级控制器，使得所述初级开关和所述次级开关交替地接通和断开，从而确保所述变换器的正确运行；并且由所述耦合器传递的所述同步信号具有不同于所述开关频率的载波频率。
[0008]因为变换器和磁耦合器是由PCB内置的平面线圈构造而成的，所以功率转换器的轮廓可以大大减小。此外，初级控制器和次级控制器可通过磁耦合器彼此通信，以交替地接通和断开初级和次级开关，从而确保即使在高操作频率下变换器也能正确运行。因为由磁耦合器传递的同步信号具有不同于初级和次级开关的开关频率的载波频率，所以变换器和磁耦合器之间的串扰可被避免。
附图说明
[0009]下文参考附图更详细地描述本公开的优选实施例，在附图中：
[0010]图1A和1B分别描绘根据本公开的一些实施例的基于GaN的功率转换器的示意俯视图和电路图；
[0011]图2描绘根据本公开的一些实施例的初级控制器的功能框图；
[0012]图3描绘根据本公开的一些实施例的次级控制器的功能框图；
[0013]图4示出当图2的初级控制器与图3的次级控制器通信时的信号波形；
[0014]图5A和5B分别描绘根据本公开的其它实施例的基于GaN的功率转换器的示意俯视图和电路图；
[0015]图6描绘根据本公开的一些实施例的次级控制器的功能框图；
[0016]图7描绘根据本公开的一些实施例的初级控制器的功能框图；
[0017]图8示出当图6的次级控制器与图7的初级控制器通信时的信号波形；
[0018]图9A和9B分别描绘根据本公开的其它实施例的基于GaN的功率转换器的示意俯视图和电路图；
[0019]图10描绘根据本公开的一些实施例的初级控制器的功能框图；
[0020]图11描绘根据本公开的一些实施例的次级控制器的功能框图；
[0021]图12A示出当图10的初级控制器与图11的次级控制器以第一通信模式通信时的信号波形；
[0022]图12B示出当图10的初级控制器与图11的次级控制器以第二通信模式通信时的信号波形；
[0023]图13描绘根据本公开的一些实施例的基于GaN的功率转换器的简化侧视图；
[0024]图14描绘根据本公开的一些实施例的多功能PCB的简化分解图，示出了内置平面变换器和内置平面磁耦合器；
[0025]图15描绘图14的多功能PCB的变型的简化分解图；
[0026]图16描绘根据本公开的其它实施例的多功能PCB的简化分解图，示出了内置平面
变换器和内置平面磁耦合器；
[0027]图17描绘图16的多功能PCB的变型的简化分解图；
[0028]图18A
‑
18C描绘根据本公开的一些实施例的平面线圈的各个形状；
[0029]图19描绘根据本公开的实施例的用于制造基于GaN的功率转换器的方法的流程图；
[0030]图20描绘根据本公开的一些实施例的用于制造多功能PCB的方法的流程图；
[0031]图21描绘根据本公开的其它实施例的用于制造多功能PCB的方法的流程图。
具体实施方式
[0032]在以下描述中，根据本公开，将基于GaN的功率转换器和多功能印刷电路板(PCB)的实施例阐述为优选实例。所属领域的技术人员将清楚，可在不脱离本专利技术的范围和精神的情况下作出包含添加和/或替代在内的修改。可省略特定细节以免使本专利技术模糊不清；然而，编写本公开是为了使所属领域的技术人员能够在不进行不当实验的情况下实践本文中的教示。
[0033]本说明书中对“一个实施例”或“实施例”的引用是指结合所述实施例描述的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于将功率转换器的多个组件组装到单个封装中的多功能印刷电路板(PCB)，其特征在于，所述多功能PCB包括：内置变换器，其包括变换器初级绕组和变换器次级绕组；内置耦合器，其包括耦合器初级绕组和耦合器次级绕组；多个导电迹线和导电通孔，其用于在所述内置变换器、所述内置耦合器和所述多个组件之间提供电连接；其中所述变换器初级绕组、所述变换器次级绕组、所述耦合器初级绕组和所述耦合器次级绕组中的每一个由分别形成于一个或多个PCB层之上的一个或多个平面导电线圈构造而成；所述一个或多个PCB层堆叠，且所述一个或多个平面导电线圈彼此对齐，使得所述内置变换器和所述内置耦合器能够共享一对共同的铁氧体芯；所述内置变换器配置成通过接通和断开连接到所述变换器初级绕组的初级开关和连接到所述变换器次级绕组的次级开关而以某一开关频率传递功率；所述内置耦合器配置成将载波信号从配置成控制所述次级开关的接通和断开的次级侧控制器传递到配置成控制所述初级开关的接通和断开的初级侧控制器，以便确保所述初级开关和所述次级开关交替地接通和断开；且由所述耦合器传递的所述载波信号具有不同于所述变换器的所述开关频率的载波频率，使得所述变换器和所述耦合器之间的串扰能够被避免。2.根据权利要求1所述的多功能印刷电路板(PCB)，其特征在于：所述变换器初级绕组包括形成于第一PCB层之上的变换器初级线圈；且所述变换器初级绕组包括形成于第二PCB层之上的变换器次级线圈；且所述第一PCB层安置成邻近于所述第二PCB层，使得所述变换器初级线圈与所述变换器次级线圈磁耦合以形成变换器层组合件。3.根据权利要求2所述的多功能印刷电路板(PCB)...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹艳波，杜发达，汤超，林文杰，
申请(专利权)人：英诺赛科苏州科技有限公司，
类型：发明
国别省市：