CN101051549B - 柔性电路板实现的llc谐振变换器中无源元件集成结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的柔性电路板实现的LLC谐振变换器中无源元件集成结构包括：由第一磁芯和第二磁芯形成的闭合磁路，在闭合磁路的磁芯柱上自里向外依次同轴线套有筒状双面柔性电路板、筒状磁性材料层和筒状单面柔性电路板，筒状双面柔性电路板由第一绝缘层、第一铜箔、绝缘介质层、第二铜箔和第二绝缘层依次迭置形成的板材绕制构成，筒状单面柔性电路板由第三绝缘层、第三铜箔和第四绝缘层依次迭置形成的板材绕制构成。本发明利用柔性电路板实现了LLC谐振变换器中谐振电容、谐振电感、并联电感和变压器的集成。通过本发明的无源元件集成结构有利于进一步提高电力电子变换器功率密度。

Description

柔性电路板实现的LLC谐振变换器中无源元件集成结构
技术领域
本发明涉及无源元件集成结构，具体涉及柔性电路板实现的LLC谐振变换器中无源元件集成结构。
背景技术
近年来，消费类电子产品“轻、薄、小”的发展趋势使得电力电子变换器追求越来越高的功率密度。为了实现高的功率密度，如何减小无源元件的体积是关键，因为在电力电子变换器中无源元件占到了总体积的大部分。高频化是减小无源元件体积的一个重要方向。
另外一个方向就是无源元件集成。ZL 02801543.6中提出了一种金属箔绕制的矮型电感-电容功率处理器，实现了电感和电容的集成。
但电力电子变换器，尤其是应用于消费类电子产品中的电力电子变换器，出于安全性的考虑，通常需要采用变压器隔离。因此，如果能够实现变压器、电感和电容的集成，将是一种更广范围的无源元件集成，会更有意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种柔性电路板实现的LLC谐振变换器中无源元件集成结构。
本发明的柔性电路板实现的LLC谐振变换器中无源元件集成结构，包括：
由第一磁芯和第二磁芯形成的闭合磁路，在闭合磁路的磁芯柱上自里向外依次同轴线套有筒状双面柔性电路板、筒状磁性材料层和筒状单面柔性电路板，筒状双面柔性电路板由第一绝缘层、第一铜箔、绝缘介质层、第二铜箔和第二绝缘层依次迭置形成的板材绕制构成，第一铜箔的首端和第二铜箔的末端分别焊接有与外电路连接的焊盘，筒状单面柔性电路板由第三绝缘层、第三铜箔和第四绝缘层依次迭置形成的板材绕制构成，第三铜箔的两端分别焊有与外电路连接的焊盘。
本发明的无源元件集成结构中，筒状双面柔性电路板的第一铜箔、绝缘介质层和第二铜箔构成LLC谐振变换器中谐振电容，第一铜箔、第二铜箔和第一、第二磁芯构成LLC谐振变换器中并联电感，第一铜箔和第二铜箔同时构成变压器原边绕组，筒状单面柔性电路板的第三铜箔构成变压器副边绕组，由筒状双面柔性电路板、筒状单面柔性电路板和第一、第二磁芯构成的变压器的漏感为LLC谐振变换器中谐振电感，通过调节磁性材料层的厚度可以调节LLC谐振变换器中谐振电感的大小。
本发明的无源元件集成结构利用柔性电路板实现了LLC谐振变换器中谐振电容、谐振电感、并联电感和变压器的集成。柔性电路板是印刷电路板的一种，特点是柔软性能很好，可以弯折卷曲，因此可以方便的绕制在磁芯柱上。通过本发明的无源元件集成结构有利于进一步提高电力电子变换器功率密度。
附图说明
图1是本发明的一种具体结构示意图；
图2是构成双面柔性电路板的板材的横截面；
图3是筒状双面柔性电路板的俯视图；
图4是构成单面柔性电路板的板材的横截面；
图5是筒状单面柔性电路板的俯视图；
图6是双面柔性电路板两面铜箔与外电路连接时的集中参数等效电路图；
图7是LLC谐振变换器电路图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明。
参照图1，本发明的柔性电路板实现的LLC谐振变换器中无源元件集成结构，包括：由第一磁芯1和第二磁芯2形成的闭合磁路，图示实例中，闭合磁路由均呈“E”形的第一磁芯1和第二磁芯2构成，具有三磁芯柱，在闭合磁路的中间的磁芯柱上自里向外依次同轴线套有筒状双面柔性电路板3，筒状磁性材料层5和筒状单面柔性电路板4。闭合磁路或者也可以由均呈“U”形的第一磁芯1和第二磁芯2构成，具有两磁芯柱，筒状双面柔性电路板3，筒状磁性材料层5和筒状单面柔性电路板4同轴线套在其中的一个磁芯柱上。这里的磁性材料层5可以是铁氧体聚合物。
筒状双面柔性电路板3由第一绝缘层6、第一铜箔7、绝缘介质层8、第二铜箔9和第二绝缘层10依次迭置形成的板材绕制构成，该板材的截面如图2所示，筒状双面柔性电路板的俯视图如图3所示，其中，绝缘介质层8可采用聚酰亚胺。在第一铜箔7的首端和第二铜箔9的末端分别焊接有与外电路连接的焊盘11和12。筒状单面柔性电路板4由第三绝缘层13、第三铜箔14和第四绝缘层15依次迭置形成的板材绕制构成，该板材的截面如图4所示，筒状单面柔性电路板的俯视图如图5所示，在第三铜箔14的两端分别焊有与外电路连接的焊盘16、17。实际应用中，根据需要筒状双面柔性电路板3可为一圈或为同心式绕制一圈以上，筒状单面柔性电路板4可为一圈或为同心式绕制一圈以上。
根据需要也可采用多个原边绕组和多个副边绕组。
图6是筒状双面柔性电路板利用焊接在第一铜箔首端的焊盘11和焊接在第二铜箔末端的焊盘12与外电路相连的集中参数等效电路图，图中24为LLC谐振变换器中的谐振电容24，25为LLC谐振变换器中并联电感。
图7是LLC谐振变换器电路图。图中功率器件S1及其体二极管D1和功率器件S2及其体二极管D2形成了半桥逆变电路，整流二极管D3、D4、D5、D6以及电容C1形成了全桥整流滤波电路。变换器原边电路除了半桥外还可以用全桥等，副边整流电路除了全桥整流外还可以用全波整流等。图中大虚线框内为图1所示无源元件集成结构的等效电路图。筒状双面柔性电路板的第一铜箔、绝缘介质层和第二铜箔构成LLC谐振变换器中谐振电容24，第一铜箔、第二铜箔、第一磁芯和第二磁芯构成LLC谐振变换器中并联电感25，第一铜箔和第二铜箔同时构成变压器28的原边绕组26，筒状单面柔性电路板的第三铜箔构成变压器28的副边绕组27，由筒状双面柔性电路板、筒状单面柔性电路板、第一磁芯和第二磁芯构成的变压器28的漏感为LLC谐振变换器中谐振电感29，通过调节磁性材料层的厚度可以调节LLC谐振变换器中谐振电感29的大小，图中11、12分别为焊接在第一铜箔首端和第二铜箔末端的与外电路连接的焊盘，16、17分别为焊接在第三铜箔两端的与外电路连接的焊盘。

Claims (7)

1. 柔性电路板实现的LLC谐振变换器中无源元件集成结构，其特征在于包括：
由第一磁芯(1)和第二磁芯(2)形成的闭合磁路，在闭合磁路的磁芯柱上自里向外依次同轴线套有筒状双面柔性电路板(3)，筒状磁性材料层(5)和筒状单面柔性电路板(4)，筒状双面柔性电路板(3)由第一绝缘层(6)、第一铜箔(7)、绝缘介质层(8)、第二铜箔(9)和第二绝缘层(10)依次迭置形成的板材绕制构成，第一铜箔(7)的首端和第二铜箔(9)的末端分别焊接有与外电路连接的焊盘(11、12)，筒状单面柔性电路板(4)由第三绝缘层(13)、第三铜箔(14)和第四绝缘层(15)依次迭置形成的板材绕制构成，第三铜箔(14)的两端分别焊接有与外电路连接的焊盘(16、17)。
2. 根据权利要求1所述的柔性电路板实现的LLC谐振变换器中无源元件集成结构，其特征在于第一磁芯(1)和第二磁芯(2)均呈“E”形，构成三磁芯柱的闭合磁路，筒状双面柔性电路板(3)，筒状磁性材料层(5)和筒状单面柔性电路板(4)套在中间的磁芯柱上。
3. 根据权利要求1所述的柔性电路板实现的LLC谐振变换器中无源元件集成结构，其特征在于第一磁芯(1)和第二磁芯(2)均呈“U”形，构成两磁芯柱的闭合磁路，筒状双面柔性电路板(3)，筒状磁性材料层(5)和筒状单面柔性电路板(4)套在其中的一个磁芯柱上。
4. 根据权利要求1所述的柔性电路板实现的LLC谐振变换器中无源元件集成结构，其特征在于筒状双面柔性电路板(3)为一圈或为同心式绕制一圈以上。
5. 根据权利要求1所述的柔性电路板实现的LLC谐振变换器中无源元件集成结构，其特征在于筒状单面柔性电路板(4)为一圈或为同心式绕制一圈以上。
6. 根据权利要求1所述的柔性电路板实现的LLC谐振变换器中无源元件集成结构，其特征在于绝缘介质层(8)是聚酰亚胺。
7. 根据权利要求1所述的柔性电路板实现的LLC谐振变换器中无源元件集成结构，其特征在于磁性材料层(5)是铁氧体聚合物。
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