CN105529156B - 嵌入式磁性构件变压器装置 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种嵌入式变压器装置。变压器装置包括第一绕组、第二绕组和辅助绕组，所述第一电绕组、第二电绕组和辅助电绕组通过由导电迹线连结到一起的导电导通孔而形成在绝缘基板中。导电导通孔的位置被设置为以便优化变压器的隔离性能，同时导电迹线的形成对初级侧绕组和次级侧绕组之间的耦合进行优化。因此，本发明在小构件尺寸的装置中在输入侧绕组和输出侧绕组之间提供有利的隔离和能量传送。

Description

嵌入式磁性构件变压器装置
技术领域
本申请涉及嵌入式磁性构件变压器装置，并且特别涉及具有降低的耦合性能和改进的隔离性能的嵌入式磁性构件变压器装置。
背景技术
已知的是，例如在US 2011/0108317 A1中，提供较小轮廓的变压器和感应器，其中磁性构件嵌入在树脂基板内的空腔中，并且用于变压器或感应器的必要的输入电连接件和输出电连接件形成在基板表面上。然后可以通过向基板的顶部表面和/或底部表面添加阻焊层和镀铜形成用于电源装置的印刷电路板(PCB)。用于装置的必要的电子构件然后可以表面安装在PCB上。
与常规的变压器相比，嵌入式设计允许构造明显更薄和更紧凑的装置。这是所期望的，因为通常地用于将变压器装置安装到PCB(例如电子装置的母板)上的可用空间将是非常有限的。具有更小封装的变压器构件因此将能使更多构件安装到PCB上，或能使PCB的整体尺寸降低，并因此降低整个装置的整体尺寸。
在变压器设计中，期望优化初级变压器绕组和次级变压器绕组之间的能量传送。可能降低或妨碍高效能量传送的典型因素包括绕组自身的电阻，有时称为‘铜损耗’，还包括初级侧和次级侧之间的磁场的较差耦合。
为减轻这些因素中的第一个因素，已知的变压器设计经常使用尽可能短的导线与绕组连接，从而减少与导线相关联的电阻。然而，较短的导线或连接件是相对困难的并且难以制造，因此是劳动密集型的。这导致成品装置的增加的生产成本和偶尔减少的可靠性。
为解决耦合问题，初级绕组和次级绕组可以被放置成彼此非常接近。在可选的设计中，初级绕组和次级绕组可以被交错放置。然而，尽管将初级绕组和次级绕组放置成彼此接近有助于耦合，但是具有矛盾的需求，即需要将初级绕组与次级绕组电隔离。在隔离的变压器设计中，通常通过将初级绕组和次级绕组彼此物理地分离以实现较高的隔离水平。在没有明显物理分离的情况下，可以通过使用绝缘材料以实现隔离。例如，对于线绕变压器，可以使用三重绝缘导线。对于嵌入式变压器设计，可以通过使用保形涂层或型芯涂层以使铁素体磁芯绝缘来改进隔离。绕组还可以通过绝缘胶带被绝缘，或可以通过增加变压器尺寸或通过使用多层PCB从而将不同绕组放置在不同层上以被分离。然而，所有的这些技术都增加尺寸并且增加生产过程的成本。
已经认识到，需要能够被缩小尺寸同时保持隔离并且优化能量传送的嵌入式磁性构件变压器设计。
发明内容
本发明被限定在现在应该参考的独立权利要求中。在从属权利要求中阐述了有利的特征。
在第一方面，本发明提供一种嵌入式变压器装置，包括：绝缘基板，所述绝缘基板具有第一侧表面和与第一侧表面相反的第二侧表面，第一侧表面和第二侧表面形成绝缘基板的相应的上表面和下表面，绝缘基板在绝缘基板中具有空腔，所述空腔具有内圆周和外圆周；磁芯，所述磁芯被容纳在空腔中，所述磁芯具有第一区段和第二区段；第一电绕组，所述第一电绕组穿过绝缘基板并且围绕磁芯的第一区段布置；第二电绕组，所述第二电绕组穿过绝缘基板并且围绕磁芯的第二区段布置；第一电绕组和第二电绕组中的每一个都包括：上导电迹线，所述上导电迹线布置在绝缘基板的第一侧表面上；下导电迹线，所述下导电迹线布置在绝缘基板的第二侧表面上；内部导电连接器，所述内部导电连接器穿过邻近磁芯的内圆周的绝缘基板，所述内部导电连接器在相应的上导电迹线和相应的下导电迹线之间分别形成电连接；和外部导电连接器，所述外部导电连接器穿过邻近磁芯的外圆周的绝缘基板，所述外部导电连接器在相应的上导电迹线和相应的下导电迹线之间分别形成电连接；上导电迹线和下导电迹线以及内部导电连接器和外部导电连接器形成第一电绕组和第二电绕组的相应的线匝；其中，第一电绕组或第二电绕组中的一个具有与另一个相比更少的线匝，并且与该另一个电绕组的上导电迹线和下导电迹线相比，该一个电绕组的上导电迹线和下导电迹线更宽。
对于第一电绕组或第二电绕组中的该一个电绕组，上导电迹线或下导电迹线可以沿径向方向从外部导电连接器延伸到内部导电连接器，并且其中，在宽度方向上，上导电迹线或下导电迹线可以垂直于径向方向延伸，填充邻近的外部导电导通孔和内部导电导通孔之间的空间的至少一部分。
上导电迹线和下导电迹线还可以在其之间具有狭窄间隔，并且在宽度方向上较宽。
对于第一电绕组或第二电绕组中的该一个电绕组，上导电迹线和下导电迹线可以具有锥形宽度，具有迹线接触外部导电连接器的较宽区段和迹线接触内部导电连接器的较窄区段。
第一电绕组或第二电绕组中的该一个电绕组还可以包括至少一个或多个导电区域，所述至少一个或多个导电区域形成在基板的第一侧表面或第二侧表面上，并且与绕组中的第一个导电连接器或最后一个导电连接器连接，导电区域具有位于第一边缘、第二边缘和第三边缘之间的大致三角形形状，其中，第二边缘和第三边缘在它们彼此连接处大致形成直角。
第一电绕组的内部导电连接器可以以多个弧形行设置，每行都被定位成距空腔的内圆周大致恒定的距离；并且，第二电绕组的内部导电连接器可以以第一弧形行设置，所述第一弧形行被定位成距空腔的内圆周大致恒定的距离，所述大致恒定的距离足够大以允许内部导电连接器的第二弧形行容纳在第一弧形行和空腔的内圆周之间；其中，第二电绕组的外部导电连接器可以以第一弧形行设置，所述第一弧形行被定位成距空腔的外圆周大致恒定的距离，并且所述大致恒定的距离足够大以允许外部导电连接器的第二弧形行容纳在第一弧形行和空腔的外圆周之间。
第一电绕组的在最靠近空腔的内圆周的弧形行上的内部导电连接器可以设置在具有第一半径的第一大致圆弧上；并且第二电绕组的在第一弧形行上的内部导电连接器可以设置在具有第二半径的、与第一大致圆弧同心的第二大致圆弧上；并且第一半径可以大于第二半径。
第一电绕组可以与第二电绕组间隔开，以在第一电绕组和第二电绕组之间提供电隔离。
嵌入式变压器装置可以进一步包括：第一隔离屏障，所述第一隔离屏障形成在绝缘基板的第一侧表面上，至少覆盖第一侧表面的在第一电绕组和第二电绕组之间的、第一电绕组和第二电绕组最靠近的部分，并且与绝缘基板的第一侧表面形成紧密结合连接；和第二隔离屏障，所述第二隔离屏障形成在绝缘基板的第二侧表面上，至少覆盖第二侧表面的在第一电绕组和第二电绕组之间的、第一电绕组和第二电绕组最靠近的部分，并且与绝缘基板的第二侧表面形成紧密结合连接。
嵌入式变压器装置可以进一步包括：辅助电绕组，所述辅助电绕组穿过绝缘基板并且围绕磁芯布置，所述辅助电绕组包括：上导电迹线，所述上导电迹线布置在绝缘基板的第一侧表面上；下导电迹线，所述下导电迹线布置在绝缘基板的第二侧表面上；内部导电连接器，所述内部导电连接器穿过邻近磁芯的内圆周的绝缘基板，所述内部导电连接器在相应的上导电迹线和相应的下导电迹线之间分别形成电连接；和外部导电连接器，所述外部导电连接器穿过邻近磁芯的外圆周的绝缘基板，所述内部导电连接器在相应的上导电迹线和相应的下导电迹线之间分别形成电连接；其中，辅助电绕组的内部导电连接器可以以多个弧形行设置，每行都被定位成距空腔的内圆周大致恒定的距离。
辅助电绕组可以与第二电绕组间隔开，使得在辅助电绕组和第二电绕组之间提供电隔离。
第一电绕组和/或第二电绕组中的该一个电绕组可以是第二电绕组，并且第二侧电绕组可以形成变压器绕组的次级侧。
在第二方面，本发明提供一种电源转换器，包括嵌入式变压器装置，并且具有与第一电绕组连接的罗耶电路和与第二电绕组连接的同步整流电路。
在第三方面，本发明提供一种嵌入式变压器装置，包括：绝缘基板，所述绝缘基板具有第一侧表面和与第一侧表面相反的第二侧表面，第一侧表面和第二侧表面形成绝缘基板的相应的上表面和下表面，绝缘基板在绝缘基板中具有空腔，所述空腔具有内圆周和外圆周；磁芯，所述磁芯被容纳在空腔中，所述磁芯具有第一区段和第二区段；第一电绕组，所述第一电绕组穿过绝缘基板并且围绕磁芯的第一区段布置；第二电绕组，所述第二电绕组穿过绝缘基板并且围绕磁芯的第二区段布置；第一电绕组和第二电绕组中的每一个都包括：上导电迹线，所述上导电迹线布置在绝缘基板的第一侧表面上；下导电迹线，所述下导电迹线布置在绝缘基板的第二侧表面上；内部导电连接器，所述内部导电连接器穿过邻近磁芯的内圆周的绝缘基板，所述内部导电连接器在相应的上导电迹线和相应的下导电迹线之间分别形成电连接；和外部导电连接器，所述外部导电连接器穿过邻近磁芯的外圆周的绝缘基板，所述外部导电连接器在相应的上导电迹线和相应的下导电迹线之间分别形成电连接；上导电迹线和下导电迹线以及内部导电连接器和外部导电连接器形成第一电绕组和第二电绕组的相应的线匝；其中，对于第一电绕组或第二电绕组中的一个电绕组，上导电迹线或下导电迹线沿径向方向从外部导电连接器延伸到内部导电连接器；其中，第一电绕组的上导电迹线或下导电迹线垂直于径向方向延伸，不填充邻近的外部导电连接器之间的空间；并且，其中，第二电绕组的上导电迹线或下导电迹线垂直于径向方向延伸，填充邻近的外部导电连接器之间的空间的至少一部分。
在其他方面，还提供了一种制造嵌入式磁性构件装置的方法。
附图说明
现在将仅举例说明并且参照附图以描述本发明的实施例，其中：
图1A至1G图示了用于制造嵌入式磁性构件装置的示例性技术；
图2在从上向下的视图中图示了形成绕组构造的导电导通孔的本发明的第一实施例；
图3图示了图2中的导电导通孔和内置导通孔以及绕组距离的布置；
图4图示了用于图2和3中的导电导通孔的布置的迹线图案；和
图5图示了其中嵌入式变压器装置形成自激振荡推挽电路的一部分的实施例。
具体实施方式
本发明的示例性实施例采取嵌入式磁性构件变压器装置的形式，所述嵌入式磁性构件变压器装置具有围绕嵌入在基板中的磁芯设置的第一电绕组、第二电绕组和辅助电绕组。嵌入式磁性构件变压器装置可以有利地用作开关电源电子装置的以部分，诸如罗耶(Royer)电路。图2至5 图示了装置的将在下文被具体地讨论的第一实施例。
为了便于理解，现在将参照图1A至1F描述制造嵌入式磁性构件变压器装置的示例性方法。在由目前的申请人提交的UK专利申请 GB1414469.5和GB1414468.7中描述了用于制造嵌入式磁性构件变压器装置的技术。
在方法的第一步骤中，如图1A所示，用于容纳磁芯的环形圆环或空腔302在绝缘基板301中被确定路线。在该示例中，绝缘基板由诸如FR4 的树脂材料形成。FR4是复合的‘预浸’材料，所述材料由浸渍有环氧树脂粘结剂的编织的玻璃纤维布组成。树脂被预烘干，但是没有硬化，从而当树脂被加热时，树脂流动并且用作用于玻璃纤维材料的黏合剂。FR4 已经被发现具有良好的热性能和绝缘性能。
如图1B所示，环形磁芯304然后被安装在空腔302中。空腔302可以稍微地大于磁芯304，从而空气间隙可以围绕磁芯304存在。可以手动地或通过表面贴装装置，诸如拾取与放置机器，将磁芯304安装在空腔中。
在下一个步骤中，如图1C所示，第一绝缘层305或覆盖层被同定或层压在绝缘基板301上以覆盖空腔302和磁芯304。优选地，覆盖层305 由与绝缘基板301相同的材料形成，这有助于绝缘基板301的顶部表面和覆盖层305的下表面之间的结合。因此，覆盖层305还可以由诸如FR4 的层压到绝缘基板301上的材料形成。层压可以在预浸材料层之间经由黏合剂或经由热激活结合。在其它的实施例中，其它材料可以用于层305。
在图1D图示的下一个步骤中，贯通孔306穿过绝缘基板301和覆盖层305形成。贯通孔306形成在适当位置处，以形成嵌入式变压器的第一线圈导体绕组和第二线圈导体绕组。之后将描述贯通孔的精确布置，但是贯通孔的包括与空腔302的内部环形圆周和外部环形圆周对应的两个弧线的常规图案被示出在图1D中。如本领域已知的，可以通过钻孔或任何其它适当的技术形成贯通孔306。
如图1E所示，贯通孔306然后被电镀以形成导电导通孔307，所述导电导通孔从覆盖层的顶部表面延伸到基板301的底部表面。导电或金属迹线308被添加到覆盖层305的顶部表面上，以形成连接相应的导电导通孔307的上绕组层和形成变压器的绕组的部分。在图1E的右手侧通过示例图示了上绕组层。金属迹线308和用于导电导通孔的镀层通常由铜构成，并且可以以任何适当的方法被形成，诸如通过将铜导体层添加到层 305的外表面，所述层然后被刻蚀以形成必要的图案，将铜沉积到表面上，等等。
金属迹线308还形成在绝缘基板301的底部表面上以形成下绕组层，所述下绕组层也连接相应的导电导通孔307以部分形成变压器的绕组。上绕组层和下绕组层308以及导通孔307一起形成变压器的绕组。在该图示中，仅图示了第一侧绕组和第二侧绕组。
如图1F和1G所示，可选择的第二进一步的绝缘层和第三进一步的绝缘层309可以形成在图1E示出的结构的顶部表面和底部表面上以形成第一隔离屏障和第二隔离屏障。可以通过层压或任何其它适当的技术将层固定到位。
在图1F中，第二绝缘层或第一隔离屏障309a的底部表面黏附到覆盖层305的顶部表面上，并且覆盖上绕组层的端子线308。另一方面，第三绝缘层或第二隔离屏障309b的顶部表面黏附到基板301的底部表面上，并且因此覆盖下绕组层的端子线308。有利地，第二层和第三层也可以由 FR4形成，并且因此使用与覆盖层305相同的方法被层压到绝缘基板301和覆盖层305上。
贯通孔和导通孔导体穿过第二绝缘层和第三绝缘层形成以连接到第一变压器绕组和第二变压器绕组(未示出)的输入端子和输出端子。在通过第二绝缘层和第三绝缘层的导通孔远离通过基板和覆盖层305的导通孔定位的情况下，在上绕组层上将需要金属迹线以将输入导通孔和输出导通孔连接到第一电绕组和第二电绕组中的每一个中的第一个导通孔和最后一个导通孔。在输入导通孔和输出导通孔形成在重叠位置处的情况下，然后导电帽或金属帽可以被添加到第一电绕组和第二电绕组中的每个中的第一个导通孔和最后一个导通孔。
在图1F中，第一隔离屏障309a和第二隔离屏障309b与邻近的层(层 305或基板301)形成紧密结合连接，变压器的上绕组层或下绕组层308 形成在所述邻近的层上。因此，第一隔离屏障309a和第二隔离屏障309b 沿着嵌入式磁性构件装置的表面提供紧密绝缘边界，大大减少了电弧放电或击穿的机会，并且允许第一侧绕组和第二侧绕组之间的隔离间距大大降低。
在各层之间没有任何空气间隙的情况下，第一隔离屏障309a和第二隔离屏障309b形成在基板301和覆盖层305上。将认识到，如果在装置中存在空气间隙，例如在绕组层上方或下方，则将存在电弧放电和装置失效的危险。因此，第一隔离屏障309a和第二隔离屏障309b、覆盖层305 和基板301形成绝缘材料的实心块。
在图1F中，第一隔离屏障309a和第二隔离屏障309b被图示为覆盖整个覆盖层305和嵌入式磁性构件装置300的基板301的下表面。然而，在图1G的可替换的实施例中，如果第一隔离屏障和第二隔离屏障被施加到覆盖层305和基板301的底部，使得它们至少覆盖覆盖层305的表面和基板301表面的仅位于第一电绕组和第二电绕组之间的、第一电绕组和第二电绕组最靠近的部分，则这是足够的。如所示，第一隔离屏障309a和第二隔离屏障309b然后可以被设置为较长条带的绝缘材料，所述较长条带的绝缘材料被放置在与装置的较短边平行的表面上，并且至少覆盖第一侧绕组和第二侧绕组之间的隔离区域。在可替换的实施例中，由于第一侧绕组和第二侧绕组遵循侧绕粗围绕在其周围的磁芯304的弧线，因而将隔离屏障309a和309b仅放置在第一侧绕组和第二侧绕组最靠近的位置处可以是足够的，在这种情况下，其位于12点钟和6点钟位置处。然而，如上所述，因为完整层309a和309b为构件在装置表面上的进一步安装提供位置，因而覆盖嵌入式构件装置的整个表面的完整层309a和309b可以是有利的。
现在将参照图2、3和4描述根据本发明的嵌入式磁性构件变压器装置的第一示例性实施例。可以根据关于图1A至1F描述的步骤构造该嵌入式变压器装置。
如图2所示，嵌入式磁性构件变压器装置包括在基板的区域310中的第一电绕组、在基板的区域320中的第二电绕组和在基板的区域330中的辅助电绕组。这些绕组被设置成围绕设置在空腔302中的共用磁性变压器磁芯304。为了图示目的，标记310、320、330的区域分别地被轮廓线310a、 320a、330a界定。如图2所示，区域310、320和330彼此分离并且占据基板的不连续区域。因此，绕组不与彼此重叠。由于由空腔302形成的中心岛被设计成提供空间并且因此在变压器的第一侧和第二侧之间提供隔离，因而由空腔302形成的中心岛可以称为隔离区域。
变压器的第一电绕组、第二电绕组和辅助电绕组由形成在树脂基板的顶部和底部上的上导电迹线和下导电迹线构成，如图4在下文所述，所述上导电迹线和下导电迹线被穿过基板从一侧到另一侧的多个相应的导电连接器连接。导电连接器可以由如上所述的电镀导通孔构成，或可以由导电销或细丝构成。在图2、3和4中，导电连接器被图示为电镀导通孔。
因为导通孔自身之间的间隔，连同导通孔和磁芯之间的间隔，影响能在变压器绕组之间获得的电隔离和变压器绕组之间的耦合度，因而构成第一电绕组、第二电绕组和辅助电绕组的导通孔的布置是重要的。然而，实际上，嵌入式磁性构件变压器装置的尺寸限制可在导通孔之间获得的间隔的大小。然而，经常期望使导通孔之间的间隔最大化，因为这导致更好的隔离性能。因此，根据本发明的导通孔间隔和迹线设计提供了对于隔离特性和绕组耦合方面的改进，同时仍然允许实现紧凑的变压器装置。
现在将更详细地描述分离绕组的结构。
变压器的形成在区域310中的第一电绕组包括第一外部导电导通孔 311、第一内部导电导通孔312a和312b，以及连接导电导通孔的上导电迹线和下导电迹线(图2中未示出)。第一外部导电导通孔沿着空腔302的外边缘302b的环形部分形成一行，并且被分成两组。另一方面，第一内部导电导通孔形成两行：外行312a，所述外行最靠近空腔302的内边缘302a；和内行312b，所述内行邻近外行312a，但是距空腔的内边缘302a 更远并且更接近隔离区域335的中心。
将被技术人员理解的是，第一变压器绕组可以具有形成完整的第一电绕组的相同数量的内部导电导通孔和外部导电导通孔。这确保在第一电绕组的任一端处的端子在相同侧，例如在覆盖层305的顶部或绝缘层的底部上。可选地，还可以通过以下布置形成第一电绕组，在所述布置中，具有比外部导电导通孔多一个的内部导电导通孔，或在所述布置中，具有比外部导电导通孔少一个的内部导电导通孔。该布置意味着位于第一电绕组的任一端处的端子在相对侧上，其中一个在覆盖层305的顶部上并且一个在绝缘层的底部上。可以根据端子待连接到的输入电路和输出电路的位置期望端子在相同侧或相对侧的这两个供选方案。也可以类似地布置第二电绕组和辅助电绕组。
如图2所示，第一内部导电导通孔的外行312a包括间隔开的七个导电导通孔，而第一内部导电导通孔的内行312b包括九个导电导通孔，所述九个导电导通孔也被间隔开，但是与外行312a相比，具有更少的内置导通孔间隔。其它的构造是可以的，但是这将改变第一侧绕组和第二侧绕组之间的耦合。第一外部导电导通孔311仅形成一行，其中六个导电导通孔在第一组中，并且十个导电导通孔在第二组中。在各组之间具有导电导通孔的不同分布的其它构造也是可以的。由于具有十六个第一内部导电导通孔和十六个第一外部导电导通孔，因而当导电导通孔由导电迹线连接时，第一电绕组包括十六个完整的线匝。
变压器的第二电绕组包括第二外部导电导通孔321、第二内部导电导通孔322和连接导电导通孔的导电迹线(将参照图4描述)。第二外部导电导通孔321沿着空腔302的外边缘302b的环形部分形成单行，并且如第一电绕组的导电导通孔，第二外部导电导通孔被分成两组。第二内部导电导通孔也形成单行322。
第二内部导电导通孔322的弧形行被设置成使得导电导通孔距空腔的内边缘302a大致恒定的距离。第二内部导电导通孔322的行和空腔的内边缘302a之间的距离大于第一内部导电导通孔312a的外行和空腔的内边缘302a之间的距离。优选地，第二内部导电导通孔322的行和空腔的内边缘302a之间的距离足够大，以在行322和空腔的内边缘302a之间容纳另一行导电导通孔。
第二外部导电导通孔321的弧形行也被设置成使得导电导通孔距空腔的外边缘302b大致恒定的距离。第二外部导电导通孔321的行和空腔的外边缘302b之间的距离大于第一外部导电导通孔311的行和空腔的外边缘302b之间的距离。优选地，第二外部导电导通孔321的行和空腔的外边缘302b之间的距离足够大，以在行321和空腔的外边缘302b之间容纳另一行导电导通孔。
在图2示出的实施例中，第二内部导电导通孔322包括九个导电导通孔，并且第二外部导电导通孔321包括十个导电导通孔，所述十个导电导通孔被分成五个导电导通孔的两组。因此，当导电导通孔由导电迹线连接时，第二电绕组包括十个线匝。其它构造同样是可以的。
变压器的辅助电绕组包括辅助外部导电导通孔331、辅助内部导电导通孔332a和332b和连接导电导通孔的导电迹线(如图4所示)。辅助外部导电导通孔沿着空腔302的外边缘302b的环形部分形成一行。辅助内部导电导通孔形成两行：外行332a，所述外行最靠近空腔的内边缘302a；和内行332b，所述内行邻近外行332a，但是距空腔的内边缘302a更远。
如图2所示，辅助内部导电导通孔的外行332a和内行332b中的每个都包括两个导电导通孔，但是其他构造是可以的。辅助外部导电导通孔 331仅形成包括五个导电导通孔的一行。由于具有四个辅助内部导电导通孔，因而当导电导通孔由导电迹线连接时，辅助电绕组包括五个线匝。
在一些实施例中，辅助电绕组上的电压被反馈给用于驱动第一电绕组的输入电路，辅助电绕组用作反馈绕组。可选地或另外地，辅助电绕组可以用于控制输入电路和/或输出电路的一些其它方面。辅助电绕组的其它用途可以是提供总务供应或控制同步整流器。超过一个的辅助电绕组可以被设置，允许多于一个的这些功能被执行。辅助电绕组的其它用途也是可以的。
将被技术人员认识到的是，当变压器在工作中时，设置在第一电绕组、第二电绕组和辅助电绕组上的电压的比率与每个相应绕组中的线匝数量成比例。因此，可以通过添加或移除导电导通孔和导电迹线以选择每个绕组中的线匝数量，以获得绕组之间的期望电压比率。这在例如隔离式直流至直流转换器中是特别重要的，其中对输出电压的严格要求将通常需要被满足。
还示出了形成在嵌入式变压器装置的基板中的可选端子340。这些可以采取提供从嵌入式变压器装置到印刷电路板的表面安装式应用(SMA) 连接的边缘雉堞墙的形式，嵌入式变压器装置可以安装在所述印刷电路板上。覆盖层305被布置成不覆盖这些端子，以允许这些端子连接到其他电力构件。
如上所述，邻近的导电导通孔之间的间隔以及导通孔和磁芯之间的间隔影响变压器绕组之间的电隔离以及第一侧绕组和第二侧绕组之间的耦合。同时，期望提供具有较小封装的变压器装置，从而艮制这些间隔可能增加到的尺寸。
应该参考图3，其更详细地示出绕组和导通孔之间的间隔。图3示出了图2中示出的导电导通孔的相同布置。然而，为了清楚起见，一些构件尚未在图3中标记。然而应该理解，关于图2标记和描述的所有构件也适用于随后的图。为了简单起见，第一电绕组和辅助电绕组将共同地称为输入侧绕组，所述输入侧绕组占据由线410a限定的区域410。第二电绕组将被称为输出侧绕组，所述输出侧绕组占据由线420a限定的区域420。
图2和3示出的设计中已经考虑了三个不同的间隔。图3图示的距离 X1是输入侧绕组和输出侧绕组之间的隔离距离或最小距离。如图3所示，隔离区域335中的分开输入侧内部导电导通孔与输出侧内部导电导通孔的间隙是输入侧绕组和输出侧绕组之间的最小间隙。与空腔302外侧分开输入侧外部导电导通孔与输出侧外部导电导通孔的间隙相比，隔离区域 335中的分开输入侧内部导电导通孔与输出侧内部导电导通孔的间隙更小。进一步地，输入侧绕组的上导电迹线和下导电迹线以及彼此最靠近的输出侧绕组的导电迹线彼此背离，因为其在从嵌入式变压器的中心到嵌入式变压器的外边缘的方向上从空腔302的中心向外延伸到基板的外侧。这表示，隔离区域335中的距离X1是输入侧绕组的导电导通孔和输出侧绕组的导电导通孔之间的最靠近的距离。
距离X2是形成输出侧(第二)绕组的外部导电导通孔321和内部导电导通孔322与磁芯304之间的最小距离。这里，由于上导电迹线和下导电迹线被设置在覆盖层305上方或位于被设置在空腔下方的一层绝缘基板的下方，因而上导电迹线和下导电迹线与磁芯之间的距离不被考虑，其结果是，与导电导通孔321和322相比，迹线与磁芯304被更好隔离。在图3的布置中，该最小距离出现在标记X2的两个位置处。由图3可知，距离X2大致地大于输入侧绕组上的内部导电导通孔和外部导电导通孔 311、312、331和332与磁芯304之间的对应距离。
最后，距离X3是第二外部导电导通孔321和第二内部导电导通孔322 之间的距离。对于将由上导电迹线和下导电迹线连结的相对的第二导电导通孔(即，所有成对的第二内部导电导通孔和第二外部导电导通孔)，该距离是大致恒定的。实际上，距离的较小变化或公差是可以的。
现在将关于确保输入侧绕组和输出侧绕组被彼此足够电隔离，来描述距离X1、X2和X3的重要性。电隔离是必要的，以防止绕组之间的间隙击穿出现并且防止变压器绕组随后短路。通过输入侧绕组和输出侧绕组之间的直接路径并且因为磁芯304是电导体因而还通过穿过磁芯304的绕组之间的间接路径，来确定输入侧绕组和输出侧绕组之间的隔离水平，即在没有电弧放电的情况下，变压器可以在输入侧绕组和输出侧绕组之间经受的最大电压差值。
可以通过使距离X1尽可能较大以将输入侧绕组和输出侧绕组之间的直接路径最大化。隔离由在图3示出的两个位置处的最小距离X1确定。这可以在第一电绕组和第二电绕组之间，或辅助电绕组和第二电绕组之间。然而，由于绝缘基板的被包封在磁芯、隔离区域335中的部分的尺寸，因而具有对该距离可以增加到的长度的实际限制，所述隔离区域限定其中必须必定形成所有内部导电导通孔的限制空间。因为电路板上的将连接变压器的空间非常珍贵，因而不期望中心隔离区域335和变压器太大。因此，如图2和3所示，增加距离X1的同时仍然保持相同数量的内部导电导通孔的方法是，将在输入侧绕组上的那些内部导电导通孔设置成超过一行，例如对于第一电绕组成两行312a、312b，并且对于辅助电绕组成两行332a、332b。由于否则将出现在输入侧绕组和输出侧绕组之间的间隙中的导通孔可以被容纳在导通孔的第二行中，因而与如果使用单行而可以实现的分离相比，这允许输入侧内部导电导通孔和输出侧内部导电导通孔之间的更大的分离。因此，与仅使用单行相比，使用多行能使变压器的整体尺寸减少，同时仍然保持必须的隔离特性。
可以通过使输入侧绕组的导电导通孔和铁芯304之间的距离或输出侧绕组的导电导通孔和铁芯304之间的距离尽可能大，以最大化输入侧绕组和输出侧绕组之间的间接路径，即在穿过磁芯304的路径上。由于将通过这两个距离中的较大的一个来设置隔离程度，因而当设置间接隔离路径的尺寸时，仅需要考虑所述两个距离中的一个。
在图2和3的实施例中，设置在输入侧的内部导电导通孔的两行交错排列的布置要求一些导电导通孔靠近磁芯定位。这是必要的，因为与输出侧相比，在输入侧具有更多的导电导通孔，并且还必要的是如上所述保持距离X1。相反，输出侧上的内部导电导通孔仅被设置成单行，这能使所述内部导电导通孔距磁芯更远地定位以增加距离X2。输出侧上的外部导电导通孔也被设置成单行，又能使所述外部导电导通孔距磁芯更远地定位。如图3所示，将输出侧的单行内部导电导通孔从空腔302的内圆周分离或后移足以容纳另一行导通孔的距离。换句话说，在输入侧最靠近空腔 302的一行导通孔在输出侧的空腔的内圆周附近不是连续的，而是替代地被省略以提供更长的隔离间隙。
在一些实施例中，第一电绕组的在最靠近空腔302的内圆周302a的弧形行上的内部导电连接器312a可以被布置在具有第一半径的第一大致圆弧上，并且第二电绕组的内部导电连接器322被布置在第二大致圆弧上。第一圆弧和第二圆弧是大致同轴的，即第一圆弧和第二圆弧共用相同的中心。第一圆弧的半径大于第二圆弧的半径。
在一些实施例中，空腔的内圆周302a和第二内部导电导通孔322之间的距离大于或等于设置在最靠近空腔的内圆周302a的行上的第一内部导电导通孔312a的直径。该距离也可以大于或等于设置在最靠近空腔的内圆周302a的行上的辅助内部导电导通孔332a的直径。
因此，在这些示例性实施例中，通过在输出侧绕组和铁芯304之间使距离X2尽可能较大以最大化间接路径。整体上，因此通过X1和X2的最小值确定电隔离。这表示，对于待实现的某个最小电隔离，距离X1和 X2都必须大于预定值。
导电导通孔的间隔和位置不仅影响不同绕组之间的电隔离，还改变耦合特性，例如漏电感的量。这是因为，由于磁通量未被完全地限制在磁芯中，漏电感产生于通过绕组连接的不完全的磁通量。因为漏电感具有提供与变压器绕组串联的电感的作用，因而有一些漏电感是期望的，其与存在于邻近的变压器线匝之间的分布电容组合能使变压器用作振荡LC电路，如下文将关于图5更详细地所述(罗耶电路图)。
图4示出通过由导电迹线313、323和333将导电导通孔连接到一起而形成的完整的第一电绕组、第二电绕组和辅助电绕组。通过实线轮廓示出的导电迹线313、323和333是上导电迹线并且被设置在绝缘基板的第一侧，而通过虚线轮廓示出的导电迹线313、323和333是下导电迹线并且被设置在绝缘基板的第二侧。将认识到，在基板的上侧和下侧的导电迹线的位置和形状稍微地变化以在导电导通孔311、312a、312b、331、332a 和332b、以及321和322之间形成必要连接。
第一电绕组由第一外部导电导通孔311构成，所述第一外部导电导通孔通过导电迹线313被连接到第一内部导电导通孔312a(对于外行)和 312b(对于内行)。在图4的布置中，当第一内部导电导通孔312a和312b 围绕铁芯循环时，构成第一电绕组的线匝可选地穿过第一内部导电导通孔 312a和312b。如将在下文所述，第一电绕组可以包括8个双股线匝(构成总共16个线匝的迹线和导通孔对)。类似地，第二电绕组由通过导电迹线 323被连接到第二内部导电导通孔322的第二外部导电导通孔321构成，并且辅助电绕组由通过导电迹线333a(对于外行)和333b(对于内行)连接到内部导电导通孔332a(对于外行)和332b(对于内行)的辅助外部导电导通孔331构成。第二电绕组可以包括9个用于次级侧的丝状线匝。
图4还示出了导电区域314、324和334，所述导电区域314、324和 334被提供以允许其它的电力构件分别与第一电绕组、第二电绕组和辅助电绕组形成连接。如将参照图5所理解的，例如，在图4中，三个区域 314被设置以连接到节点510、512和514上。类似地，三个区域334被设置以连接到节点530、532和534上，并且两个区域324连接到节点520 和524。导电区域314、324和334可以形成相应绕组的线匝的一部分。其他导电导通孔可以被设置成通过绝缘基板以将这些导电区域从绝缘基板的一侧连接到另一侧。应该注意，为了改善图4的清楚程度，未示出磁芯304并且并非所有的导电导通孔被标记。
如图4所示，与初级侧绕组相比，次级侧绕组使用更宽的绕组迹线。对于图4的嵌入式变压器，这意味着在次级侧上有较少的导通孔，并且因此有较少的线匝。结果，在次级侧上邻近的外部导电导通孔321之间的间隔大于内部导电导通孔322之间的间隔，并且大于在初级侧上的邻近的导电导通孔311的对应间隔。
进一步地，在次级侧上的导电迹线323的宽度大于在初级侧上的导电迹线313的宽度。如这里所示，更宽的迹线323在磁芯的弧线附近的基板上使用由外部导电导通孔321和内部导电导通孔322的间隔所允许的同样多的可用空间。换句话说，与初级侧相比，尽管在次级侧具有数量减少的绕组，但是导电迹线323形成在基板的表面上，在它们之间剩下最小量的用于隔离所需的表面空间，并且最大量的表面区域被迹线覆盖。在图4 中，用于隔离所需的位于迹线323之间的最小量的表面空间由箭头325 图示。如图4中的示例所示，这可以导致具有约为初级侧导电迹线313 的平均宽度两倍的平均宽度的次级侧导电迹线323。
再次参照图4，次级侧的上导电迹线和下导电迹线323具有它们从外部导电连接器321延伸到内部导电连接器322的径向方向，冰花还具有垂直于径向方向延伸的宽度方向。通过使次级侧的导电迹线323较宽(在宽度方向上观察)，导电迹线延伸以填充在基板上的邻近的外部导电导通孔 321和内部导电导通孔322之间的空间。邻近的导电迹线323之间的间隔 325因此显著地小于绕组的邻近的外部导电连接器321之间的间隔(在图4 中由箭头326图示)，并且也小于迹线323的最大宽度327。
对于初级侧绕组不是这样，对于初级侧绕组，迹线313的宽度具有相似的尺寸，并且与外部导电导通孔311之间的间隔和邻近迹线之间的间隔 (虽然这些间隔也可以比迹线313的宽度更窄)同量级。因此，次级侧的上导电迹线和下导电迹线可以在其之间具有相对狭窄的间隔，但是在宽度方向上自身相对较宽。
在图4中，上导电迹线和下导电迹线还具有锥形宽度，具有迹线接触外部导电连接器321的较宽端接部分327a和迹线接触内部导电连接器 322的较窄部分。导电迹线323的较宽端接部分327a可以沿切线遵循磁芯的外圆周的弧线。在图4中，在没有导通孔被设置在中央区域的任一侧的情况下，外部导电导通孔321形成两组。同样可以的是，在次级侧设置围绕磁芯的外围均匀定位的导通孔。
进一步地，被设置在次级侧绕组的输入连接和输出连接处的导电区域 324被设计成占据基板的表面的至少一侧(在这种情况下为上侧)的更多空间。因此，导电区域被制作成尽可能较大，导致定位在邻近最近的导电迹线323的第一边缘329a、与基板的第一边缘大致平行的第二边缘329b以及与基板的第二边缘大致平行的第三边缘329c之间的大致三角形构造。第二边缘329b和第三边缘329c可以对向为其彼此连接的直角，其中第一边缘329a形成三角形的斜边。由第一边缘、第二边缘和第三边缘形成的三角形不必是直角三角形。
辅助电绕组的导电区域334和最靠近次级侧绕组的初级绕组314也可以具有如上所述的用于次级侧绕组的大致三角形形状。这些导电区域的与导电区域324的第三边缘329c相对的边缘可以与第三边缘平行，这些边缘之间的间隙形成初级侧和次级侧之间的隔离间隙。
虽然更宽的迹线在这里被示出在次级侧上，但是在可替换的设计中，所述更宽的迹线可以被设置在初级侧上，或在初级侧和次级侧上。
外部导电导通孔321被设置在导电迹线323的外圆周323b处。外圆周323b可以遵循磁芯的弧线，包括切线于磁芯弧线的大致直线边缘，或包括遵循磁芯的弧线的弧形边缘。
为了在初级侧迹线313和次级侧迹线323之间进行比较，由于迹线可以具有沿着其长度改变的宽度，因而有意义的是平均宽度而非宽度。例如，如图4所示，次级侧的导电迹线可以随着从外部导通孔321延伸到内部导通孔322而逐渐变细，反映出内部导通孔靠近在一起的事实。并且，在迹线设置有主要部分和一个或多个成角度部分或弯曲部分的情况下，在主要部分和成角度部分或弯曲部分之间的过渡区处的宽度可以被减少。因此，在这种意义上，平均宽度可以不仅被理解为严格的数学平均值，还被理解为沿着导电迹线的形成导电迹线长度的较大部分的部分的大致均匀宽度的宽度，诸如导电迹线部分323c或诸如更小部分。可选地，可以有意义的是初级侧导电迹线和次级侧导电迹线的最大宽度。与次级侧导电迹线相比，将认识到，初级侧的导电迹线更窄，并且除了迹线必须较薄从而迹线可以穿过内部导电导通孔312a的第一行到内部导电导通孔312b的第二行的临时的锥形部或颈部，导电迹线的宽度在很大程度上是均匀的。
次级侧的更宽迹线较大地减少了绕组的电阻，同时增加了耦合。具体地，磁芯的更大区域被覆盖，减少了漏电感并且增加了初级和次级之间的耦合。对于相同的分开距离(隔离水平)，较细迹线的使用导致两个绕组之间的较弱耦合。对于相同的耦合，然后较细迹线意味着初级侧绕组和次级侧绕组之间的距离需要被减少，给出低的隔离水平。
在可替换的实施例中，可以改变绝缘基板的形状。然而，绝缘材料的形状不会显著地影响变压器的性能，变压器的性能由每个变压器绕组中的导电导通孔的位置和数量确定。
在其它实施例中，辅助电绕组可以被包括在输出侧绕组中而非如上所述的输入侧绕组中。之前实施例的隔离和耦合要求然后可以应用在(i)第一电绕组和(ii)第二电绕组和辅助电绕组之间。
上面参照图2到4描述的嵌入式磁性构件装置具有应用到基于罗耶电路构造的转换器(也称作自激振荡推挽电路)的特定应用。具体地，嵌入式磁性构件装置允许罗耶电路具有高水平的电隔离以及很好的短路保护。
在罗耶电路设计中，初级侧和次级侧之间的线匝比率的选择基于电压调节要求、切换频率、热稳定性和成本以被确定。如上所述，图4图示的变压器设计包括初级侧的8个双股线匝(总共16个线匝)和次级侧的9个单个丝状线匝。这允许罗耶电路用于输入侧上，并且同步整流器用作输出侧。变压器的该构造已经被发现确保作为电源的很好操作，同时还具有成本效益并且允许成品封装的更小尺寸。
现在将参照图5描述使用图4的嵌入式磁性构件变压器的转换器。
输入侧罗耶电路在输入端子+V(501)和GND(506)之间获得直流输入，其中GND端子被保持为地电势。电阻器R1和电容器C1串联连接在输入端子上，并且节点505定位在电阻器R1和电容器C1之间。变压器TX1 由之前所述实施例的嵌入式变压器构成，并且包括限定在节点510和514 之间的第一电绕组，限定在节点520和524之间的第二电绕组和限定在节点530和534之间的辅助电绕组。
节点512连接沿着第一电绕组的部分路径，并且节点532连接沿着辅助电绕组的部分路径。在一个示例中，连接沿着绕组的部分路径的节点连接至相应绕组的中点。因而，第一电绕组被分成两个绕组511和513，并且辅助电绕组被分成两个绕组531和533。
两个晶体管TR1和TR2被设置以分别地打开和关断第一电绕组513 和511的两个部分上的驱动电压。晶体管被示出为npn的类型，但是其它类型是可以的。高功率开关晶体管，例如MOSFET(金属氧化物场效应晶体管)是合适的。
晶体管TR2的集电极在节点510处连接到第一电绕组的第一端部，并且晶体管TR1的集电极在节点514处连接到第一电绕组的第二端部。晶体管TR1的发射极连接到感应器L2的一个端子，并且感应器L2的另一个端子连接到节点502。晶体管TR2的发射极连接到感应器L1的一个端子，并且感应器L1的另一个端子连接到节点502。
节点502又连接到被保持为地电势的节点503。电容器C2的第一端子连接到节点503，并且另一个端子连接到节点504，节点504直接地连接到高电压输入端+V。电阻器R3设置在节点504和节点512之间。
辅助电绕组的每个端部都连接到晶体管的基极中的一个。因而，节点 530连接到晶体管TR1的基极，并且节点534连接到晶体管TR2的基极。中间节点532连接到电阻器R2的第一端子，并且电阻器R2的第二端子连接到节点505。
输入侧电路500在驱动绕组511和驱动绕组513之间振荡。当绕组 513被驱动时，穿过变压器TX1的磁芯的增加的磁通量在辅助电绕组531 和533上引起电压。辅助电绕组531上的感生电压是恰当的极性，以向晶体管TR1的基极端子施加电压，以保持晶体管TR1开启。从而实现正反馈装置，其中TR1被开启并且TR2被关闭。最终，磁芯中的磁场饱和并且磁通量在铁芯中的变化率下降到零。第一绕电组513上的电压以及因此流过第一电绕组513的电流也下降到零。辅助电绕组531和533对该改变作出反应，并且反向极性的感生电压生成在辅助电绕组531和533上。这具有启动晶体管TR2和关闭晶体管TR1的效果，从而驱动绕组511。正反馈又被建立，使得由辅助电绕组533施加到晶体管TR2的基极的电压将晶体管TR2保持在启动状态中，同时将晶体管TR1保持在关断状态中。随后，磁芯中的磁场饱和并且电路回到驱动绕组513。只要输入功率被提供，则在驱动第一电绕组511和513之间交替的该振荡特性无限期地连续进行。
变压器TX1的输出侧采取连接在第一输出端子+Vout和第二输出端子0V之间的同步整流电路550的形式，包括第一晶体管Q1和第二晶体管Q2。在图5中，虽然图示的两个晶体管是感应沟道MOSFET，但是可以使用任何其它适当的晶体管技术。
在变压器TX1的输出侧，节点520连接到正向偏压的齐纳二极管D1，齐纳二极管D1又连接到第一输出端子Vout。在这种情况下，第一输出端子是正输出端子。进一步地，节点524连接到第二正向偏压的齐纳二极管 D2，
定位在节点520和二极管D1的输入端之间的节点551将节点520连接到晶体管Q1的栅极端子。定位在节点524和二极管D2之间的节点552 将节点524连接到晶体管Q2的栅极端子。
晶体管Q1的漏极端子连接到定位在节点524和第二齐纳二极管D2 之间的节点553。第二晶体管的漏极端子连接到定位在节点520和齐纳二极管D1中间的节点554。晶体管Q1和Q2的源极端子又连接到第二输出端子0V。
电容器C5连接到第一输出端子和第二输出端子两端。第一电容器端子连接到节点555，节点555连接在齐纳二极管D1的输出端和第一输出端子+Vout之间，而第一电容器的另一个端子连接到节点556，节点556 连接在第二输出端子0V和晶体管Q1和Q2的源极端子之间。连接到第二齐纳二极管D2的输出端的中间节点557连接到第一电容器端子，位于第一电容器端子和节点555之间。反向偏压的齐纳二极管D3也连接到输出端子两端，具有连接到与第一输出端+Vout耦接的节点558的一个端子，和连接到与第二输出端子559耦接的节点559的另一个端子。
第二电绕组521具有根据变压器磁芯中的磁通量的变化率而在其两端引起的电压。因而，交流电流产生。
在第一操作模式中，交流电流在第一方向上循环流动，通过正向偏压的齐纳二极管D1，并且经由节点551进入晶体管Q1的栅极端子，开启晶体管Q1。当晶体管开启时，电流从源极到漏极流过晶体管Q1，并且电流在绕组521中从第二节点524流到第一节点520，并且经由齐纳二极管 D1到输出端子+Vout。因此，在输出端子+Vout和0V之间建立正电压。在该操作模式中，反向偏压齐纳二极管D2防止电流流进保持关闭的第二晶体管Q2的栅极端子。
在第二操作模式中，交流电流在第二方向上流动，通过现在被正向偏压的齐纳二极管D2，并且经由节点552进入晶体管Q2的栅极端子，开启晶体管Q2。当晶体管Q2开启时，电流从源极到漏极流过晶体管Q2，并且电流在绕组521中从节点520流到节点524，并且经由齐纳二极管 D2到输出端子+Vout。因此，在输出端子Vout和0V之间也建立正电压，如第一操作模式。
由于变压器中的磁通量改变，因而输出电路中的交流电流的大小和方向改变。从而，二极管D1和D2对交流电流整流，从而提供到端子的输出总是成正电压信号的形式。电容器C5平滑输出电压信号，以在输出端子540和542之间提供大致恒定的直流电流。二极管D3还可以连接到输出端子两端，以根据二极管的值将FETS的Q1和Q2的栅极电压限制到特定范围。可以使用电阻代替二极管D3作为虚载荷。因此，图5图示的电路形成隔离式直流-直流转换器，取得在端子+V和GND上的直流输入，并且在端子540和542上产生直流输出。将被技术人员认识到的是，可以通过改变第一电绕组511、513和第二电绕组521、523的线匝数量以调节直流输出的与直流输入的电压有关的电压。
虽然在图5的实施例中，嵌入式变压器装置被包括在罗耶电路中，但是应该注意，可以在包括嵌入式变压器的任何功率转换器电路拓扑结构中实现嵌入式变压器装置的优点。
虽然在整个申请中涉及导电导通孔，但是应该注意，任何导电连接装置(例如导电销)也可以同样地用于代替任意一个或多个导电导通孔。
进一步地，虽然在上述示例中，磁芯304和空腔被图示为环形形状，但是在其它的实施例中，磁芯304和空腔可以具有不同的形状。非限制性示例包括，椭圆形或细长的环形形状、具有间隙的环形形状、EE、EI、 EFD、EP、UI和UR铁芯形状。磁芯304可以涂覆有绝缘材料，以减少在导电磁芯和导电导通孔或金属迹线之间发生击穿的可能性。磁芯还可以具有提供圆形轮廓或横截面的倒棱边缘。
此外，第一电绕组和第二电绕组每个都可以是连接到变压器的输入电源的初级变压器绕组，或连接到变压器的输出端的次级变压器绕组。嵌入式变压器装置可以是升压变压器或降压变压器。
在以上描述中，已经通过初级侧绕组上的16个线匝和次级侧上的9 个线匝描述了转换器。在其它的实施例中，可以使用初级侧和次级侧上的不同数量的线匝。例如，已知的罗耶电路包括用于初级侧的16个线匝和用于次级侧的18个线匝。因此，图4图示的变压器通过代替用于同步整流电路的已知罗耶电路输出减小了用于次级侧所需的线匝数量。在可替换的实施例中，图4的变压器可以被改变，从而减少初级侧线匝，在输入侧使用半桥式电路并且在次级侧使用通常的罗耶输出。与已知的罗耶电路装置相比，这可以在初级侧将用于变压器的线匝数量减少6个。可选地，初级绕组和次级绕组都可以通过在初级侧使用半桥式电路并且在输出端使用同步整流电路以具有减少的线匝。这可以将用于已知的罗耶电路构造的线匝数量减少13个。在所有情况下，减少线匝数量表示在设计布局方面更灵活和构件之间的更高的电势隔离。然而，减少次级线匝需要仅一个额外的晶体管(例如在FET双列式封装中)被添加到电路。减少初级侧绕组要求半桥式电路被提供，这意味着与已知的罗耶设计相比，在输入侧具有更多构件。
可以对上述示例性实施例进行各种修改，并且将在没有脱离由下述权利要求限定的本发明的范围的情况下被本领域的技术人员想到。

Claims (22)

1.一种嵌入式变压器装置，包括：
绝缘基板，所述绝缘基板具有第一侧表面和与第一侧表面相反的第二侧表面，第一侧表面和第二侧表面形成绝缘基板的相应的上表面和下表面，绝缘基板在绝缘基板中具有空腔，所述空腔具有内圆周和外圆周；
磁芯，所述磁芯被容纳在空腔中，所述磁芯具有第一区段和第二区段；
第一电绕组，所述第一电绕组穿过绝缘基板并且围绕磁芯的第一区段布置；
第二电绕组，所述第二电绕组穿过绝缘基板并且围绕磁芯的第二区段布置；
第一电绕组和第二电绕组中的每一个都包括：
上导电迹线，所述上导电迹线布置在绝缘基板的第一侧表面上；
下导电迹线，所述下导电迹线布置在绝缘基板的第二侧表面上；
内部导电连接器，所述内部导电连接器穿过邻近磁芯的内圆周的绝缘基板，所述内部导电连接器在相应的上导电迹线和相应的下导电迹线之间分别形成电连接；和
外部导电连接器，所述外部导电连接器穿过邻近磁芯的外圆周的绝缘基板，所述外部导电连接器在相应的上导电迹线和相应的下导电迹线之间分别形成电连接；
上导电迹线和下导电迹线以及内部导电连接器和外部导电连接器形成第一电绕组和第二电绕组的相应的线匝；
其中，第一电绕组或第二电绕组中的一个具有与另一个相比更少的线匝，并且与该另一个电绕组的上导电迹线和下导电迹线相比，该一个电绕组的上导电迹线和下导电迹线更宽，
其中，第一电绕组的内部导电连接器以多个弧形行设置，每行都被定位成距空腔的内圆周大致恒定的距离；
其中，第二电绕组的内部导电连接器以第一弧形行设置，所述第一弧形行被定位成距空腔的内圆周大致恒定的距离，并且所述大致恒定的距离足够大以允许内部导电连接器的第二弧形行容纳在第一弧形行和空腔的内圆周之间；
其中，第二电绕组的外部导电连接器以第一弧形行设置，所述第一弧形行被定位成距空腔的外圆周大致恒定的距离，并且所述大致恒定的距离足够大以允许外部导电连接器的第二弧形行容纳在第一弧形行和空腔的外圆周之间；和
其中，第一电绕组与第二电绕组间隔开，使得在第一电绕组和第二电绕组之间提供电隔离。
2.根据权利要求1所述的嵌入式变压器装置，其中，对于第一电绕组或第二电绕组中的该一个电绕组，上导电迹线或下导电迹线沿径向方向从外部导电连接器延伸到内部导电连接器，并且
其中，在宽度方向上，上导电迹线或下导电迹线垂直于径向方向延伸，填充邻近的外部导电导通孔和内部导电导通孔之间的空间的至少一部分。
3.根据权利要求2所述的嵌入式变压器装置，其中，上导电迹线和下导电迹线在其之间具有狭窄间隔，并且在宽度方向上较宽。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的嵌入式变压器装置，其中，对于第一电绕组或第二电绕组中的该一个电绕组，上导电迹线和下导电迹线具有锥形宽度，具有迹线接触外部导电连接器的较宽区段和迹线接触内部导电连接器的较窄区段。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的嵌入式变压器装置，其中，第一电绕组或第二电绕组中的该一个电绕组包括至少一个或多个导电区域，所述至少一个或多个导电区域形成在基板的第一侧表面或第二侧表面上，并且与绕组中的第一个导电连接器或最后一个导电连接器连接，
导电区域具有位于第一边缘、第二边缘和第三边缘之间的大致三角形形状，其中，第二边缘和第三边缘在它们彼此连接处大致形成直角。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的嵌入式变压器装置，其中，
第一电绕组的在最靠近空腔的内圆周的弧形行上的内部导电连接器设置在具有第一半径的第一大致圆弧上；
第二电绕组的在第一弧形行上的内部导电连接器设置在具有第二半径的、与第一大致圆弧同心的第二大致圆弧上；并且
第一半径大于第二半径。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的嵌入式变压器装置，还包括：
第一隔离屏障，所述第一隔离屏障形成在绝缘基板的第一侧表面上，至少覆盖第一侧表面的在第一电绕组和第二电绕组之间的、第一电绕组和第二电绕组最靠近的部分，并且与绝缘基板的第一侧表面形成紧密结合连接；和
第二隔离屏障，所述第二隔离屏障形成在绝缘基板的第二侧表面上，至少覆盖第二侧表面的在第一电绕组和第二电绕组之间的、第一电绕组和第二电绕组最靠近的部分，并且与绝缘基板的第二侧表面形成紧密结合连接。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的嵌入式变压器装置，还包括：
辅助电绕组，所述辅助电绕组穿过绝缘基板并且围绕磁芯布置，所述辅助电绕组包括：
上导电迹线，所述上导电迹线布置在绝缘基板的第一侧表面上；
下导电迹线，所述下导电迹线布置在绝缘基板的第二侧表面上；
内部导电连接器，所述内部导电连接器穿过邻近磁芯的内圆周的绝缘基板，所述内部导电连接器在相应的上导电迹线和相应的下导电迹线之间分别形成电连接；和
外部导电连接器，所述外部导电连接器穿过邻近磁芯的外圆周的绝缘基板，所述内部导电连接器在相应的上导电迹线和相应的下导电迹线之间分别形成电连接；
其中，辅助电绕组的内部导电连接器以多个弧形行设置，每行都被定位成距空腔的内圆周大致恒定的距离。
9.根据权利要求8所述的嵌入式变压器装置，其中，辅助电绕组与第二电绕组间隔开，使得在辅助电绕组和第二电绕组之间提供电隔离。
10.根据权利要求9所述的嵌入式变压器装置，其中，第一电绕组和/或第二电绕组中的该一个电绕组是第二电绕组，第二电绕组形成变压器绕组的次级侧。
11.一种电源转换器，包括根据前述权利要求中任一项所述的嵌入式变压器装置，并且具有与第一电绕组连接的罗耶电路和与第二电绕组连接的同步整流电路。
12.一种制造嵌入式变压器装置的方法，包括：
a)准备绝缘基板，所述绝缘基板具有第一侧表面和与第一侧表面相反的第二侧表面，第一侧表面和第二侧表面形成绝缘基板的相应的上侧表面和下侧表面，绝缘基板在绝缘基板中具有空腔，所述空腔具有内圆周和外圆周；
b)将磁芯插入空腔中，所述磁芯具有第一区段和第二区段；
c)形成第一电绕组，所述第一电绕组穿过绝缘基板并且围绕磁芯的第一区段布置；
d)形成第二电绕组，所述第二电绕组穿过绝缘基板并且围绕磁芯的第二区段布置；
其中，第一电绕组和第二电绕组中的每一个都包括：
上导电迹线，所述上导电迹线布置在绝缘基板的第一侧表面上；
下导电迹线，所述下导电迹线布置在绝缘基板的第二侧表面上；
内部导电连接器，所述内部导电连接器穿过邻近磁芯的内圆周的绝缘基板，所述内部导电连接器在相应的上导电迹线和相应的下导电迹线之间分别形成电连接；和
外部导电连接器，所述外部导电连接器穿过邻近磁芯的外圆周的绝缘基板，所述外部导电连接器在相应的上导电迹线和相应的下导电迹线之间分别形成电连接；
上导电迹线和下导电迹线以及内部导电连接器和外部导电连接器形成第一电绕组和第二电绕组的相应的线匝；
其中，第一电绕组或第二电绕组中的一个具有与另一个相比更少的线匝，并且与该另一个电绕组的上导电迹线和下导电迹线相比，该一个电绕组的上导电迹线和下导电迹线更宽；
其中，第一电绕组与第二电绕组间隔开，使得在第一电绕组和第二电绕组之间提供电隔离；和
其中，所述方法还包括：
以多个弧形行形成第一电绕组的内部导电连接器，每行都被定位成距空腔的内圆周大致恒定的距离；并且
以第一弧形行形成第二电绕组的内部导电连接器，所述第一弧形行被定位成距空腔的内圆周大致恒定的距离，并且所述大致恒定的距离足够大以允许内部导电连接器的第二弧形行容纳在第一弧形行和空腔的内圆周之间；并且
以第一弧形行形成第二电绕组的外部导电连接器，所述第一弧形行被定位成距空腔的外圆周大致恒定的距离，并且所述大致恒定的距离足够大以允许外部导电连接器的第二弧形行容纳在第一弧形行和空腔的外圆周之间。
13.根据权利要求12所述的方法，包括：对于第一电绕组或第二电绕组中的该一个电绕组，形成上导电迹线或下导电迹线以沿径向方向从外部导电连接器延伸到内部导电连接器，并且
其中，在宽度方向上，形成上导电迹线或下导电迹线，以垂直于径向方向延伸，填充邻近的外部导电导通孔和内部导电导通孔之间的空间的至少一部分。
14.根据权利要求13所述的方法，包括形成上导电迹线和下导电迹线，以在其之间具有狭窄间隔，但是在宽度方向上较宽。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，包括：对于第一电绕组或第二电绕组中的该一个电绕组，形成上导电迹线和下导电迹线以具有锥形宽度，具有迹线接触外部导电连接器的较宽区段和迹线接触内部导电连接器的较窄区段。
16.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，包括，
形成第一电绕组或第二电绕组中的该一个电绕组，以包括至少一个或多个导电区域，所述至少一个或多个导电区域形成在基板的第一侧表面或第二侧表面上，并且与绕组中的第一个导电连接器或最后一个导电连接器连接，
导电区域具有位于第一边缘、第二边缘和第三边缘之间的大致三角形形状，其中，第二边缘和第三边缘在它们彼此连接处大致形成直角。
17.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其中，
第一电绕组的在最靠近空腔的内圆周的弧形行上的内部导电连接器设置在具有第一半径的第一大致圆弧上；
第二电绕组的在第一弧形行上的内部导电连接器设置在具有第二半径的、与第一大致圆弧同心的第二大致圆弧上；并且
第一半径大于第二半径。
18.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，还包括：
提供第一隔离屏障，所述第一隔离屏障形成在绝缘基板的第一侧表面上，至少覆盖第一侧表面的在第一电绕组和第二电绕组之间的、第一电绕组和第二电绕组最靠近的部分，并且与绝缘基板的第一侧表面形成紧密结合连接；和
提供第二隔离屏障，所述第二隔离屏障形成在绝缘基板的第二侧表面上，至少覆盖第二侧表面的在第一电绕组和第二电绕组之间的、第一电绕组和第二电绕组最靠近的部分，并且与绝缘基板的第二侧表面形成紧密结合连接。
19.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，还包括：
形成辅助电绕组，所述辅助电绕组穿过绝缘基板并且围绕磁芯布置，所述辅助电绕组包括：
上导电迹线，所述上导电迹线布置在绝缘基板的第一侧表面上；
下导电迹线，所述下导电迹线布置在绝缘基板的第二侧表面上；
内部导电连接器，所述内部导电连接器穿过邻近磁芯的内圆周的绝缘基板，所述内部导电连接器在相应的上导电迹线和相应的下导电迹线之间分别形成电连接；和
外部导电连接器，所述外部导电连接器穿过邻近磁芯的外圆周的绝缘基板，所述内部导电连接器在相应的上导电迹线和相应的下导电迹线之间分别形成电连接；以及
其中，辅助电绕组的内部导电连接器以多个弧形行设置，每行都被定位成距空腔的内圆周大致恒定的距离。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，辅助电绕组与第二电绕组间隔开，使得在辅助电绕组和第二电绕组之间提供电隔离。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，第一电绕组和/或第二电绕组中的该一个电绕组是第二电绕组，第二电绕组形成变压器绕组的次级侧。
22.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，包括构建一种电源转换器，所述电源转换器包括根据权利要求1-10中任一项所述的嵌入式变压器装置，并且具有与第一电绕组连接的罗耶电路和与第二电绕组连接的同步整流电路。
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