CN105932789B - 变压器及电源板 - Google Patents

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CN105932789B CN201610305994.7A CN201610305994A CN105932789B CN 105932789 B CN105932789 B CN 105932789B CN 201610305994 A CN201610305994 A CN 201610305994A CN 105932789 B CN105932789 B CN 105932789B
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Abstract

一种变压器和包括该变压器的电源板，该变压器包括：供电电路，其中，所述供电电路包括供电天线，所述供电电路被配置为通过所述供电天线发送电力；以及收电电路，其中，所述收电电路包括收电天线，所述收电电路被配置为通过所述收电天线接收所述供电天线发送的电力。本公开中的变压器利用共鸣式无线充电原理，提高了变压器的工作频率，减小了变压器的体积和重量，节省了磁芯，减小或消除了磁芯损耗。

Description

变压器及电源板
技术领域
本公开的实施例涉及一种变压器及电源板。
背景技术
变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置。例如，现有的变压器主要包括初级线圈、次级线圈和磁芯。当初级线圈中通有交流电流时，磁芯中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压(或电流)。
变压器的主要功能包括电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压等。
发明内容
本公开的实施例提供一种变压器，包括：供电电路，其中，所述供电电路包括供电天线，所述供电电路被配置为通过所述供电天线发送电力；以及收电电路，其中，所述收电电路包括收电天线，所述收电电路被配置为通过所述收电天线接收所述供电天线发送的电力。
例如，在本公开实施例提供的变压器中，所述供电天线与所述收电天线分离设置。
例如，在本公开实施例提供的变压器中，所述供电电路包括供电接地端，所述收电电路包括收电接地端，所述供电接地端与所述收电接地端电连接。
例如，在本公开实施例提供的变压器中，所述供电电路还包括供电回路，所述收电电路还包括收电回路，所述供电回路、所述供电天线、所述收电天线以及所述收电回路设置在同一块印刷电路板上。
例如，在本公开实施例提供的变压器中，所述印刷电路板包括相对的第一侧和第二侧，所述供电天线设置于所述印刷电路板的第一侧，所述收电天线设置于所述印刷电路板的第二侧。
例如，在本公开实施例提供的变压器中，所述供电天线设置于所述第一侧的表面上，所述收电天线设置于所述第二侧的表面上。
例如，在本公开实施例提供的变压器中，所述供电天线与所述收电天线均为螺旋状天线。
例如，在本公开实施例提供的变压器中，所述供电天线与所述收电天线均为圆柱螺旋状天线。
例如，在本公开实施例提供的变压器中，所述圆柱螺旋状供电天线与所述圆柱螺旋状收电天线同轴设置。
例如，在本公开实施例提供的变压器中，所述圆柱螺旋状供电天线的轴与所述圆柱螺旋状收电天线的轴均垂直于所述第一侧的表面或所述第二侧的表面。
例如，在本公开实施例提供的变压器中，所述变压器为共鸣式无线供电变压器。
例如，在本公开实施例提供的变压器中，所述变压器的工作频率为10kHz至30MHz。
例如，在本公开实施例提供的变压器中，所述供电回路包括供电共振电路和高周波共振变调电路；所述收电回路包括收电共振电路和交流直流转换器。
例如，在本公开实施例提供的变压器中，所述供电回路还包括供电电源、门驱动器、控制电路、晶振以及供电通信电路；所述收电回路还包括直流变压器、电池、电池监测电路、稳压器以及可与所述供电通信电路通信的收电通信电路。
例如，在本公开实施例提供的变压器中，所述供电通信电路和所述收电通信电路均为无线通信电路。
本公开的实施例还提供一种电源板，包括本公开的任一实施例所述的变压器。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，并非对本公开的限制。
图1是本公开实施例提供的一种变压器的结构框图之一；
图2是本公开实施例提供的一种变压器的示意图之一；
图3是本公开实施例提供的一种变压器的示意图之二；
图4A是本公开实施例提供的一种变压器的示意图之三；
图4B是图4A所示的变压器的俯视示意图；
图4C是图4A所示的变压器的仰视示意图；以及
图5是本公开实施例提供的一种变压器的结构框图之二。
具体实施方式
下面将结合附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述参考在附图中示出并在以下描述中详述的非限制性示例实施例，更加全面地说明本公开的示例实施例和它们的多种特征及有利细节。应注意的是，图中示出的特征不是必须按照比例绘制。本公开省略了已知材料、组件和工艺技术的描述，从而不使本公开的示例实施例模糊。所给出的示例仅旨在有利于理解本公开示例实施例的实施，以及进一步使本领域技术人员能够实施示例实施例。因而，这些示例不应被理解为对本公开的实施例的范围的限制。
除非另外特别定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。此外，在本公开各个实施例中，相同或类似的参考标号表示相同或类似的构件。
变压器磁芯损耗、体积、重量与变压器的工作频率有关，增大变压器的工作频率，变压器的体积和重量减小，但磁芯损耗增大；减小变压器的工作频率，磁芯损耗减小，但变压器的体积和重量会增大。
变压器的工作频率通常在100KHz以下，变压器体积和重量较大。如果提高变压器的工作频率(例如把工作频率提高至6.78MHz、13.56MHz或27.12MHz)，变压器的体积和重量减小，但磁芯损耗会增大。
本公开的实施例提供一种变压器，利用共鸣式无线充电原理，提高了变压器的工作频率，减小了变压器的体积和重量，节省了磁芯，减小了或消除了磁芯损耗。
例如，图1是本公开实施例提供的一种变压器的结构框图之一。如图1所示，本公开的实施例提供一种变压器10，包括：供电电路100，其中，供电电路100包括供电天线110，供电电路100被配置为通过供电天线110发送电力；以及收电电路200，其中，收电电路200包括收电天线210，收电电路200被配置为通过收电天线210接收供电天线110发送的电力。
例如，本公开实施例提供的变压器10通过供电天线110和收电天线210传输电力，不需要磁芯，减小了变压器的体积和重量，同时减小了磁芯损耗。
例如，图2是本公开实施例提供的一种变压器的示意图之一。如图2所示，在本公开实施例提供的变压器10中，供电天线110与收电天线210分离设置。例如，供电天线110与收电天线210分别设置在不同的印刷电路板上。
例如，供电电路100还包括供电回路120和供电印刷电路板130，供电电路120设置在供电印刷电路板130上；收电电路200还包括收电回路220和收电印刷电路板230，收电电路220设置在收电印刷电路板230上。
例如，供电天线110与供电回路120电连接，并将供电回路120提供的能量信号(例如，高频振荡电流、导波、或以其他形式存在的能量载体)转化为电磁波进行发射。收电天线210与收电回路210电连接，收电天线210将接收到的电磁波转化为相应的能量信号(例如，高频振荡电流、导波、或以其他形式存在的能量载体)，并将该能量信号传送至收电回路210。供电回路210可将该能量信号转化为电能进行存储或利用。因此，通过供电天线110、供电回路120、收电回路210和收电天线210可以实现供电端和收电端之间电力的传输。
例如，在本公开实施例提供的变压器10中，供电天线110与收电天线210均为螺旋状天线。例如，供电天线110与收电天线210均为圆柱螺旋状天线。例如，圆柱螺旋状供电天线110与圆柱螺旋状收电天线210同轴设置。例如，圆柱螺旋状供电天线110与圆柱螺旋状收电天线210同轴设置可以提高圆柱螺旋状供电天线110与圆柱螺旋状收电天线210之间传输电力的效率。需要说明的是，本公开实施例提供的供电天线110与收电天线210包括但不仅限于螺旋状天线或柱螺旋状天线，可以根据实际需要选择供电天线110与收电天线210的形状。
例如，流过供电天线110的电流为I，供电天线110的线圈卷数为n，供电天线100的线圈半径为r，则传送距离为x的位置(例如，沿供电天线100轴向距离为x的位置)的磁界强度为H，其满足如下公式：
Figure BDA0000985999130000041
其中，
Figure BDA0000985999130000051
例如，收电天线210可以位于传送距离为x的位置。例如，可以根据实际传输电力的需要选择供电天线110的线圈卷数和半径、收电天线210的线圈卷数和半径以及供电天线110和收电天线210之间的距离。
例如，在本公开实施例提供的变压器10中，供电电路100包括供电接地端，收电电路200包括收电接地端，供电接地端与收电接地端电连接。例如，供电回路120包括供电接地端，收电回路220包括收电接地端，供电接地端与收电接地端电连接。供电接地端与收电接地端电连接可以提高变压器10的稳定性。
例如，图3是本公开实施例提供的一种变压器的示意图之二。如图3所示，在本公开实施例提供的变压器10中，供电电路100包括供电天线110和供电回路120，收电电路200包括收电天线210和收电回路220。供电回路120、供电天线110、收电天线210以及收电回路220设置在同一块印刷电路板140上。
例如，供电回路120、供电天线110、收电天线210以及收电回路220设置在同一块印刷电路板140上可以减小变压器10的体积、节省空间、且提升变压器10的效率，同时，由于只需要设计一块印刷电路板140，从而使变压器的设计更加容易。
例如，如图3所示，供电回路120包括供电接地端121，收电回路220包括收电接地端221，供电接地端121与收电接地端221电连接。例如，供电接地端与收电接地端电连接可以提高绝缘性和变压器10的稳定性。
例如，图4A是本公开实施例提供的一种变压器的示意图之三，图4B是图4A所示的变压器的俯视示意图，图4C是图4A所示的变压器的仰视示意图。如图4A、图4B和图4C所示，在本公开实施例提供的变压器10中，印刷电路板140包括相对的第一侧141和第二侧142，供电天线120设置于印刷电路板140的第一侧141，收电天线210设置于印刷电路板140的第二侧142。例如，供电天线110设置于第一侧141的表面上，收电天线210设置于第二侧142的表面上。
例如，将供电天线110和收电天线210分别设置在印刷电路板的第一侧141和第二侧142可以减小供电天线110和收电天线210之间的距离，节省空间，进而减小变压器的体积，同时使变压器的设计更加容易，效率更高。
例如，在本公开实施例提供的变压器10中，供电天线110与收电天线210均为螺旋状天线。例如，供电天线110与收电天线210均为圆柱螺旋状天线。例如，在本公开实施例提供的变压器10中，圆柱螺旋状供电天线110与圆柱螺旋状收电天线210同轴设置，如图4A所示，也就是说，圆柱螺旋状供电天线110的轴150与圆柱螺旋状收电天线210的轴重合。例如，圆柱螺旋状供电天线110与圆柱螺旋状收电天线210同轴设置可以提高圆柱螺旋状供电天线110与圆柱螺旋状收电天线210之间传输电力的效率。需要说明的是，轴150是圆柱状天线的一个几何属性，并不是圆柱螺旋状供电天线110或圆柱螺旋状收电天线210的组成部分，仅用于说明圆柱螺旋状供电天线110和圆柱螺旋状收电天线210之间的位置关系。在一些实施例中，可以设置圆柱螺旋状供电天线110的轴与圆柱螺旋状收电天线210的轴相互平行，两者可以不重合。
例如，在本公开实施例提供的变压器10中，圆柱螺旋状供电天线110的轴150与圆柱螺旋状收电天线210的轴均垂直于第一侧141的表面或第二侧142的表面，也就是说，圆柱螺旋状供电天线110与圆柱螺旋状收电天线210均垂直于印刷电路板设置。这样设置可以进一步减小变压器10的体积。
例如，无线供电方式分为非放射式和放射式，其中，放射式无线供电包括电磁感应式无线供电和共鸣式无线供电，放射式无线供电包括电波接收式无线供电。共鸣式无线供电例如可在10米内传输小于10千瓦的电力，具有30％到60％的效率，且位置自由度较大。例如，本公开实施例提供的变压器10为共鸣式无线供电变压器。
例如，本公开实施例提供的变压器10的工作频率为10kHz至30MHz。
例如，图5是本公开实施例提供的一种变压器的结构框图之二。如图5所示，在本公开实施例提供的变压器10中，供电回路120包括供电共振电路121和高周波共振变调电路122；收电回路220包括收电共振电路221和交流直流转换器222。
例如，供电共振电路121和高周波共振变调电路122为供电天线110提供用于发送的能量信号，供电天线110将此能量信号转化为电磁波发送给收电天线210，收电天线210接收到电磁波并将电磁波转化为相应的能量信号。收电共振电路221将接收到的能量信号转换成交流信号，交流直流转换器222将该交流信号转换为直流信号。该直流信号经过处理可以用于为负载供电。
例如，在本公开实施例提供的变压器10中，供电回路120还包括供电电源123、门驱动器124、控制电路125、晶振126以及供电通信电路127；收电回路220还包括直流变压器223、稳压器224、电池监测电路225、电池226以及可与供电通信电路127通信的收电通信电路227。
例如，晶振126的频率为27.12MHz。
例如，门驱动器124包括氮化镓(GaN)或金属氧化物半导体(MOS)门驱动器。
例如，在本公开实施例提供的变压器10中，供电通信电路127和收电通信电路227均为无线通信电路。例如，供电通信电路127和收电通信电路227均为蓝牙(bluetooth)通信电路或无线个域网(zigbee)通信电路。当然，供电通信电路127和收电通信电路227也可以为有线通信(例如，电缆或光缆通信)。
例如，在供电电路100中，控制电路125将晶振126产生的信号通过门驱动器124转换为高周波共振变调电路122需要的频率(即供电天线110发射需要的频率，例如13.56MHz)。
供电通信电路127可以接收收电通信电路227发送的控制信号。控制信号可以包括开始供电信号、停止供电信号或其他控制信号。例如，当供电通信电路127接收到收电通信电路227发送的停止供电的信号时，供电通信电路127将该停止供电的信号传送至控制电路125，致使控制电路125向供电电源123发送停止供电信号，供电电源123(例如直流电源)停止供电。当供电通信电路127接收到收电通信电路227发送的供电信号时，供电通信电路127将该供电信号传送至控制电路125，致使控制电路125向供电电源123发送供电信号，供电电源123供电。高周波共振变调电路122将供电电源123提供的电力转换成可供发射的电信号，该电信号通过供电共振电路121进行共振，之后通过供电天线110发射。当然，收电通信电路227也可以接收供电通信电路127发送的信号。
例如，在收电电路200中，收电天线210接收到供电天线110发出的电磁波并将该电磁波转换为能量信号(例如，高频电流信号)，收电共振电路221将该能量信号转换成交流电信号，交流直流转换器222将该交流电信号转换成直流电信号。直流变压器223可以将该直流电信号的电压转换为适合的工作电压。直流变压器223可以把变压后的直流电信号输送至稳压器224，经稳压器224稳压后该直流电信号可以输送至变压器10的负载300。直流变压器223也可以把变压后的直流电信号输送至电池226进行充电(例如通过电池管理芯片)，同时为电池监测电路225供电，电池监测电路225用于监测电池226的状态(例如电池226的电量状态)。直流变压器223也可以把变压后的直流电信号输送至收电通信电路227，给收电通信电路227进行供电。收电通信电路227可接收电池监测电路225发送的电池状态信息，并将该信息传输给供电通信电路127。
例如，电池226也可以通过稳压器224的输出给负载300供电。例如，当电池226的电量下降到电量阈值(例如30％)以下时，电池监测电路225向收电通信电路227发送电池电量不足的信号，收电通信电路227将此信号通过无线通信方式(例如bluetooth或zigbee)发送给供电通信电路127。供电通信电路127将接收到的信号发送给控制电路125，导致控制电路125控制供电电源123开始供电(即，供电电路100开始为负载300供电，同时为电池226充电)。当电池226充电完成后，供电电路100停止供电，此时，由电池226为负载300供电。例如，供电电路100也可以持续供电，电池226可以仅作为备份使用。
例如，控制电路125可通过DSP、FPGA、PLC等可编程电路实现。
例如，电池监测电路225可由单片机实现。
本公开的实施例还提供一种电源板，包括本公开任一实施例提供的变压器。例如，该电源板适用于液晶电视或其它需要变压器的电子设备。
本公开的实施例提供一种变压器和电源板，该变压器利用共鸣式无线充电原理，提高了变压器的工作频率，减小了变压器的体积和重量，节省了磁芯，减小或消除了磁芯损耗。
虽然上文中已经用一般性说明及具体实施方式，对本公开作了详尽的描述，但在本公开实施例基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本公开精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本公开要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种变压器，包括：
供电电路，其中，所述供电电路包括供电天线，所述供电电路被配置为通过所述供电天线以电磁波的形式发送电力；以及
收电电路，其中，所述收电电路包括收电天线，所述收电电路被配置为通过所述收电天线接收所述供电天线发送的电磁波；
其中，所述变压器为共鸣式无线供电变压器，
其中，所述供电电路还包括供电回路，所述收电电路还包括收电回路，
其中，所述供电回路包括供电共振电路和高周波共振变调电路，并且所述收电回路包括收电共振电路和交流直流转换器，
其中，所述供电电路和所述收电电路设置在同一块印刷电路板上，
其中，所述供电电路、所述收电电路、所述供电天线和所述收电天线设置在所述同一块印刷电路板上的同一表面上，
其中，所述供电回路还包括供电电源、门驱动器、控制电路、晶振以及供电通信电路，所述收电回路还包括直流变压器、电池、电池监测电路、稳压器以及可与所述供电通信电路通信的收电通信电路。
2.根据权利要求1所述的变压器，其中，所述供电天线与所述收电天线分离设置。
3.根据权利要求1所述的变压器，其中，所述供电电路包括供电接地端，所述收电电路包括收电接地端，所述供电接地端与所述收电接地端电连接。
4.根据权利要求1所述的变压器，其中，所述供电天线与所述收电天线均为螺旋状天线。
5.根据权利要求1所述的变压器，其中，所述供电天线与所述收电天线均为圆柱螺旋状天线。
6.根据权利要求5所述的变压器，其中，所述圆柱螺旋状供电天线与所述圆柱螺旋状收电天线同轴设置。
7.根据权利要求5所述的变压器，其中，所述印刷电路板包括相对的第一侧和第二侧，所述圆柱螺旋状供电天线的轴与所述圆柱螺旋状收电天线的轴均垂直于所述第一侧的表面或所述第二侧的表面。
8.根据权利要求1-7任一项所述的变压器，其中，所述变压器的工作频率为10kHz至30MHz。
9.一种电源板，包括权利要求1-8任一项所述的变压器。
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