CN117200575A - 一种非隔离dcdc变换器、供电电源及通信设备 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种非隔离DCDC变换器、供电电源及通信设备，其中，非隔离DCDC变换器包括：磁性材料、开关管和电容；开关管和电容形成非隔离DCDC变换器的充放电回路；磁性材料位于非隔离DCDC变换器的印刷电路板PCB内部；磁性材料位于非隔离DCDC变换器的充放电回路中；磁芯材料为非隔离DCDC变换器的充放电回路中提供磁路。为了降低电感带来的损耗，本申请提供的非隔离DCDC变换器不再设置分立电感，而是仅在PCB内部设置磁性材料，使磁性材料和其他器件的环路形成磁路，提供磁通，从而实现电感的功能。节省电感的设置，由于没有分立电感，因此，降低因为电感引起的功耗，从而可以提高整个非隔离DCDC变换器的效率。
Description
技术领域
本申请涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种非隔离DCDC变换器、供电电源及通信设备。
背景技术
目前，通信设备的电源模块对于功率密度的要求越来越高，提升功率密度可以通过提升开关电源中开关管的开关频率来实现。但是，开关频率越高，则变换器的损耗越大，使得电源模块的效率较低。
一般开关电源包括隔离型开关电源和非隔离型开关电源，为了降低体积，目前通信设备的板级供电最后一级采用非隔离DCDC变换器，其中，电感作为非隔离直流直流(DCDC，Direct Current)变换器的主要磁元件，电感的呈现主要为平面型导体形式，例如印制电路板(PCB，Printed Circuit Board)铜箔或流延导体等。
但是，电感在工作过程中存在损耗，电感的长度越长则损耗越大，因此，为了降低损耗可以减少电感的匝数，但是最少也只能做到一匝，不能再减少。
发明内容
为了解决以上技术问题，本申请提供一种非隔离DCDC变换器、供电电源及通信设备，能够降低电感的损耗，提高非隔离DCDC变换器的效率。
本申请提供了一种非隔离DCDC变换器，包括：磁性材料、开关管和电容；开关管和电容形成非隔离DCDC变换器的充放电回路；磁性材料位于非隔离DCDC变换器的印刷电路板PCB内部；磁性材料位于非隔离DCDC变换器的充放电回路中；磁芯材料为非隔离DCDC变换器的充放电回路中提供磁路。不具体限定非隔离DCDC变换器的具体类型，例如为升压变换器(Boost)、降压(Buck)变换器或升降压变换器(BuckBoost)。
为了降低电感带来的损耗，不再设置电感，而是仅在PCB内部设置磁性材料，使磁性材料和其他器件的环路形成磁路，提供磁通，形成分布式电感，实现电感的功能。该非隔离DCDC变换器，没有独立的绕线绕组，而是通过器件和器件连线以及垂直连接的导体形成绕组，在PCB内部设置磁性材料，节省电感的设置，由于没有分立电感，因此，降低电感引起的功耗，提高整个非隔离DCDC变换器的效率。另外，当电感功耗较大时，会引起整个电路板发热，不设置独立电感，功耗得到降低的同时，散热问题也迎刃而解。
本申请不限定磁性材料在PCB中的设置形式，下面介绍几种可能的实现方式，磁性材料作为一个整体埋入PCB中、磁性材料以多层磁性PP压合而成、或磁性材料以磁性薄膜压合而成。其中，磁性材料作为一个整体埋入PCB中的制造工艺最简单。
本申请不具体限定非隔离DCDC变换器的各个器件在PCB的设置方式，一种可能的实现方式，开关管和电容分别位于PCB的上下两侧；开关管和电容之间通过垂直导体连接形成通路，且至少部分磁性材料被通路围绕形成环路，至少部分磁性材料为环路流过电流时提供磁路。其中，垂直导体为电镀过孔；或，垂直导体为嵌入的铜柱。
另外，开关管设置在PCB的表面或者嵌入内部均可，一种可能的实现方式，开关管表贴在PCB的表面；或，开关管埋入PCB内部。
一种可能的实现方式，电容表贴在PCB的表面；或，电容贴在PCB的侧壁连接PCB的上表面和下表面；或，电容埋入PCB内部。
其中，开关管和电容嵌入PCB基板中，相比于开关管和电容位于PCB表面的情况，可以使整个电路板做得更薄，而且器件的散热路径更短，因此，更利于散热。
一种可能的实现方式，开关管和电容位于PCB的同一表面，或开关管和电容分别位于PCB的上表面和下表面；
开关管和电容分别形成系统级封装SIP模组，PCB和磁性材料形成整体板材，SIP模组与整体板材组合在一起，这种集成度更高。
本申请具体不限定，磁性材料形成的磁通与PCB所在平面的形成方向。磁性材料提供的磁路中的磁通在平行于PCB所在的水平平面闭环流通。或，磁性材料提供的磁路中的磁通在垂直于PCB所在的水平平面闭环流通。
下面以非隔离DCDC变换器为Buck变换器为例介绍；开关管包括：第一开关管和第二开关管；电容包括输入电容和输出电容；输入电容、第一开关管和第二开关管设置在PCB的第一表面；输出电容设置在PCB的第一表面以外的其他表面。
一种可能的实现方式，Buck变换器的充放电回路的连接包括输入电容、第一开关管、第二开关管和输出电容的水平连接以及垂直导体的垂直连接。
本申请提供的非隔离DCDC变换器不限定其中包括的DCDC电路的数量，可以为一个，也可以为多个，为了应用的需要，非隔离DCDC变换器中可以包括多个DCDC电路。具体地，非隔离DCDC变换器为多相耦合的Buck变换器。
继续以Buck电路为例，一个非隔离DCDC变换器中可以包括多个Buck电路，并且多个Buck电路的磁性材料耦合在一起。当Buck电路中的电感存在时，多个Buck电路中的电感绕组可以共磁体，即共磁芯。本申请提供的非隔离DCDC变换器中不包括电感绕组，因此，可以多个Buck电路的磁性材料耦合在一起，下面具体介绍实现方式。由于多个Buck电路之间的电感耦合，多个Buck电路中的磁通可以相互抵消，相当于总的电感量变低，因此，可以进一步降低纹波电流，从而进一步降低损耗。本申请提供的非隔离DCDC变换器，由于不设置独立的电感绕组，因此，可以提高功率密度，同时相当于绕组的路径极大缩短，因此，绕组的铜损也降低。
本申请提供一种供电电源，包括以上介绍的非隔离DCDC变换器，还包括：整流电路；整流电路的第一端用于连接交流电源；整流电路，用于将交流电源的交流电转换为直流电；整流电路的第二端用于连接非隔离DCDC变换器的第一端；非隔离DCDC变换器的第二端用于为负载供电；非隔离DCDC变换器，用于将直流电进行转换后提供给负载。
本申请还提供一种通信设备，包括以上介绍的供电电源；供电电源，用于为通信设备中的负载供电。该供电电源可以为通信设备中的负载提供12V、5V、3.3V、1.0V等的电压。本申请实施例不具体限定通信设备的类型，例如为数据中心中的设备，或者服务器，基站等。
本申请至少具有以下优点：
本申请提供的非隔离DCDC变换器，包括：磁性材料、开关管和电容；开关管和电容形成非隔离DCDC变换器的充放电回路；磁性材料位于非隔离DCDC变换器的印刷电路板PCB内部；磁性材料位于非隔离DCDC变换器的充放电回路中，既位于充电回路中，又位于放电回路中，等效形成分布式电感；磁芯材料为非隔离DCDC变换器的充放电回路中提供磁路。为了降低电感带来的损耗，本申请提供的非隔离DCDC变换器不再设置分立电感，而是仅在PCB内部设置磁性材料，使磁性材料和其他器件的环路形成磁路，提供磁通，从而实现电感的功能。这样可以节省电感的设置，由于没有分立电感，因此，可以降低因为电感引起的功耗，从而可以提高整个非隔离DCDC变换器的效率。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种供电电源示意图；
图2为本申请实施例提供的一种Buck电路的充电回路示意图；
图3为本申请实施例提供的一种Buck电路的放电回路示意图；
图4为本申请实施例提供的一种非隔离DCDC变换器的示意图；
图5为图4对应的充电回路示意图；
图6为图4对应的放电回路示意图；
图7为本申请实施例提供一种磁性材料在PCB中的示意图；
图8为本申请实施例提供另一种磁性材料在PCB中的示意图；
图9为本申请实施例提供又一种磁性材料在PCB中的示意图；
图10为本申请实施例提供的一种非隔离DCDC变换器中水平磁通方向示意图；
图11为本申请实施例提供的另一种非隔离DCDC变换器中水平磁通方向示意图；
图12为本申请实施例提供的一种非隔离DCDC变换器中垂直磁通方向示意图；
图13为本申请实施例提供的另一种非隔离DCDC变换器中垂直磁通方向示意图；
图14为本申请实施例提供的非隔离DCDC变换器的立体图；
图15为本申请实施例提供的多相耦合在一起的Buck电路的示意图；
图16为本申请实施例提供的一种多相Buck电路的PCB示意图；
图17为本申请实施例提供的一种供电电源的示意图；
图18为本申请实施例提供的一种通信设备的示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本申请实施例提供的技术方案，下面先介绍非隔离DCDC变换器的应用场景。
由于非隔离DCDC变换器相对于隔离DCDC变换器来说没有变压器，因此，体积小，成本低，适用于为最后一级负载供电，例如为芯片供电。其中，芯片不限定具体的场景，例如可以为网络设备的芯片，也可以为IT设备的芯片。具体地，例如为服务器的芯片供电等。
下面结合附图介绍非隔离DCDC变换器的一种应用场景。
参见图1，该图为本申请实施例提供的一种供电电源示意图。
本实施例提供的供电电源包括非隔离DCDC变换器200，还包括：整流电路300；
整流电路300的第一端用于连接交流电源AC，整流电路300，用于将交流电源AC的交流电转换为直流电；
整流电路300的第二端用于连接非隔离DCDC变换器200的第一端；非隔离DCDC变换器200的第二端用于为负载供电；
非隔离DCDC变换器200，用于将直流电进行转换后提供给负载。
负载可以为任何用电设备，具体可以根据负载的不同，非隔离DCDC变换器200输出的电压不同，例如可以输出12V、5V、3.3V、1.0V等电压。
由于板级供电对于功率密度要求越来越高，因此，需要最后一级供电电源的体积小，功耗低，供电效率高。非隔离DCDC变换器包括开关管，通过控制开关管的开关动作来实现电能的变换。一般减小供电电源的体积可以通过提高开关频率来实现，但是开关频率越高，则对应的损耗较大，效率较低。为了降低非隔离DCDC变换器中电感带来的功耗，可以降低电感的长度，一般电感由绕组来实现，即减小绕组的长度。但是，绕组最短也只能设置一匝，不能再少。
变换器实施例
本申请实施例提供的非隔离DCDC变换器，为了降低电感的功耗，不设置分立电感，仅在PCB中设置磁性材料，当电流形成的环路包围磁性材料时，形成磁路，磁通穿过磁性材料，从而实现了电感的作用，这样PCB上不必设置分立电感，从而可以降低电感的功耗，提高非隔离DCDC变换器的电能转换效率。
为了使本领域技术人员更好地理解本申请实施例提供的非隔离DCDC变换器，下面结合附图进行详细介绍。
本申请实施例提供的非隔离DCDC变换器，为了方便介绍，以下简称变换器，本申请实施例不具体限定变换器的具体类型，例如可以为升压变换器(Boost)，也可以为降压(Buck)变换器，也可以为升降压变换器(BuckBoost)等。
为了方便本领域技术人员理解本申请实施例提供的技术方案，以下实施例中以降压变换器，即Buck电路为例进行介绍。首先结合附图介绍Buck电路的工作原理。
参见图2，该图为本申请实施例提供的一种Buck电路的充电回路示意图。
Buck电路包括输入电容C1、输出电容C2、第一开关管Q1和第二开关管Q2。
其中，输入电容C1的两端连接输入电源的两端，第一开关管Q1的第一端连接输入电容C1的第一端，第一开关管Q1的第二端连接第二开关管Q2的第一端，第二开关管Q2的第二端连接输入电容C1的第二端，电感L的第一端连接第一开关管Q1的第二端，电感L的第二端连接输出电容C2的第一端，输出电容C2的第二端连接输入电容C1的第二端。
其中，第一开关管Q1作为主功率管进行开关动作，即第一开关管Q1导通时，输入电压Vin为电感L充电，参见图2中虚线所示的充电回路，电流路径为：Q1-L-C2-C1。第二开关管Q2充当二极管的续流作用。
参见图3，该图为本申请实施例提供的一种Buck电路的放电回路示意图。
当第一开关管Q1断开时，电感L放电，放电回路如图3中的虚线所示，电流路径为：L-C2-Q2-L。
由于图2和图3对应的Buck电路中包括电感L，电感L一般设置在PCB的平面上，电感的体积较大，导致PCB的体积较大，而且电感的损耗大，导致整个Buck电路的电能转换效率较低。
为了降低电感带来的损耗，本申请实施例提供的非隔离DCDC变换器不再设置电感，而是仅在PCB内部设置磁性材料，使磁性材料和其他器件的环路形成磁路，提供磁通，形成分布式电感，实现电感的功能。而且本申请实施例提供的非隔离DCDC变换器，没有独立的绕线绕组，而是通过器件和器件连线以及垂直连接的导体形成绕组，并在PCB内部设置磁性材料，这样可以节省电感的设置，由于没有分立电感，因此，可以降低因为电感引起的功耗，从而可以提高整个非隔离DCDC变换器的效率。另外，当电感功耗较大时，会引起整个电路板发热，而本申请实施例不设置独立电感，因此，功耗得到降低的同时，散热问题也迎刃而解。
参见图4，该图为本申请实施例提供的一种非隔离DCDC变换器的示意图。
本申请实施例提供的非隔离DCDC变换器，包括：磁性材料、开关管和电容；
开关管和电容形成非隔离DCDC变换器的充放电回路；
磁性材料位于非隔离DCDC变换器的印刷电路板PCB内部；
磁性材料位于非隔离DCDC变换器的充放电回路中；
磁芯材料为非隔离DCDC变换器的充放电回路中提供磁路。
本实施例中不具体限定DCDC变换器的具体类型，为了更好地对比图2和图3，下面仍然以Buck电路为例进行介绍。
如图4所示，Buck电路中已没有电感，仅是设置磁性材料10，该磁性材料10既位于Buck电路的充电回路中，又位于Buck电路的放电回路中，即该磁性材料10充当了电感的作用。由于磁性材料10的导磁特性，有电流在磁性材料10的周围形成闭合环路时，磁性材料10中有磁通通过，进而产生磁场。
如图5所示的充电回路以及图6所示的放电回路，本实施例提供的磁芯材料10既位于图5所示的Buck电路的充电回路中，又位于图6所示的Buck电路的放电回路中。
本申请实施例不具体限定磁芯材料在PCB内部的具体形式，下面结合附图举例列举几种实现方式。
其中，开关管表贴于PCB的表面；或，开关管埋入PCB内部。
电容表贴在PCB的表面；或，电容贴在PCB的侧壁连接PCB的上表面和下表面。
另外，开关管和电容均位于PCB的同一表面，例如共同位于PCB的上表面，或共同位于PCB的下表面，或者开关管和电容分别位于PCB的不同表面，例如开关管和电容分别位于PCB的上表面和下表面；开关管和电容分别形成系统级封装(SIP，System In a Package)模组，PCB和磁性材料形成整体板材，SIP模组与整体板材组合在一起。
参见图7，该图为本申请实施例提供一种磁性材料在PCB中的示意图。
磁性材料10作为一个整体埋入PCB中。
其中，Buck电路中的各个器件可以分别设置于PCB的上表面和下表面，例如，PCB的上表面设置图4中的C1、Q1和Q2，PCB的下表面设置图4中的C2。
图7所示的将磁性材料10整体埋入PCB中，制造工艺简单，直接埋入一个整体的磁性材料10即可。
参见图8，该图为本申请实施例提供另一种磁性材料在PCB中的示意图。
图8中的磁性材料10以多层磁性PP压合而成，图8中仅是示意在PCB中压合三层磁性PP为例。
另外，本申请实施例提供的非隔离DCDC变换器中的磁性材料还可以以磁性薄膜压合而成。
图7和图8中电容和开关管均是位于PCB的表面，而且电容和开关管还可以位于PCB的内部，即作为Die埋入PCB中，下面结合附图进行详细介绍。
参见图9，该图为本申请实施例提供又一种磁性材料在PCB中的示意图。
图9所示的开关管和电容嵌入PCB基板中，相比于开关管和电容位于PCB表面的情况，图9所示的嵌入式器件，可以使整个电路板做得更薄，而且器件的散热路径更短，因此，更利于散热。
本申请实施例不具体限定开关管的具体类型，例如可以为半导体开关器件的任何类型，本申请实施例的图中以金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOS，Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)管为例进行介绍。
由于开关管和电容分别位于PCB板的不同表面，因此，开关管和电容形成闭合回路，需要将开关管和电容进行电连接，下面介绍具体的连接方式。
开关管和所述电容分别位于PCB的上下两侧；开关管和电容之间通过垂直导体连接形成通路，且至少部分磁性材料被通路围绕形成环路，至少部分磁性材料为环路流过电流时提供磁路，达到电感的功能。例如，为了节省材质，方便加工，开关管和电容之间可以通过垂直导体进行电连接。
垂直导体的形式可以为电镀过孔，或，为嵌入的铜柱。或者也可以为其他工艺形成的垂直互连的导体，即将开关管和电容进行电连接。为了方便理解，以下实施例中以垂直导体为过孔为例进行介绍。
本申请实施例不具体限定磁性材料中磁通的方向，下面结合附图介绍两种不同的实现方式。
首先介绍第一种，本实施例提供的非隔离DCDC变换器，磁性材料提供的磁路中的磁通在平行于PCB所在的水平平面闭环流通。需要说明的是，从图10开始，输入电容用Cin表示，输出电容用Co表示。
参见图10，该图为本申请实施例提供的一种非隔离DCDC变换器中水平磁通方向示意图。
图10继续以Buck电路为例，其中第一开关管Q1、第二开关管Q2和输入电容Cin表贴于PCB的上表面，输出电容Co表贴于PCB的下表面。本申请实施例中不具体限定输出电容位于的PCB的具体侧面，只要输出电容与其他器件不在同一个表面即可。第一开关管Q1、第二开关管Q2和输入电容Cin位于PCB的第一表面，输出电容Co位于PCB的第一表面以外的其他表面。
PCB上表面的第一开关管Q1、第二开关管Q2和输入电容Cin与PCB下表面的输出电容Co电连接，可以通过过孔K实现。图10中示意了两个过孔K，过孔K导电，而且PCB中包括导电层，因此，两个过孔K与上下导电层形成闭合环路。图10所示的磁性材料在PCB的水平方向被闭合环路分为多个区域，图中以三个区域为例。
例如闭合环路的电流方向为顺时针方向，根据右手定则，则位于中间的磁性材料12的磁通向内，利用X表示向内的磁通方向；向内的磁通从位于两侧的磁性材料11和13的磁通向外出来，用O表示向外的磁通方向，从而形成闭合磁路。
显然，图10所示的磁性材料和导电过孔的布局，使得Buck电路的PCB中磁性材料的磁通方向平行于PCB所在的水平平面闭环流通。
为了方便理解，可以认为图10中的闭合环路形成一匝电感，因为磁性材料套在闭合环路内部，可以等效为电感的功能。
图11与图10的磁路方向相同，在此不再赘述，图11与图10不同的仅是磁性材料设置在PCB中的方式不同，其中，图10为磁性材料整体埋入PCB内部。图11为磁性材料以多层磁性PP压合而成。
下面介绍第二种，本实施例提供的非隔离DCDC变换器，磁性材料提供的磁路中的磁通在垂直于PCB所在的水平平面闭环流通。
参见图12，该图为本申请实施例提供的一种非隔离DCDC变换器中垂直磁通方向示意图。
图12继续以Buck电路为例，图12与图10的不同是，图10和图11中的器件位于PCB的上表面和下表面，图12中的器件位于PCB内部，即埋入PCB内部，但是，第一开关管Q1、第二开关管Q2和输入电容Cin位于PCB的上侧，输出电容Co位于PCB的下侧。
第一开关管Q1、第二开关管Q2和输入电容Cin与输出电容Co电连接，可以通过过孔K实现。图12中示意了两个过孔K，过孔K导电，而且PCB中包括导电层，因此，两个过孔K与上下导电层形成闭合环路。图12中的磁性材料10在PCB的垂直方向被闭合环路分为多个区域，图12中以三个区域为例。
例如闭合环路的电流方向为顺时针方向，根据右手定则，则位于中间的磁性材料12的磁通向内，利用X表示向内的磁通方向；向内的磁通从位于上下的磁性材料11和13的磁通向外出来，用O表示向外的磁通方向，从而形成闭合磁路。
显然，图12所示的磁性材料和导电过孔的布局，使得Buck电路的PCB中磁性材料的磁通方向垂直于PCB所在的水平平面闭环流通。
图13与图12的磁路方向相同，在此不再赘述，图13与图12不同的仅是磁性材料设置在PCB中的方式不同，其中，图12为磁性材料整体埋入PCB内部。图13为磁性材料以多层磁性PP压合而成。
对于图12和图13中的Buck电路的器件以埋入PCB内部为例进行介绍，应该理解，对于这种磁通方向垂直于PCB所在水平平面的闭环，Buck电路的器件也可以类似于图10所示的方式，置于PCB的上表面和下表面，本申请实施例不对Buck电路的器件的位于做具体限定。
下面结合图10-图13介绍本申请实施例提供的Buck电路的各个参数如下表1所示。
| 参数 | 数值 | 单位 |
| Vin | 12 | V |
| Vo | 3 | V |
| Vt | 9(Ton) | V |
| Don | 0.25 | \ |
| Fs | 20 | MHz |
| N | 1 | \ |
| Delta B | 0.113 | T |
| Ae | 1 | mm^2 |
Vin：变换器的输入电压；
Vo：变换器的输出电压；
Vt：电感上的电压降；
Don:电感电流上升占空比；
Fs:开关频率；
N：电感绕组匝数；
Delta B：电感磁路中磁通密度变化值；
Ae：电感磁路有效截面积。
下面结合附图介绍本申请实施例提供的非隔离DCDC变换器中充电回路和放电回路的连接方式。
参见图14，该图为本申请实施例提供的非隔离DCDC变换器的立体图。
本实施例中继续以非隔离DCDC变换器包括Buck电路为例进行介绍。其中，第一开关管Q1、第二开关管Q2和输入电容Cin均位于PCB的上表面，输出电容Co位于PCB的下表面。
本申请实施例中不设置独立的电感，对于Buck电路中的充电回路和放电回路的连接，通过以上器件本体实现充电回路和放电回路的水平连接或者部分水平连接，仅剩下垂直连接或者很少的水平连接可以通过垂直导体K来实现。其中，垂直导体可以为过孔，也可以为其他导体，例如立柱，或者为电镀或埋嵌等工艺实现的导体来进行电连接。
由于本申请实施例提供的非隔离DCDC变换器不包括电感绕组，因此，可以降低PCB的面积，从而降低整个非隔离DCDC变换器的体积，从而提升非隔离DCDC变换器的功率密度。由于不设置独立的电感绕组，因此，可以降低电感引起的功耗，提高非隔离DCDC变换器的电能变换效率。
本申请实施例提供的非隔离DCDC变换器不限定其中包括的DCDC电路的数量，例如可以为一个，也可以为多个，以上实施例均是以非隔离DCDC变换器中包括一个DCDC电路为例，应该理解，为了应用的需要，非隔离DCDC变换器中可以包括多个DCDC电路。
参见图15，该图为本申请实施例提供的多相耦合在一起的Buck电路的示意图。
继续以Buck电路为例，一个非隔离DCDC变换器中可以包括多个Buck电路，并且多个Buck电路的磁性材料耦合在一起。当Buck电路中的电感存在时，多个Buck电路中的电感绕组可以共磁体，即共磁芯。本申请实施例提供的非隔离DCDC变换器中不包括电感绕组，因此，可以多个Buck电路的磁性材料耦合在一起，下面具体介绍实现方式。
图15仅以两相Buck电路为例进行介绍，从电路图上看，两个Buck电路具有独立的输入端和输出端，仅磁性材料可以耦合在一起。
其中，第一Buck电路包括输入电容Cin和输出电容Co，还包括第一开关管Q1和第二开关管Q2。第二Buck电路包括输入电容Cin和输出电容Co，还包括第三开关管Q3和第四开关管Q4。Buck电路中各个器件的连接关系可以参见图2对应的描述，在此不再赘述。
其中，多个Buck电路的磁性材料，可以是整体埋入PCB，也可以是磁膜或者磁性PP多层压合而成。
多个Buck电路的磁性材料提供的磁路中的磁通在平行于PCB所在的水平平面闭环流通。另外，多个Buck电路的磁性材料提供的磁路中的磁通在垂直于PCB所在的水平平面闭环流通。
下面结合附图介绍图15对应的PCB的布局方式。
参见图16，该图为本申请实施例提供的一种多相Buck电路的PCB示意图。
第一Buck电路的输入电容Cin、第一开关管Q1和第二开关管Q2，以及第二Buck电路的输入电容Cin、第三开关管Q3和第四开关管Q4均布局在PCB的上表面，便于集中散热处理，第一Buck电路的输出电容Co和第二Buck电路的输出电容Co均布局在PCB下表面，PCB上表面和PCB下表面的电路通过过孔进行电连接。
图16中以磁材材料的磁通在平行PCB所在的水平平面闭环流通，形成水平磁路。
图16中磁性材料在PCB的水平方向被过孔分为多个区域，即区域11、区域12、区域13和区域14。其中，第一Buck电路和第二Buck电路共用磁性材料的区域12和13。
对于第一Buck电路来说，区域12周围的闭合环路的电流顺时针方向，则利用右手定则，区域12的磁通方向向内，利用X表示向内的磁通方向；向内的磁通从位于两侧的区域11和区域13的磁通向外出来，用O表示向外的磁通方向，从而形成闭合磁路。
同理，对于第二Buck电路来说，区域13周围的闭合环路的电流顺时针方向，则利用右手定则，区域13的磁通方向向内，利用X表示向内的磁通方向；向内的磁通从位于两侧的区域12和区域14的磁通向外出来，用O表示向外的磁通方向，从而形成闭合磁路。
图16中的区域12和区域13之所以用X表示，是因为区域12和区域13中的磁通包括向内方向的磁通和向外方向的磁通，只不过向内方向的磁通量大于向外方向的磁通量，因此，两者相抵消后，呈现的总磁通方向向内，因此，用X表示区域12和区域13中的磁通方向。
由于多个Buck电路之间的电感耦合，多个Buck电路中的磁通可以相互抵消，相当于总的电感量变低，因此，可以进一步降低纹波电流，从而进一步降低损耗。
另外，本申请实施例提供的变换器包括多个Buck电路时，具体设计参数可以参见以上表1的介绍。
本申请实施例提供的非隔离DCDC变换器，由于不设置独立的电感绕组，因此，可以提高功率密度，同时相当于绕组的路径极大缩短，因此，绕组的铜损也降低。
另外，本申请实施例中可以通过调整两个Buck电路中垂直连接的相互位置，调节两个Buck电路之间的耦合系数。
本申请实施例提供的非隔离DCDC变换器，通过开关回路的器件和磁性材料部分或全部替代电感绕组，打破单匝绕组的局限，进一步降低绕组损耗，同时可实现最小功率环路和最小寄生电感，从而降低空间电磁辐射，提高信号质量和减低开关管尖峰电压，从而减少滤波电容和开关损耗；另外，不独立在PCB表面设置电感绕组，可降低PCB层数，从而降低高度和成本。并且多相Buck电路的耦合电感，可以进一步降低电感的交流阻抗ACR的损耗。
本申请实施例以上实施例均是以非隔离DCDC变换器中为例介绍电感的实现方式，以磁性材料来替代。另外，除了在非隔离DCDC变换器中，任何其他电路中的电感，即磁性器件均可以用以上实施例介绍的磁性材料的方式来替代，在此不再赘述。
电源实施例
基于以上实施例提供的一种非隔离DCDC变换器，本申请实施例还提供一种供电电源，下面结合附图进行详细介绍。
参见图17，该图为本申请实施例提供的一种供电电源的示意图。
本申请实施例提供的供电电源，包括以上实施例介绍的非隔离DCDC变换器，还包括：整流电路300；
整流电路300的第一端用于连接交流电源；
整流电路300，用于将交流电源的交流电转换为直流电；
整流电路300的第二端用于连接非隔离DCDC变换器的第一端；
本申请实施例不具体限定非隔离DCDC变换器的具体实现形式，例如可以为Buck电路，也可以为Boost电路，也可以为BuckBoost电路，图17仅是以非隔离DCDC变换器为Buck电路为例进行介绍。例如，Buck电路用于将输入的12V降低为3V输出给负载。对于Buck电路的具体描述可以参见图4的介绍，在此不再赘述。
非隔离DC/DC变换器的第二端用于为负载供电；
非隔离DC/DC变换器，用于将直流电进行转换后提供给负载。
另外，本申请实施例提供的供电电源还可以包括一级DCDC变换器，即在图17的整流电路300和非隔离DCDC变换器之间，包括降压DCDC变换器，用于将整流电路300输出的直流电压降压后输出给非隔离DCDC变换器的输入端。
本申请提供的供电电源包括以上实施例介绍的非隔离DCDC变换器，由于包括非隔离DCDC变换器：磁性材料、开关管和电容；开关管和电容形成非隔离DCDC变换器的充放电回路；磁性材料位于非隔离DCDC变换器的印刷电路板PCB内部；磁性材料位于非隔离DCDC变换器的充放电回路中，既位于充电回路中，又位于放电回路中，等效形成分布式电感；磁芯材料为非隔离DCDC变换器的充放电回路中提供磁路。为了降低电感带来的损耗，本申请提供的非隔离DCDC变换器不再设置电感，而是仅在PCB内部设置磁性材料，使磁性材料和其他器件的环路形成磁路，提供磁通，从而实现电感的功能。这样可以节省电感的设置，由于没有电感，因此，可以降低由于电感引起的功耗，从而可以提高整个非隔离DCDC变换器的效率，提高供电电源的效率。
基于以上实施例提供的一种供电电源，本申请实施例还提供一种通信设备，供电电源用于为通信设备中的负载供电，例如，该供电电源可以为通信设备中的负载提供12V、5V、3.3V、1.0V等的电压。本申请实施例不具体限定通信设备的类型，例如为数据中心中的设备，或者服务器，基站等。
由于本申请实施例提供的通信设备中的供电电源可以节省电感的设置，从而节省电路板的面积和体积，有利于整个通信设备的轻薄化，同时有利于通信设备的散热。
应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
以上所述，仅是本申请的较佳实施例而已，并非对本申请作任何形式上的限制。虽然本申请已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本申请。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本申请技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本申请技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本申请技术方案保护的范围内。
Claims (16)
1.一种非隔离DCDC变换器，其特征在于，包括：磁性材料、开关管和电容；
所述开关管和所述电容形成所述非隔离DCDC变换器的充放电回路；
所述磁性材料位于所述非隔离DCDC变换器的印刷电路板PCB内部；
所述磁性材料位于所述非隔离DCDC变换器的充放电回路中；
所述磁芯材料为所述非隔离DCDC变换器的充放电回路中提供磁路。
2.根据权利要求1所述的非隔离DCDC变换器，其特征在于，所述磁性材料作为一个整体埋入所述PCB中。
3.根据权利要求1所述的非隔离DCDC变换器，其特征在于，所述磁性材料以多层磁性PP压合而成。
4.根据权利要求1所述的非隔离DCDC变换器，其特征在于，所述磁性材料以磁性薄膜压合而成。
5.根据权利要求1-4任一项所述的非隔离DCDC变换器，其特征在于，所述开关管和所述电容分别位于所述PCB的上下两侧；
所述开关管和所述电容之间通过垂直导体连接形成通路，且至少部分所述磁性材料被所述通路围绕形成环路，所述至少部分磁性材料为所述环路流过电流时提供磁路。
6.根据权利要求5所述的非隔离DCDC变换器，其特征在于，所述垂直导体为电镀过孔；
或，
所述垂直导体为嵌入的铜柱。
7.根据权利要求5所述的非隔离DCDC变换器，其特征在于，所述开关管表贴在所述PCB的表面；
或，
所述开关管埋入所述PCB内部。
8.根据权利要求5所述的非隔离DCDC变换器，其特征在于，所述电容表贴在所述PCB的表面；
或，
所述电容贴在所述PCB的侧壁连接所述PCB的上表面和下表面；
或，
所述电容埋入所述PCB内部。
9.根据权利要求1-4任一项所述的非隔离DCDC变换器，其特征在于，所述开关管和所述电容位于所述PCB的同一表面，或所述开关管和所述电容分别位于所述PCB的上表面和下表面；
所述开关管和所述电容分别形成系统级封装SIP模组，所述PCB和所述磁性材料形成整体板材，所述SIP模组与所述整体板材组合在一起。
10.根据权利要求1-9任一项所述的非隔离DCDC变换器，其特征在于，所述磁性材料提供的磁路中的磁通在平行于所述PCB所在的水平平面闭环流通。
11.根据权利要求1-9任一项所述的非隔离DCDC变换器，其特征在于，所述磁性材料提供的磁路中的磁通在垂直于所述PCB所在的水平平面闭环流通。
12.根据权利要求1-11任一项所述的非隔离DCDC变换器，其特征在于，所述非隔离DCDC变换器为Buck变换器；
所述开关管包括：第一开关管和第二开关管；
所述电容包括输入电容和输出电容；
所述输入电容、所述第一开关管和所述第二开关管设置在所述PCB的第一表面；所述输出电容设置在所述PCB的所述第一表面以外的其他表面。
13.根据权利要求12所述的非隔离DCDC变换器，其特征在于，所述Buck变换器的充放电回路的连接包括所述输入电容、所述第一开关管、所述第二开关管和所述输出电容的水平连接以及垂直导体的垂直连接。
14.根据权利要求12或13所述的非隔离DCDC变换器，其特征在于，所述非隔离DCDC变换器为多相耦合的Buck变换器。
15.一种供电电源，其特征在于，包括权利要求1-14任一项所述的非隔离DCDC变换器，还包括：整流电路；
所述整流电路的第一端用于连接交流电源；
所述整流电路，用于将所述交流电源的交流电转换为直流电；
所述整流电路的第二端用于连接所述非隔离DCDC变换器的第一端；
所述非隔离DCDC变换器的第二端用于为负载供电；
所述非隔离DCDC变换器，用于将所述直流电进行转换后提供给所述负载。
16.一种通信设备，其特征在于，包括权利要求15所述的供电电源；
所述供电电源，用于为所述通信设备中的负载供电。
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