CN219124088U - 谐振转换器和供电电源 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种谐振转换器和供电电源，涉及电子技术领域，该谐振转换器包括：电感模块、变压模块以及电路板；电感模块与变压模块复用电路板；电路板的一端设置有变压模块，在电路板的一端设置铜箔螺旋呈线圈状形成变压模块的初级线圈，在电路板的一端设置铜箔螺旋呈线圈状形成变压模块的次级线圈；电路板的另一端设置有电感模块，在电路板的另一端设置铜箔螺旋呈线圈状形成电感模块的电感线圈；变压模块的初级线圈与电感线圈通过电路板上的铜箔连接，从而缩小了供电电源的尺寸、提高了供电电源的功率密度，解决了外加谐振电感体积大、不利于电源超薄化及小型化的问题，实现了大功率供电电源的小型化、超薄化、高频化。

Description

谐振转换器和供电电源

技术领域

本申请涉及电子技术领域，尤其涉及一种谐振转换器和供电电源。

背景技术

随着科技的发展，电视显示技术在不断地进步，从最开始的模拟电视到液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)、等离子、发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)，再到革命性的有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)电视，每一次显示技术的革新都对电视的电源提出新的要求，促使电视电源不断发展迭代。

目前，大功率电视电源一般采用功率因数校正(Power Factor Correction，PFC)架构加谐振转换电路(Resonant Conversion Circuit，LLC)架构的电路，其中变压器是电源的核心器件之一，变压器选型与设计的好坏，很大程度上决定了电源的性能。如果变压器设计的不合理，会出现电源输出不稳定的问题，导致整个系统工作异常，因此，变压器的设计非常重要。

为了使电源满足超薄需求，LLC电路中的变压器通常选用印制电路板(PrintedCircui t Board，PCB)平面变压器，但由于PCB平面变压器的漏感不能作为谐振电感使用，因此需要外加谐振电感，采用常规磁芯骨架制作的谐振电感无法满足电源小型化的要求，此外，外加谐振电感和PCB平面变压器之间的走线寄生参数大，不利于电源高频化。

实用新型内容

本申请提供了一种谐振转换器和供电电源，以解决外加谐振电感体积大、不利于电源超薄化及小型化的问题。

第一方面，本申请提供了一种谐振转换器，包括：电感模块、变压模块以及电路板；

所述电感模块与所述变压模块复用所述电路板；

所述电路板的一端设置有所述变压模块，在所述电路板的一端设置有所述变压模块的初级线圈和次级线圈，所述初级线圈和所述次级线圈均为金属箔螺旋形成的线圈；

所述电路板的另一端设置有所述电感模块，在所述电路板的另一端设置有所述电感模块的电感线圈，所述电感线圈为金属箔螺旋形成的线圈；

所述变压模块的初级线圈与所述电感线圈通过所述电路板上的金属箔连接。

可选的，所述金属箔为铜箔，所述电路板包括多层PCB板，任意两层所述PCB板之间螺旋状的铜箔采用串联形式连接。

可选的，所述电路板的第一区域设置有第一空腔、第二空腔和第三空腔；

所述电感模块中磁芯的中柱设置于所述第二空腔内、第一边柱设置于所述第一空腔内，以及第二边柱设置于所述第三空腔内，所述电感模块中磁芯通过所述第一空腔、所述第二空腔和所述第三空腔固定于所述电路板上。

可选的，所述电路板的第二区域设置有第四空腔；

所述变压模块的磁芯设置于所述电路板上，且包围所述第四空腔。

可选的，所述变压模块的所述初级线圈和所述次级线圈设置于不同层的所述电路板上，所述初级线圈和所述次级线圈通过所述电路板上的铜箔电连接。

可选的，所述电路板上设置有初级引脚，所述初级引脚连通过所述电感模块的电感线圈连接至所述变压模块的所述初级线圈。

可选的，所述电路板上设置有次级引脚，所述次级引脚连接至所述变压模块的所述次级线圈。

可选的，所述初级引脚包括：第一初级引脚、第二初级引脚及第三初级引脚；

所述第一初级引脚与所述电感模块的电感线圈的输入端电连接，所述第二初级引脚与所述电感模块的电感线圈的输出端电连接，所述第三初级引脚用于固定所述电路板。

可选的，所述次级引脚包括：第一次级输出引脚、第二次级输出引脚及第三次级输出引脚；

所述第一次级输出引脚与所述变压模块的次级线圈的第一输出端电连接，所述第二次级输出引脚与所述变压模块的次级线圈的第二输出端电连接，所述第三次级输出引脚与所述变压模块的次级线圈的第三输出端电连接。

第二方面，本申请提供了一种供电电源，包括如第一方面任一所述的谐振转换器。

本申请实施例通过使电感模块与变压模块复用电路板，并在电路板的一端设置有变压模块，在电路板的一端设置铜箔螺旋呈线圈状形成变压模块的初级线圈，在电路板的一端设置铜箔螺旋呈线圈状形成变压模块的次级线圈，且在电路板的另一端设置有电感模块，在电路板的另一端设置铜箔螺旋呈线圈状形成电感模块的电感线圈，初级线圈与电感线圈通过电路板上的铜箔连接，从而缩小了供电电源的尺寸、提高了供电电源的功率密度，解决了外加谐振电感体积大、不利于电源超薄化及小型化的问题，实现了大功率供电电源的小型化、超薄化、高频化。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种谐振转换器的结构示意图；

图2为本申请一个可选实施例提供的一种谐振转换器的结构示意图(侧视图)；

图3为本申请一个可选实施例提供的一种谐振转换器的结构示意图(俯视图)。

图中标记：110、电感模块，120、变压模块，130、电路板，121、初级线圈，122、次级线圈，111、电感线圈，21、初级引脚，22、次级引脚，131、第一区域，132、第二区域，31、第一空腔，32、第二空腔，33、第三空腔，34、第四空腔，112、电感模块110中磁芯，1121、磁芯112的中柱，1122、第一边柱，1123、第二边柱，123、变压模块120的磁芯，HB、第一初级引脚，NP2、第二初级引脚，NC、第三初级引脚，NS1、第一次级输出引脚，NS2、第二次级输出引脚，NS3、第三次级输出引脚，VCC、第一电源初级引脚，GND、电源初级地引脚。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在相关技术中，由于超薄电源的高度限制，谐振电感Lr的磁芯也必须使用超薄结构磁芯才能满足电源高度要求，限于超薄磁芯中柱的高度，再加上固定电感的骨架高度，剩下留给电感线圈绕制的高度非常有限，因此通常采用如图1所示的以平面绕制法绕制的谐振电感。此外，由于大功率电源的谐振电感流过的高频电流比较大，线圈需较粗的铜线，电感的磁芯绕线窗口需选的比较宽，这导致外加谐振电感尺寸较所占电源板的面积比较大，不利于电源的小型化。

此外，为了发挥PCB平面变压器的优势(寄生参数小)，PCB平面变压器一般应用在工作频率高于160千赫兹(kHz)高频电路中。当电路工作在160kHz以上的工作频率时，外置漏感本身以及和PCB平面变压器之间的PCB走线存在寄生参数，对电路影响非常大。

本申请实施例的核心构思之一在于，使电感模块与变压模块复用电路板，并在电路板的一端设置变压模块，在电路板的一端设置铜箔螺旋呈线圈状形成变压模块的初级线圈，在电路板的一端设置铜箔螺旋呈线圈状形成变压模块的次级线圈；且在电路板的另一端设置有电感模块，在电路板的另一端设置铜箔螺旋呈线圈状形成电感模块的电感线圈，变压模块初级线圈与电感线圈通过电路板上的铜箔连接，从而缩小了供电电源的尺寸、提高了供电电源的功率密度，解决了外加谐振电感体积大、不利于电源超薄化及小型化的问题，实现了大功率电源的小型化、超薄化、高频化。

图1为本申请实施例提供的一种谐振转换器的结构示意图，该谐振转换器具体可以包括：电感模块110、变压模块120以及电路板130；其中，所述电感模块与所述变压模块复用所述电路板；所述电路板130的一端设置有所述变压模块120，在所述电路板130的一端设置有所述变压模块120的初级线圈121和次级线圈122，所述初级线圈121和所述次级线圈122均为金属箔螺旋形成的线圈，所述电路板130的另一端设置有所述电感模块110，在所述电路板130的另一端设置所述电感模块110的电感线圈111，所述电感线圈111为金属箔螺旋形成的线圈；所述变压模块120的初级线圈121与所述电感线圈111通过所述电路板上的金属箔连接，以缩小供电电源的尺寸、提高了供电电源的功率密度，实现大功率供电电源的小型化、超薄化、高频化。

可见，本申请实施例通过使电感模块与变压模块复用电路板，并在电路板的一端设置有变压模块，在电路板的一端设置铜箔螺旋呈线圈状形成变压模块的初级线圈，在电路板的一端设置铜箔螺旋呈线圈状形成变压模块的次级线圈，且在电路板的另一端设置有电感模块，在电路板的另一端设置铜箔螺旋呈线圈状形成电感模块的电感线圈，变压模块初级线圈与电感线圈通过电路板上的铜箔连接，从而缩小了供电电源的尺寸、提高了供电电源的功率密度，解决了外加谐振电感体积大、不利于电源超薄化及小型化的问题，实现了大功率供电电源的小型化、超薄化、高频化。

可选的，在本申请实施例中，所述金属箔为铜箔，所述电路板130可以包括多层包括多层PCB板，任意两层所述PCB板之间螺旋状的铜箔采用串联形式连接。具体的，本申请实施例中的任意两层PCB板可以通过电路板上的过孔，使电路板上螺旋状的铜箔串联。

图2为本申请一个可选实施例提供的一种谐振转换器的结构示意图，本申请实施例中的变压模块120的所述初级线圈121和所述次级线圈122设置于不同层的所述电路板130上。

其中，所述初级线圈121和所述次级线圈122应达到安全规定的距离要求。

可选的，如图2所示，所述电路板上设置有初级引脚21，所述初级引脚21通过所述电感模块110的电感线圈连接至所述变压模块120的所述初级线圈121；所述电路板上设置有次级引脚22，所述次级引脚22连接至所述变压模块120的所述次级线圈122。

图3为本申请另一个可选实施例提供的一种谐振转换器的结构示意图，如图2所示，本申请实施例中的电路板130可以包括第一区域131和第二区域132，本申请实施例中的电感模块110可以位于电路板的130的第一区域，本申请实施例中的变压模块120可以位于电路板130的第二区域。

具体的，如图3所示，本申请实施例中的电路板130的第一区域131设置有第一空腔31、第二空腔32和第三空腔33；所述电感模块110中磁芯112的中柱1121设置于所述第二空腔32内、第一边柱1122设置于所述第一空腔31内，以及第二边柱1123设置于所述第三空腔33内，通过所述第一空腔31、所述第二空腔32和所述第三空腔33将所述电感模块110中磁芯固定于所述电路板130上，使得固定在镀层电路板上的电感模块110的磁芯和电路板上的呈线圈状铜箔螺旋构成了电感模块，从而使电感模块110可以集成在电路板130上，从而省去电感模块110的骨架，缩小了供电电源的尺寸、提高了供电电源的功率密度，解决了外加谐振电感体积大、不利于电源超薄化及小型化的问题，实现了大功率供电电源的小型化、超薄化、高频化。

可选的，本申请实施例中的电路板130的第二区域132设置有第四空腔34；所述变压模块的磁芯设置于所述电路板上，且包围所述第四空腔34。其中，变压模块120的磁芯可以包括两部分，磁芯的第一部分可以设置于电路板130的上方，变压模块120磁芯的第二部分可以设置于电路板130的下方，变压模块120的磁芯123的第一部分和磁芯123的第二部分通过第四空腔34合在一起，且包围第四空腔34和电路板130。

可选的，如图3所示，本申请实施例中的初级引脚21可以包括第一初级引脚HB，第二初级引脚NP2以及第三初级引脚NC；所述第一初级引脚与所述电感模块的电感线圈的输入端电连接，所述第二初级引脚与所述电感模块的电感线圈的输出端电连接，所述第三初级引脚用于固定所述电路板。其中，第二初级引脚NP2可以作为采样引脚，具体可以用于检测电感模块110和变压模块120之间的电压和/或电流信号，本申请实施例对此不做具体限制。

可选的，本申请实施例中的次级引脚22可以包括第一次级输出引脚NS1，第二次级输出引脚NS2以及第三次级输出引脚NS3；所述第一次级输出引脚NS1与所述变压模块120的次级线圈122的第一输出端电连接，所述第二次级输出引脚NS2与所述变压模块120的次级线圈122的第二输出端电连接，所述第三次级输出引脚NS3与所述变压模块120的次级线圈122的第三输出端电连接。

此外，本申请实施例中的电路板130还可以包括第一电源初级引脚VCC和电源初级地引脚GND；其中，第一电源初级引脚VCC可以与电源供电端连接，电源初级地引脚GND可以与电源的接地端连接。

作为本申请的一个示例，在采用外加谐振电感，谐振电感Lr感量为30uH，谐振电感线圈电流有效值为2.4安培(Ampere，A)，谐振电感磁芯选超薄EEW38C型号，磁芯截面积为96.8平方毫米(Square Millimeter，mm²)的情况下，磁通密度为0.35特斯拉(Tesla，T)，计算得出线圈匝数为15匝。取铜线电流密度6A/mm²，考虑到高频工作下的集肤效应，采用直径为0.1毫米(Millimeter，mm)的多股线绕制，直径为0.1mm绕线股数大约为50股，50股的直径为0.1mm线绞合后再加绝缘漆后线径大约为1.3mm，EEW38C的绕线窗口宽度为14mm，这样一个磁芯只能绕10匝线圈，为了满足要求，只能用2个EEW38C磁芯或者选绕线窗口宽度大于20mm的磁芯，制作成的谐振电感会占PCB板比较大的面积。

而在采用本申请实施方案时，电路板采用6层板的情况下，可以将电感模块110的15匝线圈分为5份，每层布3匝，任意两层电路板130可以通过电路板上的过孔，使电路板上的铜箔螺旋串联，使螺旋状的铜箔每1mm直径流过1A的电流，线圈铜箔为2.4mm直径，线圈每匝之间及线圈与磁芯之间留0.2mm安全间距，每层线圈加安全间距后的总宽度为8mm，所以只需1个和磁芯EEW38C相同的磁芯截面积，且绕线窗口宽度为9mm的磁芯就可以达到谐振电感Lr的参数设计要求。

综上所述，本申请实施例通过使电感模块与变压模块复用电路板，并在电路板的一端设置有变压模块，在电路板的一端设置铜箔螺旋呈线圈状形成变压模块的初级线圈，在电路板的一端设置铜箔螺旋呈线圈状形成变压模块的次级线圈，且在电路板的另一端设置有电感模块，在电路板的另一端设置铜箔螺旋呈线圈状形成电感模块的电感线圈，变压模块的初级线圈与电感线圈通过电路板上的铜箔连接，从而缩小了供电电源的尺寸、提高了供电电源的功率密度，解决了外加谐振电感体积大、不利于电源超薄化及小型化的问题，实现了大功率供电电源的小型化、超薄化、高频化。

进一步而言，本申请实施例还提供了一种供电电源，包括如上述实施例任一所述的谐振转换器。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种谐振转换器，其特征在于，包括：电感模块、变压模块以及电路板；

所述电感模块与所述变压模块复用所述电路板；

所述电路板的一端设置有所述变压模块，在所述电路板的一端设置有所述变压模块的初级线圈和次级线圈，所述初级线圈和所述次级线圈均为金属箔螺旋形成的线圈；

所述电路板的另一端设置有所述电感模块，在所述电路板的另一端设置有所述电感模块的电感线圈，所述电感线圈为金属箔螺旋形成的线圈；所述变压模块的初级线圈与所述电感线圈通过所述电路板上的金属箔连接。

2.根据权利要求1所述的谐振转换器，其特征在于，包括：所述金属箔为铜箔，所述电路板包括多层PCB板，相邻两层所述PCB板之间螺旋状的铜箔采用串联形式连接。

3.根据权利要求1所述的谐振转换器，其特征在于，所述电路板的第一区域设置有第一空腔、第二空腔和第三空腔；

所述电感模块中磁芯的中柱设置于所述第二空腔内、第一边柱设置于所述第一空腔内，以及第二边柱设置于所述第三空腔内，所述电感模块的中磁芯通过所述第一空腔、所述第二空腔和所述第三空腔固定于所述电路板上。

4.根据权利要求1所述的谐振转换器，其特征在于，所述电路板的第二区域设置有第四空腔；

所述变压模块的磁芯设置于所述电路板上，且包围所述第四空腔。

5.根据权利要求4所述的谐振转换器，其特征在于，所述变压模块的所述初级线圈和所述次级线圈设置于不同层的所述电路板上。

6.根据权利要求5所述的谐振转换器，其特征在于，所述电路板上设置有初级引脚，所述初级引脚通过所述电感模块的电感线圈连接至所述变压模块的所述初级线圈。

7.根据权利要求5所述的谐振转换器，其特征在于，所述电路板上设置有次级引脚，所述次级引脚连接至所述变压模块的所述次级线圈。

8.根据权利要求6所述谐振转换器，其特征在于，所述初级引脚包括：第一初级引脚、第二初级引脚及第三初级引脚；

所述第一初级引脚与所述电感模块的电感线圈的输入端电连接，所述第二初级引脚与所述电感模块的电感线圈的输出端电连接，所述第三初级引脚用于固定所述电路板。

9.根据权利要求7所述谐振转换器，其特征在于，所述次级引脚包括：第一次级输出引脚、第二次级输出引脚及第三次级输出引脚；

所述第一次级输出引脚与所述变压模块的次级线圈的第一输出端电连接，所述第二次级输出引脚与所述变压模块的次级线圈的第二输出端电连接，所述第三次级输出引脚与所述变压模块的次级线圈的第三输出端电连接。

10.一种供电电源，其特征在于，包括如权利要求1-9任一所述的谐振转换器。

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