和輔助繞組的連接。進(jìn)一步地，導(dǎo)電導(dǎo)通孔能夠被設(shè)置為穿過絕緣基板以將這些導(dǎo)電區(qū)域從絕緣基板的一側(cè)連接到另一側(cè)。應(yīng)當(dāng)注意，為了使得圖4簡單明了，磁芯304未示出并且并不是所有的導(dǎo)電導(dǎo)通孔都被標(biāo)記。
[0081 ] 在可選實(shí)施例中，絕緣基板的形狀可以變化。然而，絕緣材料的形狀不會顯著地影響變壓器的性能，變壓器的性能由各個變壓器繞組中的導(dǎo)電導(dǎo)通孔的位置和數(shù)量確定。
[0082]在其他實(shí)施例中，輔助繞組可以被包含在輸出側(cè)繞組中而不是如上所述的輸入側(cè)繞組中。前述實(shí)施例的隔離和漏電感的要求然后可以被應(yīng)用在(i)第一繞組和(ii)第二繞組和輔助繞組之間。
[0083]如上參考圖2至4所述的嵌入式磁性部件裝置具有用于Royer電路構(gòu)造(也已知為自激振蕩推挽電路)的特定應(yīng)用。嵌入式磁性部件裝置允許Royer電路具有尚等級的電隔離和短路保護(hù)。此種裝置通過圖5的電路圖示意性示出。
[0084]電路采用輸入端子+V和接地端子GND之間的DC輸入，其中接地端子保持地電勢。電阻Rl和電容器Cl串聯(lián)地連接通過輸入端子，并且節(jié)點(diǎn)605被定位在它們之間。變壓器TXl由前述實(shí)施例所述的嵌入式變壓器形成，并且包括限定在節(jié)點(diǎn)610和614之間的第一繞組，限定在節(jié)點(diǎn)620和624之間的第二繞組，以及限定在節(jié)點(diǎn)630和634之間的輔助繞組。節(jié)點(diǎn)612是沿著第一繞組的被連接部件路徑，節(jié)點(diǎn)622是沿著第二繞組的被連接部件路徑，并且節(jié)點(diǎn)632是沿著輔助繞組的被連接部件路徑。在一個示例中，沿著繞組的節(jié)點(diǎn)被連接部件路徑被連接到相應(yīng)繞組的中間點(diǎn)。因此，第一繞組被分成兩個繞組611和613，第二繞組被分成兩個繞組621和623，并且輔助繞組被分成兩個繞組631和633。
[0085]兩個晶體管TRl和TR2被提供為分別切換第一繞組的兩個部分613和611上的激勵電壓的進(jìn)和出。晶體管示出為是NPB類型的，但是其他類型也是可能的。例如MOSFET(金屬氧化物場效應(yīng)晶體管)的高功率切換晶體管是適合的。晶體管TRl的集電極在節(jié)點(diǎn)610被連接到第一繞組的第一端，晶體管TR2的集電極在節(jié)點(diǎn)614被連接到第一繞組的第二端。晶體管TRl的發(fā)射極被連接到感應(yīng)線圈L2的一端子，并且感應(yīng)線圈L2的另一端子被連接到節(jié)點(diǎn)602。晶體管TR2的發(fā)射極被連接到感應(yīng)線圈LI的一個端子，并且感應(yīng)線圈LI的另一端子被連接到節(jié)點(diǎn)602。節(jié)點(diǎn)602被連接到保持在地電勢的節(jié)點(diǎn)603。電容器C2的第一端被連接到節(jié)點(diǎn)603，另一端子被連接到節(jié)點(diǎn)604，節(jié)點(diǎn)604被直接連接到高輸入電壓+V。在節(jié)點(diǎn)604和節(jié)點(diǎn)612之間提供一電阻R3。
[0086]在圖5中，可能期望通過電路部件的形式將另一電感或電容添加到嵌入式變壓器。為了增加例如變壓器的漏電感，電感也可能被設(shè)置成與電阻R3串聯(lián)，或者被設(shè)置在節(jié)點(diǎn)610、612和614。鐵氧體磁環(huán)可以被用作額外的電感線圈，以替代電阻R3或者除了電阻R3之外。另外，電容器可以被添加到連接到節(jié)點(diǎn)610、612或614的電路。通過將電感或電容添加到輸入側(cè)，變壓器的LC特性和由圖5的變壓器和電路形成的振蕩電路可以被精細(xì)地調(diào)節(jié)。
[0087]輔助繞組的每一端都被連接到晶體管的基極中的一個。因此，節(jié)點(diǎn)630被連接到晶體管TRl的基極，節(jié)點(diǎn)634被連接到晶體管TR2的基極。節(jié)點(diǎn)632被連接到電阻R2的第一端，電阻R2的第二端被連接到節(jié)點(diǎn)605。
[0088]電路在激勵繞組611和激勵繞組613之間振蕩。當(dāng)繞組613被通電時，穿過變壓器TXl的芯部的增大的磁通在輔助繞組631和633上感應(yīng)出一電壓。輔助繞組631上的感應(yīng)電壓處于正確的極性，從而將電壓施加在晶體管TRl的基極上，從而使得晶體管TRl打開。由此獲得正反饋裝置，其中TRl被打開而TR2被關(guān)閉。最終，磁芯中的磁場飽和，并且磁芯中的磁通的變化率降到O。第一繞組613上的電壓以及因此流過該第一繞組613的電流也降為O。輔助繞組631和633對此改變作出反應(yīng)，并且它們之上的感應(yīng)電勢被設(shè)置為逆轉(zhuǎn)的極性。這具有打開晶體管TR2和關(guān)閉晶體管TRl的效果，由此向繞組611通電。再次建立正反饋從而由輔助繞組633施加到晶體管TR2的基極的電壓使得晶體管TR2維持在打開狀態(tài)中，同時使得晶體管TRl維持在關(guān)閉狀態(tài)中。此后，磁芯中的磁場飽和，電路轉(zhuǎn)而激勵繞組613。只要提供輸入電力，該振蕩行為，即在激勵繞組611和613之間轉(zhuǎn)換，無限期地繼續(xù)。
[0089]在變壓器TXl的輸出側(cè)上，二極管Dl具有連接到節(jié)點(diǎn)620的一端和連接到節(jié)點(diǎn)606的另一端，并且在朝向節(jié)點(diǎn)606的方向上被加偏壓。二極管D2也被設(shè)置，該二極管D2具有連接到節(jié)點(diǎn)624的一端和連接到節(jié)點(diǎn)606的另一端，并且在朝向節(jié)點(diǎn)606的方向上也被加偏壓。節(jié)點(diǎn)622被直接連接到節(jié)點(diǎn)608，節(jié)點(diǎn)606被直接連接到節(jié)點(diǎn)607。電容器C3被設(shè)置在節(jié)點(diǎn)607和608之間。節(jié)點(diǎn)607被連接到第一輸出端640，并且節(jié)點(diǎn)608被連接到第二輸出端642。
[0090]第二繞組621和623具有根據(jù)變壓器磁芯中的磁通的變化率而在它們之上被感應(yīng)出的電壓。因此，交流電被設(shè)置為通過組合繞組621和623。當(dāng)該電流在第一方向上循環(huán)時，二極管Dl被朝前加偏壓，并且電流經(jīng)由繞組621流入到節(jié)點(diǎn)622中并且從節(jié)點(diǎn)620流出，因此在輸出端子640和642上建立一電壓。二極管D2被逆向地加偏壓，從而沒有電流能夠流動通過繞組623。當(dāng)交流電在第二方向上循環(huán)時，二極管被朝前加偏壓，并且電流經(jīng)由繞組623流入到節(jié)點(diǎn)622中并且從節(jié)點(diǎn)624流出，因此再次在輸出端子640和642上施加一極性相同的電壓。二極管Dl和D2由此整流該交流電，并且電容器C3平滑該輸出從而在輸出端子640和642之間提供大致恒定的直流電。如圖5所示的電路因此是隔離的DC-DC轉(zhuǎn)換器，在端子+V和GND上施加DC輸入，并且在端子640和642上產(chǎn)生DC輸出。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將要理解的那樣，能夠被，通過改變第一繞組611、613和第二繞組621、623上的線圈數(shù)量，能夠調(diào)整DC輸出相對于DC輸入電壓的電壓。
[0091]雖然在圖5的實(shí)施例中，嵌入式變壓器在被包含在Royer電路中，但是應(yīng)當(dāng)理解其優(yōu)點(diǎn)是在包含嵌入式變壓器的任何電力轉(zhuǎn)換電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中都能夠?qū)崿F(xiàn)。
[0092]因為本申請的嵌入式變壓器裝置具有大漏電感，所以例如圖5的Royer電路的嵌入式變壓器和驅(qū)動電路當(dāng)有必要時能夠激活短路。參考圖6，將對此進(jìn)行詳細(xì)的說明。
[0093]當(dāng)變壓器被短路時，意味著在輸入側(cè)繞組和輸出側(cè)繞組之間的隔離中發(fā)生與擊穿相對應(yīng)的短路，第一繞組的電感降低到大致O。因此，漏電感1^和建立在變壓器繞組之間的分布電容C5wp形成具有共振頻率的振蕩LC電路。
[0094]ω 0= (L 漏 C分布)
[0095]通過調(diào)節(jié)漏電感，技術(shù)人員可以調(diào)整此種電路的共振頻率。也可能通過調(diào)整分布電容來調(diào)整共振頻率。然而，這需要重新設(shè)置導(dǎo)通孔和調(diào)整它們之間的間距，由于變壓器的基板或PCB上的空間約束，這可以是不可能的。
[0096]圖6示出了由圍繞在磁芯304上的兩個線圈組成的測量線圈上的電壓的曲線圖710。根據(jù)X軸線上的時間在y軸線上繪制該電壓。Y軸線刻度示出了電壓，X軸線刻度示出了納秒。高頻率的振蕩是清晰可見的。
[0097]當(dāng)短路發(fā)生時變壓器進(jìn)入高頻率振蕩模式從而用于限制在繞組之間傳遞的電力大小，例如，第一繞組和第二繞組之間的，從而不會出現(xiàn)通常伴隨短路而出現(xiàn)的高電流。因為該高電流損壞其流過的電部件，例如連接到嵌入式變壓器的切換晶體管，通過使用該模式能夠避免對電部件的損壞。高頻振蕩模式具有如下的優(yōu)點(diǎn):對于變壓器而言是自發(fā)的，而不是源自于被設(shè)置為切斷當(dāng)發(fā)生短路時出現(xiàn)的高電流的任何其他外部電路。因此保證了嵌入式變壓器和相關(guān)的部件總是免受短路損壞，并且避免了任何外部電路可能出現(xiàn)故障的可能性，由此達(dá)到足夠的電路保護(hù)。
[0098]此外，通過簡單地維持該高頻振蕩模式，變壓器在連續(xù)短路情況下可以承受延長的時間段，并且由此避免對電部件的損壞，直到諸如短路的時間不再出現(xiàn)，并且電部件將不會被損壞。變壓器然后返回到正常操作。
[0099]雖然在本申請中說明了導(dǎo)電導(dǎo)通孔，但是應(yīng)當(dāng)注意任何導(dǎo)電連接裝置，例如導(dǎo)電管腳，同樣能夠用于替代導(dǎo)電導(dǎo)通孔中的一個或多個。此外，第一和第二繞組能夠分別是被連接到變壓器的輸入電力供給的初級變壓器繞組，或者連接到變壓器的輸出的次級變壓器繞組。嵌入式變壓器裝置能夠是升壓變壓器或者降壓變壓器。
[0100]此外，雖然在上面的示例中，磁芯304和空腔示出為是環(huán)形的，但是在其他實(shí)施例中，它可以具有不同的形狀。非限制性示例包括，橢圓形或細(xì)長的環(huán)形形狀，和具有間隙的環(huán)形形狀，EE、E1、1、EFD、EP、UI和UR的芯部形狀。磁芯304可以涂覆有絕緣材料以減小在導(dǎo)電磁芯和導(dǎo)電導(dǎo)通孔307或金屬跡線308之間發(fā)生擊穿的可能性。磁芯還可以具有倒角邊緣，從而提供圓形的輪廓或橫截面。
[0101]在上述的說明中，轉(zhuǎn)換器已經(jīng)說明為具有在初級側(cè)繞組上具有16個線圈，在次級側(cè)上具有9個線圈。但是在其他實(shí)施例中，在初級側(cè)和次級側(cè)上可以使用不同數(shù)量的線圈。例如已知的Royer電路可以包括用于初級側(cè)的16個線圈和用于次級側(cè)的18個線圈。通過將已知的Royer電路示出替換為同步整流電路，在圖4中示出的變壓器因此降低次級側(cè)所需要的線圈數(shù)量。在可選實(shí)施例中，通過在輸入側(cè)使用半橋電路并且在次級側(cè)使用正常的Royer輸出，圖4中的變壓器也可以采用，從而初級側(cè)線圈被減少。與已知的Royer電路裝置相比，這將使得變壓器的初級側(cè)上所需要的線圈數(shù)量減少6個?？蛇x地，通過在初級側(cè)上使用半橋電路，并且在輸出側(cè)上使用同步整流電路，初級繞組和次級繞組都能夠減少線圈。與已知的Royer電路構(gòu)造相比，所需要的線圈數(shù)量將減少13個。在所有情況下，線圈數(shù)量的減少意味著設(shè)計布局上的更大靈活度和部件之間的更好的電隔離。然而，減少次級線圈只需要將一個額外的晶體管(例如，雙封裝場效應(yīng)晶體管)添加到電路。減少初級側(cè)繞組需要提供半橋電路，這意味著與已知的Royer設(shè)計相比，輸入側(cè)上需要更多的部件。
[0102]如上所述的各個實(shí)施例的各種修改是可能的，并且在不脫離由如下的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍的基礎(chǔ)上對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是可能想到的。
【主權(quán)項】
1.一種嵌入式變壓器裝置，包括: 絕緣基板，所述絕緣基板具有第一側(cè)和與第一側(cè)相反的第二側(cè)，并且所述絕緣基板中具有空腔，所述空腔具有內(nèi)周緣和外周緣；